2020-04-20
97
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
АК Абонентский комплект
АТС Автоматическая телефонная станция
ГТС Городская телефонная сеть
ВКС Временная коммутационная система
ИКМ Импульсно-кодовая модуляция
ИС Интегральная схема
КИ Канальный интервал
КС Коммутационная система
КСЛ Комплект соединительных линий
ПВКС Пространственно-временная коммутационная система
ЦСК Цифровая система коммутации
УАТС Учережденческая (ведомственная) АТС Сети с асинхронной передачей данных (Asynchronous Transfer Mode Network)
COLE Комплект соединительных линий (Central Office Line Equipment)
DCS Цифровая коммутационная система Digital Crosspoint Switch Кодирование многочастотным кодом (Dual-Tone Multi-Frequency coding) Цифровая сеть с интеграцией служб (Integrated Service Digital Network) Частная, учережденческая телефонная сеть (Privat Branch Exchange)
SLE Абонентский комплект (Subscriber Line Equipment)
SOE Системное генераторное оборудование (System Oscillator Equipment)
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время развитие цифровых телефонных сетей идет по нескольким направлениям. Среди этих направлений можно выделить основные. Это создание средств сотовой связи, средств ISDN для телефонии и цифровых сетей с аналоговым окончанием абонентского тракта, а также IP-телефония.
|
|
|
Огромное внимание уделяется интеграции различных типов сетей связи. Так, появление IP-телефонии, а также технологий АТМ, как результата интеграции телефонной связи и компьютерных сетей, стало возможным благодаря развитию цифровых систем коммутации.
Несмотря на стремительное развитие средств АТМ, увеличение емкости цифровых АТС, используемых для построения городских и междугородних телефонных сетей, остается актуальной задача создания цифровых АТС малой емкости (до 200 - 500 №№) для ведомственной связи. Оперативная передача информации и гибкая связь являются незаменимыми атрибутами современного предприятия. Организациям, имеющим мини-АТС, внутренняя система связи позволяет экономить рабочее время и повысить производительность труда.
Цифровые станции с аналоговым окончанием абонентского тракта обеспечивают совместимость существующего абонентского оборудования с цифровыми сетями передачи данных, в частности ISDN и являются по сути переходным оборудованием от аналоговых телефонных сетей к цифровым. Поэтому, на настоящем этапе развития отечественной телефонной государственной сети, именно последние играют значительную роль в ее развитии.
Разработки ведутся в двух направлениях - создание автономных ЦСК малой емкости и создание так называемых псевдо-АТС на базе IBM РС. В последнем случае задачи коммутации и обработки данных решаются почти полностью программно за счет применения высокопроизводительных микропроцессоров. Хотя последнее направление и является перспективным, но имеет несколько недостатков, как недостаточная надежность (особенно это важно для необслуживаемых ЦСК) и высокая на данный момент стоимость.
|
|
|
В данном проекте разрабатывается ЦСК для АТС малой емкости (для ведомственных и сельских АТС) с учетом требований к стандартам для телефонных сетей РФ, надежности, низкой стоимости и низких требований к техобслуживанию.
При выполнении данного проекта были рассмотрены в качестве аналогов для разработки различные мини- и учережденческие АТС, распространенные на рынке и используемые в Российской Федерации. Это АТС как российских (например ЗАО «Мультиком СПб»), так и таких известных производителей, как Panasonic, NEC, Siemens, Erricson, Karel.
Ознакомимся с техническими и функциональными возможностями некоторых наиболее популярных в настоящее время цифровых АТС малой емкости.
) Учрежденческая цифровая АТС Panasonic KX-TD500
Цифровая АТС Panasonic KX-TD500 предназначена для создания местных телефонных сетей в учреждениях и офисах. Имеет блочно-модульную конструкцию и допускает изменения суммарного числа внешних и внутренних линий путем добавления специальных плат и максимально двух блоков расширения. Система подсоединяется к городской телефонной сети через обычную двухпроводную линию. Цифровая АТС применяется в качестве офисной либо учрежденческой АТС с количеством портов до 512 (суммарное количество входящих линий и абонентских линий). Данная модель получила широкое распространение благодаря великолепной функциональности и конкурентоспособной цене. После подключения станция может использоваться сразу, поскольку основные параметры ее работы заранее запрограммированы заводом-изготовителем. Программу можно изменить и дополнить по своему желанию в любое время. Система программируется с консоли оператора или с персонального компьютера через порт RS-232C. Система может состоять из одного, двух или трех блоков (базового и дополнительного 1, 2) и консоли администратора. Максимальное количество портов в базовом блоке 192 (включая внутренние и CO - городские порты). Наращивание системы производится дополнительными блоками. К базовому блоку может быть подключено максимум два дополнительных блока расширения. Каждый дополнительный блок может содержать максимум 224 порта (включая внутренние и CO-городские порты). Система может содержать максимум 512 портов: внутренних - 448, CO-городских линий - 192. Запуск и программирование системы может осуществляться как с помощью компьютера (VT220,VT100 совместимых терминальных программ), так и при помощи Консоли Администратора. В качестве внутренних телефонов могут быть использованы как специальные системные (PITS), так и обычные (SLT) телефоны. Количество специфических карт, устанавливаемых в систему: максимум может быть подключено: 4 DISA карты, 4 AGC карты, 1 RMT карта, 8 T-1 и 6 E-1 карт. Максимально 3 T-1/E-1 карты может быть установлено в один блок системы. Количество функций системы, доступных абоненту, зависит от типа телефонного аппарата: кроме обычных аналоговых двухпроводных (SLT) аппаратов (дисковые, кнопочные телефоны <javascript:if(confirm('http://www.alpha-telecom.ru:8081/phone.htm \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it is addressed on a domain or path outside the boundaries set for its Starting Address. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.alpha-telecom.ru:8081/phone.htm'>, радиотелефоны <javascript:if(confirm('http://www.alpha-telecom.ru:8081/cordless.htm \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it is addressed on a domain or path outside the boundaries set for its Starting Address. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.alpha-telecom.ru:8081/cordless.htm'>, факсы <javascript:if(confirm('http://www.alpha-telecom.ru:8081/fax/fax.htm \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it is addressed on a domain or path outside the boundaries set for its Starting Address. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.alpha-telecom.ru:8081/fax/fax.htm'>, автоответчики <javascript:if(confirm('http://www.alpha-telecom.ru:8081/answer.htm \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it is addressed on a domain or path outside the boundaries set for its Starting Address. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.alpha-telecom.ru:8081/answer.htm'>) можно использовать специальные, так называемые системные телефоны, которые бывают двух типов: четырехпроводные аналоговые (PITS) и двухпроводные цифровые <javascript:if(confirm('http://www.alpha-telecom.ru:8081/pbx/pits.htm \n\nThis file was not retrieved by Teleport Pro, because it is addressed on a domain or path outside the boundaries set for its Starting Address. \n\nDo you want to open it from the server?'))window.location='http://www.alpha-telecom.ru:8081/pbx/pits.htm'> (DPITS). Подключение и расширение АТС производится с помощью подключения карт. Одна карта обеспечивает подключение к 32 СЛ E1, 4/8 аналоговых или ISDN СЛ, и в зависимости от типа - 4/8 АЛ. Стоимость одной карты - от 100 до 300 USD.
|
|
|
) Интегрированная коммуникационная система NEAX7400 ICS (производитель - NEC).ICS100 имеет до 512 линейных/магистральных портов и до 128 портов (64 порта на блок) для процессоров прикладных систем для обслуживания таких устройств, как 1.5/2М цифровые интерфейсы, центр обработки вызовов и т.д. Несмотря на то, что станция разработана для обслуживания учреждений, имеющих небольшое количество линий, набор выполняемых ею функций и услуг так же широк, как и в крупных современных офисных АТС. Выполнение основных функций главным процессором. Помимо общего управления всей системой, плата главного процессора выполняет ряд функций, необходимых для работы телефонной сети любого учреждения. Для выполнения системой перечисленных ниже базовых (основных) функций достаточно платы главного процессора и ограниченного количества карт линий/магистралей. Главный процессор (Main Processor, MP) представляет собой 32-битный микропроцессор промышленного стандарта 486, что делает возможным использование широкого ряда программных приложений. В соответствии с пожеланиями заказчика как при монтаже системы, так и постепенно, по мере роста предприятия, к ним можно добавлять некоторые модули и блоки. Существует дополнительная карта для проведения шести- десятисторонней конференции. Блочно-модульная конфигурация и универсальная архитектура портов NEAX7400 ICS Model 100 позволяют модернизировать систему по желанию заказчика за счет установки в любые слоты необходимых линейных, магистральных и дополнительных карт и наращивания количества блоков (по 64 порта каждый). После установки системы она может быть расширена без значительных расходов благодаря установке дополнительных линейных, магистральных карт и/или плат процессора прикладных систем. Технология Flash ROM позволяет при необходимости модернизировать программное обеспечение станции. В пакет выполняемых NEAX7400 ICS Model 100 услуг входит более 400 функций, доступных пользователям, куда входят также рабочие места операторов, управление системой, обслуживание и прочие не менее ценные приложения. Помимо телефонных аппаратов и консолей операторов, NEAX7400 ICS Model 100 связывает воедино множество компьютеризированных периферийных устройств, использующихся для регистрации вызовов, проходящих через систему (SMDR), организации системы передачи голосовых сообщений (MCI), выполнения комплекса гостиничных услуг (PMS), в работе компьютерного центра обработки вызовов (FCD/MIS); эти устройства также обеспечивают работу специальных приложений, учитывающих нужды конкретных заказчиков.
|
|
|
Рассмотренные в ходе проектирования типы АТС являются достаточно современными и функционально полными, поэтому определим набор характеристик и функций, которые должны быть представлены в разрабатываемой мини-АТС для обеспечения ее конкурентоспособности на отечественном рынке.
Таблица 1 Технические характеристики АТС малой емкости
| Характеристика | Минимальная конфигурация | Возможности расширения |
| Число АЛ (цифровых или аналоговых) | 64-128 | 256-512 |
| Число городских СЛ | 32-64 | 64-128 |
| Тип СЛ | аналоговые 2,3 (4)-проводные | аналоговые 2,3 (4)-проводные цифровые E1/T1 |
| Коммутационная система | Цифровая, неблокирующая | Цифровая, неблокирующая |
| Цифровые (ISDN) линий | каналы 192 Кбит/с | каналы до 2 Мбит/с |
| Разрядность микропроцессора, бит | 16 | 32 |
| Объем ОЗУ данных, Кбайт | 64 | 1024 |
| Программирование | С консоли оператора | С консоли оператора С системного телефона С персонального компьютера |
| Резервное электропитание | Желательно | Обязательно |
Функциональные характеристики также являются определяющими показателями качества мини-АТС. В основном, эти характеристики определяются программным обеспечением системы, но при проектировании оборудования должны быть заложены возможности реализации всех основных и дополнительных функций.
Таблица 2 Функциональные характеристики АТС малой емкости
| Функция | Минимальная конфигурация | Возможности расширения |
| Внутренняя связь по принципу "каждый - с- каждым" | + | + |
| Равномерное распределение внешних линий | + | + |
| Равномерное распределение входящих звонков | + | + |
| Переадресация вызова | + | + |
| Громкое оповещение | + | |
| Конференция | + | + |
| Удержание линии | + | |
| Форвард | + | |
| Постановка в очередь | + | + |
| Автодозвон и быстрый набор | + | + |
| Прием вызова во время разговора | + | + |
| Включение в разговор | + | + |
| Будильник, таймер | + | |
| Дневной и ночной режимы работы | + | |
| Коммутатор директора | + | |
| Домофон и управление электрозамком | + |
Поясним содержание каждой функции.
1. Внутренняя связь по принципу "каждый - с- каждым"
Данная функция позволяет сотрудникам Вашей организации оперативно связываться друг с другом, не занимая при этом городских линий. Как правило, при отсутствии учрежденческой мини-АТС городские телефоны включаются параллельно на несколько рабочих мест, поэтому для связи с другими подразделениями приходится использовать городские линии, не давая остальным возможности сделать или принять звонок. Более того, если на рабочем месте сотрудника стоит факсимильный аппарат, а в соседней комнате - параллельный телефон, то при поднятии трубки на этом телефоне в линии будут слышны неприятные щелчки, мешающие разговаривать или работать с факсом.
. Равномерное распределение внешних линий
При отсутствии мини-АТС имеющиеся городские линии используются с разной нагрузкой. Например: в коммерческом отделе или отделе сбыта, где основная работа связана с телефонными переговорами, обычно не хватает свободных городских линий. При этом в бухгалтерии есть городской номер, по которому делают всего 1-2 звонка в течение всего рабочего дня, все остальное время он практически не используется. Другой пример: службе охраны вечером и ночью нужна городская связь, в остальное время в ней нет необходимости. Поэтому днем эту городскую линию могут использовать другие сотрудники. Мини-АТС имеет два режима работы: дневной и ночной. В ночном режиме у службы охраны имеется городская связь, днем они могут разговаривать только внутри предприятия. Кроме этого, установка мини-АТС позволяет решить еще одну проблему многих предприятий, а именно помогает экономить деньги на междугородних переговорах. Разрешение на использование междугородней связи можно оставить только тем абонентам, которым она действительно необходима, у остальных междугородняя связь просто отключается.
. Равномерное распределение входящих звонков
Используются следующие способы распределения входящих звонков с помощью мини-АТС:
· все звонки поступают на телефон секретаря, который переводит их нужным абонентам;
· во всем мире не принято звонить непосредственно руководителю, поэтому важна организация связи "директор-секретарь". Секретарь принимает звонок, интересуется кто звонит и по какому вопросу, после чего передает эту информацию руководителю, который решает, будет ли он разговаривать в данный момент, попросит отложить или перевести разговор на своего заместителя. Важно то, что позвонивший абонент не слышит переговоров секретаря с директором, в это время он слышит музыкальную заставку; переадресация вызова - самая популярная функция мини-АТС. Она позволяет оперативно переключить входящий звонок на нужного сотрудника, экономя при этом время.
· прямой доступ к абонентам мини-АТС. После ответа станции позвонивший человек набирает внутренний номер абонента мини-АТС.
4. Громкое оповещение
Кроме передачи важных и срочных сообщений, эту функцию можно использовать для поиска сотрудника, который находится "где-то в офисе". Вы посылаете сообщение со своего телефонного аппарата и просите человека ответить на вызов. Нужный сотрудник с ближайшего телефона подключается к вам, при этом громкая связь автоматически отключается.
. Конференция
Эта функция позволяет подключать к разговору третьего абонента или нескольких абонентов. Участниками конференции могут быть как внутренние, так и любые внешние абоненты.
. Удержание линии
Предположим, что Вы разговариваете с деловым партнером и Вам необходима консультация по определенному вопросу. Используя функцию удержания, Вы устанавливаете второе соединение с нужным Вам сотрудником, в это время первый собеседник слышит музыкальную заставку. После получения необходимой информации Вы переключаетесь на первое соединение. Вы можете по очереди разговаривать то с одним, то с другим абонентом. Функция удержания удобна также в случае, если Вы хотите перейти из одной комнаты в другую, не сбрасывая городской звонок. Если необходимо передать вызов сотруднику, который находится "где-то в офисе", то линия ставится на удержание, делается оповещение по громкой связи, и требуемый сотрудник сам отвечает на вызов с ближайшего к нему телефона.
.Форвард
Эта функция рассчитана на тех сотрудников, которые по роду своей деятельности постоянно перемещаются по предприятию. Она позволяет любому абоненту, уходящему со своего рабочего места, дать мини-АТС команду переадресовывать вызовы на другой внутренний номер. Поэтому, где бы ни находился Ваш сотрудник, Вы всегда сможете связаться с ним, набрав его внутренний номер.
. Постановка в очередь
Если внутренний номер или городская линия постоянно заняты, то с помощью данной функции мини-АТС автоматически устанавливает соединение с нужным абонентом или городской линией, когда это становится возможным, то есть помещает исходящий звонок в очередь.
. Автодозвон и быстрый набор
С помощью данной функции мини-АТС сама дозвонится до требуемого абонента. В память мини-АТС можно занести от 80 до 200 номеров (как правило, это междугородние номера), которые извлекаются набором кода. Каждый системный телефон имеет несколько гибко назначаемых кнопок быстрого набора, которым можно присвоить как внутренний, так и внешний номер, включая междугородний. В этом случае набор номера осуществляется нажатием одной кнопки.
10.Прием вызова во время разговора
Эта функция особенно важна для секретарей, телефонных операторов, коммерческих, сервисных служб, служб технической поддержки и пр. Если во время разговора абоненту поступает еще один звонок, мини-АТС оповещает его об этом специальными сигналами. Вы можете, используя функцию удержания, ответить на этот звонок. Таким образом, все звонки всегда будут обслужены.
11.Включение в разговор
Данная функция обеспечивает руководителю возможность постоянного доступа к подчиненным. При этом абонент, в линию которого производится подключение, слышит предупреждающий сигнал. Подключаться к занятой линии могут абоненты, имеющие более высокий уровень приоритета, чем абонент, к которому включаются в разговор. Эти уровни устанавливаются при программировании станции.
12.Перехват вызова
Используя данную функцию, абонент может принять вызов другого абонента со своего телефона.
13.Дневной и ночной режимы работы
Позволят рационально использовать городские линии днем и ночью. В ночном режиме, например, станция переводит звонки с телефона секретаря на факс, автоответчик или на охрану.
14.Домофон и управление электрозамком
Использование этих функций особенно актуально для небольших фирм. При наличии мини-АТС с данной функцией нет необходимости дополнительно использовать дорогостоящую систему контроля доступа в помещение. Вести переговоры с посетителем и управлять электрозамком возможно с любого телефона, подключенного к мини-АТС.
Как уже отмечалось выше, большинство функций реализуется программно, при условии того, что аппаратура мини-АТС имеет возможности реализации данных функций или расширения. Так, для наиболее часто используется передача команд вызова дополнительных функций, а также набор номера сигналами в формате DTMF, что, в свою очередь, требует наличия приемного оборудования сигналов DTMF в составе мини-АТС. Также, для реализации функций «конференция», и «включение в разговор» требуется наличие дополнительной схемы конференц-связи.
Коммутационная система базового блока мини-АТС обычно выполняется по однозвенной неблокирующей схеме. Это на первый взгляд не самое экономичное решение, так как такая КС обладает некоторой избыточностью. Но современная элементная база позволяет наиболее просто реализовать данный тип КС в пределах заданной емкости АТС, исключаются ситуации занятости промежуточных линий, упрощаются схемы и алгоритмы управления, а, следовательно, уменьшаются затраты на проектирование и настройку, улучшаются временные параметры КС (что особенно важно для цифровых линий передачи данных), что в конечном итоге приводит к уменьшению общей стоимости АТС при улучшении технических показателей.
Таким образом, рассмотренные выше вопросы должны быть учтены при проектировании.
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
1.1 Структурная блок-схема цифровой системы коммутации
Структурная блок-схема ЦСК приведена на рис.1.1. Как видно из схемы, ЦСК состоит из следующих компонентов:
· Абонентские комплекты АК (SLE - в международной терминологии);
· Комплекты соединительных линий КСЛ (COLE);
· Коммутационная система КС, осуществляющая временную и пространственную коммутацию ИКМ потоков (Digital Time -Space Crosspoint Switch);
· Микроконтроллер (MCU), выполняющий управление АК, КСЛ и КС;
· Системный генератор (SOE);
· Устройства ввода/отображения информации.
АК предназначены для согласования абонентской линии с разговорным ИКМ трактом и трактом внутрисистемной сигнализации. Выполняют так называемый BORSCHT набор функций:
· Battery feed - Питание абонентской линии постоянным напряжением 60В (питание микрофона);
· Overvoltage protection - Защита входных цепей АК от перенапряжения (защита от грозовых разрядов и наведенного напряжения промышленной частоты);
· Ringing - Формирование вызывного сигнала при входящем вызове;
· Supervision - Определение состояния абонентской линии (контроль состояния абонентского шлейфа);
· Coding - Кодирование аналогового сигнала в последовательный код и размещение их в определенном канальном интервале разговорного ИКМ тракта, а также декодирование принимаемого ИКМ сигнала (аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование);
· Hybrid transformer - Преобразование проводности линии (2-4) для разделения приемного и передающего трактов, а также фильтрация аналогового сигнала для обеспечения заданного затухания трактов;
· Testing - Тестирование технического состояния АЛ и оборудования AK для обнаружения ошибок и контроля за работоспособностью оборудования.
Передача данных разговорного тракта производится в коде ИКМ 30/32, соответствующем стандартам CCITT для первичного оборудования ИКМ в последовательном виде. Внутристанционная сигнализация передается по последовательным каналам сигнализации. Одним из стандартов для внутристанционной сигнализации и управления является стандарт ST-BUS (Serial Telecom Bus), который позволяет производить передачу управляющей информации между компонентами системы и был разработан фирмой MITEL для первичного оборудования телефонных цифровых систем. Коммутация цифровых потоков происходит в цифровой пространственно-временной коммутационной системе (КС). Производится коммутация канальных интервалов разговорного тракта и тракта сигнализации, соответствующих различным входным и выходным ИКМ 30/32 каналам. Соединение оборудования ЦСК с оборудованием ГТС производится по физическим соединительным линиям (СЛ). Для цифровых АТС соединение должно производится с помощью ИКМ тракта, поскольку для всего тракта абонент-абонент допускается только одно аналого-цифровое и одно цифро-аналоговое преобразование. Соединение КС АТС с СЛ ГТС производится с помощью комплектов соединительных линий КСЛ (COLE - Central Office Line Equipment, или Central Office Linecard). КСЛ производят объединение разговорного тракта и тракта сигнализации в тракт ИКМ 30 (PCM 30) D2048U в соответствии со стандартом E1 (европейский стандарт, используемый в Российской Федерации) или T1 (североамериканский стандарт) CCITT (рекомендации G.703, G.704, G.711, G.732) для первичного оборудования ИКМ и в соответствии с техническими требованиями ETSI ETS-300-248, ETS-300-166, TBR-12. Системное генераторное оборудование СГ (SOE) обеспечивает синхронизацию разговорных трактов ИКМ и трактов сигнализации. Все внутренние каналы ИКМ ЦСК синхронные, то есть стандартом ИКМ 30/32 предусмотрена передача сигналов синхронизации параллельно сигналам данных.
К функциям микроконтроллера относятся:
· отслеживание состояния АЛ (занятие, набор номера, ответ, отбой);
· отслеживание состояния и управление АК (параметры аналого-цифрового преобразования, занятие АК, отбой и пр.);
· прием исходящего номера АЛ, его анализ;
· поиск соединительного пути КС;
· управление коммутационной системой в соответствии с требуемыми проключениями;
· отслеживание состояния каналов СЛ (занятие, набор номера, ответ, отбой);
· отслеживание состояния и управление КСЛ (параметры передачи/приема данных);
· контроль за исправностью оборудования и качеством соединений (тестирование периодическое и оперативное);
· управление внутристанционными данными (нумерация, типы и параметры АЛ и СЛ, приоритеты и права абонентов) и поддержка технического обслуживания ЦСК.
Для технического обслуживания мини-АТС в состав системы включаются устройства ввода/отображения данных, которые позволяют производить контроль за работой ЦСК, управление станционными данными и оперативное вмешательство в работу ЦСК в исключительных ситуациях.
1.2 Принцип построения и характеристики КС ЦСК
Для построения КС малой емкости (до 256х256 точек коммутации) применяется неблокирующая пространственно-временная коммутационная система. КС данной емкости реализуется в виде одной ИС и используется в качестве элементарного звена коммутации при построении цифровых КС большей емкости. Построение многозвенной КС, как правило, неоправданно, так как увеличивается время задержки сигнала в КС, а также ухудшается гибкость системы.
Принцип временной коммутации заключается в перестановке канальных интервалов (timeslots) входной последовательности (рис.1.2).
Принцип временной коммутации каналов
Рис.1.2
Структурная блок-схема ВКС показана на рис.1.3. Входной преобразователь осуществляет преобразование одного цикла ИКМ потока в параллельную форму и запись информации каждого КИ память данных. После чего мультиплексор производит перестановку КИ. Полученный в результате коммутации параллельный сигнал преобразуется в последовательную форму, то есть формируется выходной ИКМ поток.
Для осуществления пространственной коммутации КС содержит аналогичный тракт для каждого канала ИКМ, но с общей памятью данных и мультиплексором, который выполняет перестановки временных интервалов не только для отдельного канала, а также для всех КИ всех потоков.
Структурная блок-схема КС временной коммутации
Так как КС выполняется по неблокирующей схеме, то вероятность потерь входящих вызовов Pв=0. Это относится к внутристанционным соединениям поскольку каждому абоненту соответствует свой КИ во внутристанционных ИКМ каналах. Таким образом потери вызовов для внутристанционном соединении будут определяться только занятостью микроконтроллера.
Для внешних соединений (с помощью СЛ) КС будет выполняться по схеме концентрации нагрузки. Удельная нагрузка на одну СЛ yсл составляет до 0,8 Эрл в соответствии с характеристиками СЛ для УАТС и ГТС. Удельная нагрузка на абонентскую линию yал составляет до 0.2 Эрл.
1.3 Расчет параметров коммутационной системы
Коммутационная система рассматриваемой ЦСК представляет собой однозвенную систему без потерь с полнодоступным включением.
Поступающая телефонная нагрузка имеет S источников, где в данном проекте S=Na=128=N в предельном случае (N - число входных линий КС абонентского звена). Каждая линия (порт), с точки зрения обслуживания ее нагрузки может находится в двух состояниях - занятом или свободном. Таким образом в системе может существовать максимально S занятий. Поток заявок на обслуживание может быть представлен в виде пуассоновского распределения (так как поток требований, интервалы между моментами поступления которых независимы друг от друга и имеют одинаковое экспоненциальное распределение с интенсивностью l):
(1.1)
где х - число заявок, поступивших в систему.
Каждому состоянию занятости x(t) соответствует вероятность этого состояния Q(x,t)=Q(x) (для определения статических характеристик системы распределение состояний занятости является стационарным и не зависит от времени).
Обслуженная нагрузка, соответствующая среднему числу одновременно занятых устройств или линий, может быть определена из состояний занятости и их вероятностей:
(1.2)
Для полнодоступного пучка критическим является лишь состояние x=N.
Каждый из источников занят независимо от других с вероятностью b и свободен с вероятностью 1-b.
Поступающая нагрузка
А=l×tСР, (1.3)
где tСР - среднее время занятия.
Минимальная нагрузка, обслуживаемая мини-АТС соответствует случаю, когда все порты (128) задействованы для АЛ. Для расчета параметров КС рассмотреть случай обслуживания максимальной нагрузки, то есть когда все порты АТС задействованы для обслуживания СЛ нагрузка для которых составляет до УСЛ=0,8 Эрл.
Для СЛ величина среднего времени занятия линии tcp составляет 120...180 с. С учетом использования каналов для передачи данных, увеличим это значение до tзан=600 с = 0.167 ч.
Найдем значение интенсивности нагрузки l, как
А - поступающая на вход КС нагрузка
=N*yСЛ=128*0,8=102,4 Эрл.
Используя распределение Эрланга для обслуживания полнодоступной неблокирующей КС поступающей от источников нагрузки, получаем формулу для определения распределения вероятности состояния системы с х вызовами [3].
. (1.4)
График распределения состояний системы показан на рис.1.4.
Распределение состояний занятости системы
Рис.1.4
Полученное распределение позволяет найти минимальное число вызовов, которое может обслужить система с заданной вероятностью потерь вызовов. Объем максимального числа одновременно обслуживаемых вызовов может быть уменьшен для уменьшения программных ресурсов микроконтроллера, обслуживающего КС. Однако в данном случае максимальная плотность распределения находится в пределах 90..110 вызовов, то есть близка к максимальной емкости КС. Поэтому для обеспечения обслуживания нагрузки без потерь не следует вводить ограничения на число вызовов, одновременно находящихся в системе, то есть определим QMAX=N.
Одной из важных характеристик пространственно-временной КС является время коммутации. Под этим временем понимается задержка прохождения сигнала от входного КИ к выходному (throughput delay).
В применениях, использующих КС для передачи голоса реализуется требование к минимальной задержке. При использовании КС для передачи цифровой информации требуется постоянная (детерминированная) задержка, для обеспечения синхронизации потоков данных.
Время задержки зависит от соотношения номеров коммутируемых КИ, а также от того, между какими каналами производится коммутация. Минимальное время задержки (при коммутации в одном потоке КИ с номерами n и n+2) составляет 3 КИ (то есть 11,71875 мкс). Это время требуется на преобразование из последовательного в параллельный код (1 КИ), коммутацию (1 КИ) и обратное преобразование из параллельного в последовательный код (1 КИ).
Задержка сигнала в ПВКС
Рис.1.5
Соотношения для различных комбинаций номеров входных и выходных каналов при синхронизации с частотой C2=2048 КГц определяются по формуле:
(1.5)
где m- номер выходного КИ; - номер входного КИ.
Таким образом, минимальное значение задержки составляет 11,71875 мкс (3 КИ) при коммутации КИ с соотношением m-n=3, а максимальное - 132,8125 мкс (34 КИ) при соотношении m=n+2.
Очевидно, что при коммутации соотношения номеров каналов m=n, m=n+1 и m=n+2 являются самыми невыгодными. Однако, распределение вероятностей номеров каналов при соединении - равномерное, поэтому если учесть требование к максимальному использованию каналов, то минимизировать это значение не представляется возможным, тем более, что при коммутации речевых каналов задержка в 132,8125 мс вполне допустима.
Однако, при организации конференц-связи, когда соединение происходит через специализированную ИС конференц-связи (например M34116) сигнал приобретает дополнительную задержку.
Значение задержки определяется как
, (1.6)
где tз кс - время задержки сигнала в КС;з конф - время задержки сигнала в ИС конференц-связи.
Время tз кс определяется выражением 1.5.
Время tз конф постоянно и составляет для 32-канального тракта передачи данных STD (синхронизация 2048 КГц) 33 КИ, то есть з конф.= 3,90625*33=128,90625 мкс.
Задержка сигнала при организации конференц-связи
Рис.1.6
Полное минимальное (максимальное) время задержки сигнала для КИ, участвующего в конференции составит (в соответствии с выражением 1.6):3 min=2*11,71875+128,90625=152,34375 мкс при n-p=3, q-m=3;3 max=2*132,8125+128,90625=394,53125 мкс при n-p=3, q-m=3;
где p - номер КИ на входе схемы конференц-связи,- номер КИ на выходе схемы конференц-связи.
Так как вероятность распределения соединений КИ q с КИ m является равномерным, то минимизации время прохождения сигнала на данном участке не поддается. Однако время задержки может быть уменьшено за счет оптимального распределения соединений КИ n и p. Входной КИ следует выбирать из соотношения p>n+2 (выражение 1.5, задержка до 27 КИ), если данное соотношение не выполнимо, то выбираются каналы из условия p<n, и в наихудшем случае задействуются соединения, для которых p=n, p=n+1, p=n+2.
1.4 Характеристики ИКМ тракта Е1
Для первичного оборудования ЦСК CCITT предусмотрено применение тракта ИКМ 30 E1 (рекомендация G.732 [7] и технические требования ETSI ETS-300-248, TBR-12 [12,22]). Данный стандарт обеспечивает передачу 30 каналов ТЧ и 2-х каналов сигнализации и синхронизации со скоростью 2048 Кбит/с (тракт D2048U). Каждый канал ТЧ соответствует цифровому потоку 64 Кбит/с.
Структура цикла передачи ИКМ30/32 (Е1)
Структура цикла передачи Е1 показана на рис.1.7.
Сверхцикл (superframe) состоит из 16 циклов (frame). В каждом цикле передается 32 канальных интервала КИ. КИ0 и КИ16 используются для передачи служебной информации (синхронизация, аварийная информация, дискретная информация, сигнализация). КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 соответствуют 30 каналам ТЧ.
Длительность сверхцикла составляет 2 мс. Длительность цикла Тц=125 мкс, то есть тактовая частота цикловой синхронизации составляет Fц=8 КГц. Длительность КИ Tки=3,9 мкс. Синхронизация каждого бита производится с частотой Fc=2048 КГц.
Сигнал сверхцикловой синхронизации передается в КИ0 в нечетных циклах (0011011). В четных циклах передается 1 в Р2 и аварийная информация цикловой синхронизации (Р3) и остаточного затухания тракта (Р6, превышение затухания 36 дБ на полутактовой частоте).
Сигнал цикловой синхронизации передается в КИ16 в Ц0. Сигнальная информация для КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 передается также в КИ16 циклов Ц1-Ц15 (CK I, CK II) соответственно.
Задача формирования ИКМ тракта Е1 выполняется с помощью так называемых фреймеров (framer). В общем случае фреймер выполняет преобразование тракта ИКМ 30/32 в формат E1 путем введения в него сигналов синхронизации и сигнализации на передающем конце, а также выделение данных сигналов и разделение разговорных и трактов сигнализации для последующей обработки в ЦСК.
1.5 Характеристики шины ST-BUS
Для обеспечения управления внутристанционным оборудованием ЦСК, а также передачи сигналов сигнализации в настоящее время применяется несколько стандартов управляющих шин. Применение того или иного стандарта определяется типом и назначением ЦСК. Для первичного оборудования ЦСК (ИКМ 30/32) одним из возможных и наиболее удобных решений является применение шины ST-BUS (Serial Telecom Bus) [16].
Интерфейс ST-BUS предполагает использование следующих сигналов:
С2 (С4, С8, С16) - сигнал битовой синхронизации частотой 2048 КГц (4096, 8192, 16384 КГц - для вторичной и т.д. групп каналообразования);
#F0, #F1 - сигнал цикловой синхронизации, стробирует первый бит 0 цикла (#F0) или сигнал канальной синхронизации (#F1), стробирующий необходимый канальный интервал.- информационный последовательный канал. Может быть как однонаправленным, так и двунаправленным.
Структура пакета передачи данных по ST-BUS показана на рис.1.8.
Тип синхронизации (с помощью #F1 или #F0) выбирается исходя из конкретной реализации интерфейса.
Основным требованием к использованию данного стандарта является соответствие канальных интервалов разговорного тракта каналам управления и синхронизации ST-BUS. Для достижения выполнения данного условия является соответствие между собой сигналов битовой и цикловой синхронизации трактов.
Так, для системы ИКМ 30/32 сигнал #F0(#F1) будет соответствовать сигналу цикловой синхронизации разговорного тракта (то есть период равен Tц=125 мкс), а сигнал С2 - сигналу битовой синхронизации (частота 2048 КГц) разговорного ИКМ тракта.
Структура пакета передачи данных и синхронизация ST-BUS
a) синхронизация с помощью сигнала #F0
б) синхронизация с помощью сигнала #F1
Рис.1.8.
Для того, чтобы использовать интерфейс ST-BUS для управления оборудованием комплектов ЦСК требуется преобразование параллельных данных микроконтроллера в последовательные данные ST-BUS. Такое преобразование выполняется с помощью специализированных ИС (например MT8920B),а также с помощью управления шиной ST-BUS через схему пространственно-временной коммутации с параллельным доступом (MT8980, например) в режиме сообщения (message mode).
1.6 Характеристики и параметры кодирование речевого сигнала
Параметры кодирования аналогового сигнала и его представления в формате ИКМ нормируются рекомендацией CCITT, ITU-U G.711 [21]. Аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразование сигнала производится с помощью импульсно-кодовой модуляции с частотой дискретизации 8 КГц.
Для первичного оборудования E1 используется 12-битное аналого-цифровое преобразование с компрессией полученного сигнала по А - закону (A-Law compression) [5,8,23].
Уравнение компрессии сигнала записывается в виде
y1 = (1+ln Ax)/(1+lnA) для xÎ[1/A, 1]= Ax/(1+lnA) для xÎ[0,1/A]
и реализуют квазилогарифмическую характеристику компрессии.
Данный закон предусматривает использование 14 сегментов для представления одной выборки входного сигнала. A=87,6.
Каждая выборка после компрессии представляется в виде 8-битного числа. Младшие 4 бита определяют уровень кванта внутри сегмента, номер сегмента характеристики представлен в виде 3-х битного числа. Старший бит определяет знак выборки.
В результате применения компрессии допустимый динамический диапазон сигнала расширяется до 24 дБ. ОСШ составляет 33 дБ.
В соответствии с рекомендацией G.711 знак выборки кодируется как показано в таблице 1.1
Таблица 1.1 Кодирование знака кодовой комбинации
| Код | Знак/Величина | Закон компрессии | |
| m | A | ||
| +max | 1111 1111 | 1000 0000 | 1010 1010 |
| +0 | 1000 0000 | 1111 1111 | 1101 0101 |
| -0 (тишина) | 0000 0000 | 0111 1111 | 0101 0101 |
| -max | 0111 1111 | 0000 0000 | 0010 1010 |
