ЦИФРОВАЯ КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ

Конфигурация коммутационной схемы с пространственным разделением каналов периодически воспроизводится в течение каждого временного интервала путем непрерывного изменения некоторым циклическим образом соединений, существующих в течение коротких интервалов времени. Обычно такой способ работы схемы называют коммутацией с временным разделением каналов. В то время, как такой способ работы системы можно было бы считать приемлемым как для аналоговых, так и для цифровых сигналов, цифровые сигналы, сформированные путем объединения на базе временного разделения, обычно требуют как коммутации временных интервалов, так и коммутации физических линий. Этот последний вид коммутации представляет собой, по существу, второе измерение коммутации и обычно называется временной коммутацией. В последующем при обсуждении проблем цифровой коммутации с временным разделением будем предполагать (если не оговорено дополнительно), что коммутационная система непосредственно сопрягается с цифровыми линиями передачи с временным разделением. Это предположение обычно выполняется, поскольку даже при работе в аналоговом окружении в наиболее экономичной коммутационной системе сначала производятся формирование цифровых сигналов и их компоновка в соответствии с форматом слова ВРК, а уже затем осуществляются любые операции по коммутации.
Основное требование к системе коммутации с временным разделением иллюстрирует рис.6. В качестве примера на нем приведено соединение канала 3 первого тракта с ВРК с каналом 17 последнего тракта с ВРК. Указанное соединение подразумевает, что информация, поступающая во временном интервале 3 первого тракта, пересылается во временном интервале 17 последнего тракта. Так как процесс преобразования речевого сигнала в цифровую форму принципиально означает четырехпроводныи режим работы, то требуется и реализуется обратное соединение путем пересылки информации из временного интервала 17, последнего входящего тракта во временном интервале 3, первого исходящего тракта. Таким образом, каждое соединение требует выполнения двух пересылок информации; каждая включает преобразование и во времени и в пространстве.

Существует множество структур коммутационных схем, которые позволяют выполнять операции, указанные на рис.6. Все эти структуры, по существу, требуют, по крайней мере, двух звеньев: звена пространственной коммутации и звена временной коммутации. Как будет показано в дальнейшем, коммутационные схемы большой емкости обычно содержат несколько звеньев обоих типов. Однако, прежде чем начать обсуждение двумерной (двух координатной) коммутации, рассмотрим характеристики и возможности одной лишь временной коммутации.

Цифровая коммутационная схема на ЗУ. Так как схемы временной коммутации строятся на базе недорогих цифровых ЗУ, реализация функции цифровой коммутации оказывается более дешевой, чем реализация схем с пространственным разделением. Работа схемы временной коммутации сводится, главным образом, к записи информации и считыванию ее из ЗУ. В процессе коммутации информация, поступающая по одному временному каналу, передается к другому, как показано на рис.7. Если цифровые сигналы группируются в единые форматы слов ВРК, то удается получать весьма экономичные коммутационные схемы, реализующие только временную коммутацию. Однако реальные ограничения на временные характеристики ЗУ определяют допустимые размеры блока временной коммутации, поэтому в коммутационных схемах большой емкости обязательно вводится пространственная коммутация. Как будет показано в дальнейшем, наиболее экономично построенные многозвенные схемы обычно содержат возможно большее число звеньев временной коммутации.

Принцип работы схемы коммутации на ЗУ поясняет рис.8. Как видно из рисунка, отдельные цепи, по которым идет передача цифровых сообщений, некоторым фиксированным образом объединяются так, что образуется один тракт с ВРК- Функции объединения и разделения можно рассматривать либо как функции самой схемы коммутации, либо как функции, реализуемые в удаленных терминалах. Если, функции объединения и разделения реализуются локально, то мультиплексор и де мультиплексор могут параллельно подключаться непосредственно к ЗУ. В противном случае используется преобразователь последовательного кода в параллельный, который позволяет предварительно накопить информацию определенного временного канала до того, как она будет записана в ЗУ. В любом случае для каждого входящего временного канала необходимо обеспечить доступ к каналу записи в ЗУ, и точно так же необходимо обеспечить доступ к каналу считывания для каждого исходящего временного канала. Обмен информацией между двумя различными временными каналами осуществляется с помощью ЗУ временной коммутации каналов (ВКК). В схеме ВКК, показанной на рис.8, информация, поступающая по входящим временным каналам, последовательно записывается в ячейки ЗУ. В то же время информация, поступающая в исходящие каналы, считывается из ЗУ ВКК по адресам, получаемым из блока управляющей памяти. Дуплексное соединение каналов i и j трактов с ВРК означает, что адрес i поступает в ЗУ ВКК в течение i-го временного интервала, и наоборот, как указывается в соответствующей управляющей памяти. Таким образом, в течение каждого временного интервала к ЗУ ВКК производятся два обращения. Первое, когда некоторое управляющее устройство (на рисунке не показано) выбирает номер временного канала, который определяет адрес записи в ЗУ. Второе, когда содержимое управляющей памяти, соответствующее определенному временному каналу, выбирается в качестве адреса считывания.

Поскольку операции записи и считывания должны выполняться в ЗУ ВКК для каждого временного канала (входящего или исходящего), максимальное число каналов с, которые могут быть обслужены простой коммутационной схемой на ЗУ, равно

где цифра 125 означает длительность цикла в микросекундах для частоты дискретизации речевого сигнала, равной 8 кГц, а t — длительность цикла (обращения) ЗУ в микросекундах. В качестве конкретного примера рассмотрим применение ЗУ ВКК с циклом 500 нс. Уравнение показывает, что коммутационная схема на ЗУ может обслужить 125 дуплексных каналов (62 соединения) при условии строгой неблокируемости схемы. Сложность коммутационной схемы (в предположении, что процесс цифрового преобразования где-то уже был осуществлен) совсем невелика, ЗУ ВКК хранит один информационный цикл, организованный как с слов по 8 битов каждое. Управляющая память также имеет объем с слов, причем длина каждого слова равна log(c) (т. е. в нашем примере 7). Таким образом, обе функции памяти могут быть реализованы на базе ЗУ с произвольной выборкой емкостью 128Х8 битов. Дополняющая часть в виде счетчика временных каналов и некоторых логических устройств для выбора адресов и управления записью новой информации в управляющую память, может быть реализована на базе обычных интегральных схем (ИС).Рассмотренная коммутационная схема контрастирует со схемой с пространственным разделением каналов, которая потребовала бы 7680 точек коммутации при реализации ее в виде неблокирующейся трехзвенной коммутационной схемы. И хотя современная технология изготовления интегральных микросхем позволила бы заменить многие точки цифровой коммутации несколькими интегральными схемами, тем не менее ограничение, связанное с допустимым числом выводов с кристалла, преодолеть не удалось бы. Одно из основных достоинств цифровых сигналов состоит в легкости, с которой их можно объединять на базе временного разделения. Это свойство цифровых сигналов имеет особое значение как при организации соединений между ИС, так и при организации связи между коммутационными станциями.
Если комбинацию мультиплексора и демультиплексора использовать для концентрации и расширения, то система может обслуживать значительно большее число входящих линий в зависимости от среднего использования отдельных цепей. Например, если линия в среднем занята в течение 10% времени, то система концентратор-коммутационная схема на ЗУ — экспандер может обслужить до 1000 цепей с вероятностью блокировки, меньшей 0,002. Введение концентрации и расширения вместе с тем означают значительное усложнение системы. По существу, оборудование, реализующее эти операции, представляет собой схемы коммутации с пространственным разделением, которые управляются соответствующим образом. Структура концентратор-схема коммутации на ЗУ — экспандер, по существу, становится простой формой коммутационной схемы типа пространство-время-пространство (ПВП), которая будет рассмотрена в дальнейшем.
Для того, чтобы обеспечить желаемую временную коммутацию каналов, звенья временной коммутации принципиально требуют наличия некоторого вида элементов задержки. Задержки легче всего реализовать с помощью ЗУ с произвольной выборкой, запись в которые производится по мере поступления данных, а считывание при необходимости их передачи. Если для каждого временного интервала в цикле ВРК отведена одна ячейка памяти, то информация каждого канала с временным разделением может храниться без искажения повторной записью в течение времени вплоть до длительности одного полного цикла.
Можно указать два способа управления работой ЗУ звена временной коммутации: последовательная запись и произвольное считывание, или произвольная запись и последовательное считывание. На рис.9 показан принцип работы звена временной коммутаций для обоих способов управления с иллюстрацией способа доступа к памяти при передаче информации из временного канала 3 во временной канал 17. Заметим, что оба способа работы звена временной коммутации используют циклическую управляющую память, доступ к которой осуществляется синхронно с работой счетчика временных интервалов.
Согласно первому способу работы звена временной коммутации, показанному на рис.9, определенные ячейки памяти закрепляются за соответствующими каналами входящего тракта с ВРК. Информация каждого входящего временного интервала запоминается в последовательных ячейках памяти, что обеспечивается увеличением на 1 содержимого счетчика по модулю С на каждом временном интервале. Как уже отмечалось, информация, принятая в течение временного интервала 3, автоматически запоминается в третьей ячейке ЗУ. При выдаче информации из ЗУ управляющая информация, поступающая из управляющей памяти, определяет адрес считывания информации для заданного временного интервала. Как уже было указано, семнадцатое слово управляющей памяти содержит число 3, т. е. содержимое ЗУ звена временной коммутации (ЗУ ВКК) по адресу 3 должно быть считано и передано по исходящему тракту в течение временного интервала 17.

Второй способ работы звена временной коммутации, показанный на рис. 9, является противоположностью первого. Поступающая на вход информация записывается в ячейки ЗУ в соответствии с адресом, хранящимся в управляющей памяти: однако, считывание информации производится последовательно- ячейка за ячейкой под управлением счетчика временных интервалов (исходящих). Как показано в данном примере, информация, принятая в течение временного интервала 3, записывается непосредственна в ЗУ ВКК по адресу 17, откуда автоматически считывается в исходящий канал с номером 17 тракта с ВРК. Заметим, что оба способа работы звена временной коммутации, показанные на рис. 9, определяют соответственно управление по выходу и по входу. В примере многозвенной коммутационной схемы, рассматриваемой в дальнейшем, удобно один способ работы использовать на одном звене временной коммутации, а второй способ — на другом звене.