ДВУХКООРДИНАТНАЯ КОММУТАЦИЯ

Цифровые коммутационные схемы большой емкости требуют реализации процесса коммутации как в пространстве, так и во времени. Существует значительное множество конфигураций схем, которые можно использовать, чтобы удовлетворить эти требования. Для начала рассмотрим простую структуру коммутационной схемы, показанную на рис.10. Она содержит только два звена: звено временной коммутации В и следующие за ним звено пространственной коммутации П. Поэтому эту структуру часто называют коммутационной схемой типа время — пространство (ВП).

Основная функция звена временной коммутации — обеспечить задержку информации, поступающей в течение временных интервалов, соответствующих входящим каналам, до момента наступления временного интервала, соответствующего желаемому исходящему каналу. В этот момент задержанная информация проходит через звено пространственной коммутации на соответствующий исходящий тракт. В данном примере показано, что информация, поступающая в течение временного интервала 3 по тракту 1, задерживается до тех гор, пока не наступит временной интервал 17. При обратном соединении информация, поступающая в течение временного интервала 17 по тракту N, задерживается до тех пор, пока не наступает временной интервал 3 следующего цикла. Заметим, что звено временной коммутации может обеспечивать задержку информации, которая лежит в диапазоне от одного временного интервала до полного цикла.
Звеном пространственной коммутации управляет соответствующая ему управляющая память, которая содержит информацию, необходимую для определения той конфигурации звена временной коммутации, которая должна быть создана в течение каждого временного интервала цикла. Необходимая управляющая информация считывается циклически точно так же, как и управляющая информация в аналоговых коммутационных схемах с временным разделением. Например, в течение каждого исходящего временного интервала 3 считывается управляющая информация, которая определяет, что промежуточная соединительная линия 1 должна быть соединена с исходящей соединительной линией N. В течение других временных интервалов звено пространственной коммутации полностью изменяет свою конфигурацию, приспосабливаясь к обслуживанию других соединений.

Как уже отмечалось, удобно представить управляющую память в виде параллельного кольцевого сдвигающего регистра. Ширина сдвигающего регистра равна числу битов, необходимых для определения всей конфигурации схемы пространственной коммутации в течение одного временного интервала. Длина сдвигающего регистра определяется числом временных интервалов в цикле. Естественно, необходимо иметь определенные средства для изменения информации в управляющей памяти, чтобы можно было устанавливать новые соединения. На практике управляющая память может быть построена на ЗУ с произвольной выборкой с управлением от счетчиков, которые циклически генерируют адрес обращения.

Сложность реализации коммутационных схем с временным разделением. В предыдущих разделах альтернативные структуры коммутационных схем с пространственным разделением сравнивались между собой по общему числу точек коммутации, требуемому для обеспечения заданного качества обслуживания. Можно указать и другие факторы, которые следует учитывать при проведении более полного анализа, а именно: модульность, требования, связанные с поиском путей, влияние повреждений, условия обслуживания, требования к монтажу или соединениям, электрическая нагрузка и другие. Несмотря на необходимость учета всех этих соображений, оценка по числу точек коммутации полезна и является единственной мерой стоимости коммутационной схемы с пространственным разделением, особенно при использовании в качестве точек коммутации электромеханических приборов.
В случае использования полупроводниковых электронных коммутационных приборов, вообще, и коммутационных приборов с временным разделением, в частности, число точек коммутации само по себе является менее значащей величиной при оценке стоимости реализации. Коммутационные структуры, в которых используются интегральные микросхемы с относительно большим числом внутренних точек коммутации, обычно более экономичны по стоимости, чем другие структуры, которые могут иметь меньшее число точек коммутации, но большее число корпусов. Следовательно, более приемлемым параметром при оценке варианта коммутационной схемы должно быть общее число корпусов ИС. Если различные варианты реализуются на основе одинакового набора ИС, то число корпусов может достаточно точно отражать число точек коммутации.
Другим полезным параметром при оценке стоимости реализации является общее число выводов ИС, требуемое при определенном варианте построения схемы. Хотя этот параметр, очевидно, тесно связан с общим числом корпусов, все же он более полезен, поскольку более точно характеризует стоимость корпуса и требования к размещению. Оценка по числу выводов может также непосредственно служить показателем надежности реализации, поскольку взаимные соединения выводов за пределами ИС всегда менее надежны, чем внутренние. Эквивалент одной точки коммутации (элемент И) при реализации коммутационной схемы на ИС средней степени интеграции (СИС) обычно составляет 1,5 внешнего вывода для доступа к точке коммутации. Таким образом, если применяются СИС, то общее число точек коммутации может служить полезным показателем общего числа выводов. Поэтому будем продолжать использовать число точек коммутации как меру стоимости реализации, принимая при этом, что элементы средней степени интеграции будут использованы во всех сопоставляемых вариантах. В этом случае необходимо иметь уверенность в том, что все сравниваемые системы работают примерно с одной и той же скоростью, поскольку более высокие скорости требуют более низкого уровня интеграции.
Кроме числа точек коммутации на звеньях пространственной коммутации при оценке общей стоимости необходимо учитывать значительный объем ЗУ, которые используются на звеньях временной коммутации. При оценке объема памяти необходимо учитывать как память схемы временной коммутации, так и управляющую память звеньев временной и пространственной коммутации. При проведении последующего анализа будем предполагать, что 100 битов памяти соответствуют 1,5 межсоединений ИС (ЗУ со случайной выборкой на 1024 бита обычно требует 14 выводов). При этом предположением можно связать стоимость ЗУ со стоимостью точки коммутации соотношением из расчета 100 битов памяти на 1 точку коммутации. Таким образом, последующий анализ сложности реализации цифровых коммутационных схем с временным разделением будет включать оценку общего числа точек коммутации и общего числа битов памяти, поделенного на 100.
Сложность реализации определяется следующим образом:

где Nx — число точек коммутации на звене пространственной коммутации, Nв — число битов памяти.
В оценке сложности совершенно явно преобладает число точек коммутации на звене пространственной коммутации. Значительно меньшая сложность (и вообще более низкая стоимость) может быть достигнута, если до этапа коммутации производится предварительное объединение групп входящих линий и формирование сигналов для образования трактов передачи более высокого уровня иерархии. Стоимость входного мультиплексора сравнительно мала, если индивидуальные сигналы типа DS-1 уже были синхронизированы для выполнения коммутации. Таким способом может быть заметно уменьшена сложность звена пространственной коммутации, в то время как общая сложность звена временной коммутации увеличивается лишь незначительно. Стоимость реализации снижается пропорционально сложности, но лишь до того момента, пока требования более высокой скорости работы системы коммутации не приведут к необходимости использования более совершенной технологии.

Многозвенные схемы временной и пространственной коммутации. Эффективным средством уменьшения стоимости коммутационной схемы с временным разделением является мультиплексирование возможно большего числа каналов и выполнение по возможности большего объема операций коммутации на звеньях временной коммутации. Стоимость операций коммутации на звеньях временной коммутации значительно меньше их стоимости на звеньях пространственной коммутации, главным образом потому, что цифровая память много дешевле, чем цифровые точки коммутации (логические схемы И). Еще раз отметим, что сами по себе точки коммутации не столь дороги; основные затраты приходятся на реализацию схем доступа и выбора точки коммутации со стороны внешних выводов, что и делает использование точек коммутации сравнительно дорогостоящим.
Конечно, существуют практические ограничения в отношении того, сколько каналов может быть объединено в общий тракт с ВРК для коммутации на звене временной коммутации. Если существующий в настоящее время предел мультиплексирования достигнут, то дальнейшее уменьшение сложности реализации можно получить путем увеличения числа звеньев коммутации. Очевидно, что некоторая экономия расходов достигается, если одно звено пространственной коммутации схемы типа ВП или ПВ может быть заменено несколькими звеньями.
Обычно, наиболее эффективный подход состоит в разделении звеньев пространственной коммутации звеном временной коммутации иди в разделении двух звеньев временной коммутации звеном пространственной коммутации. В следующих двух разделах будут описаны две базовые структуры. Первая структура, содержащая звено временной коммутации между двумя звеньями пространственной коммутации, носит название коммутационной схемы пространство—время—пространство (ПВП). Вторая структура обычно называется коммутационной схемой время — пространство — время (ВПВ).