ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ПРО КЕРУЮЧІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОННИХ АТС. Система комутації, як об’єкт керування. Під системою комутації (СК) розуміють сукупність технічних засобів, призначених для прийому і розподілу інформації по необхідних напрямках зв’язку. Спрощена структурна схема системи комутації з програмним керуванням (СКПК) приведена на рисунку 1.1, де виділені три основні групи пристроїв: комутаційне поле (КП); лінійні комплекти абонентських і з’єднувальних ліній; керуюча система.
Рис. 1.1 Система комутації з програмним керуванням. Комутаційне поле призначене для створення з’єднувального шляху при внутрістанційних, вихідних, вхідних і транзитних з’єднаннях. Керуюча система забезпечує керування процесами встановлення з’єднань різних типів, а також процесами адміністративно-технічного обслуговування при експлуатації СК. До лінійних комплектів відносяться абонентські комплекти (АК) призначені для визначення станів абонентських ліній (знята чи положена мікротелефонна трубка), для посилки сигналів заняття та відбою. Один із варіантів АК, який використовується в СКПК приведений на рисунку 1.2. Кожен АК складається з двох реле, одне з яких виконує роль визначення стану абонентської лінії (лінійне реле ЛР), а інше – для під’єднання абонентської лінії до КП (розділююче реле РР). Опитування контрольної точки (КТ) ЛР та керування точкою керування (ТК) РР здійснює керуюча система.
Рис. 1.2 Спрощена схема абонентського комплекту. Основні функції керуючої системи: прийом сигналів, які надходять по абонентських і з’єднувальних лініях, що забезпечується періодичним опитуванням КТ АК; аналіз прийнятих сигналів з цілю виявлення подальшої послідовності дій по встановленню з’єднання та пошук вільних комплектів і з’єднувальних шляхів у КП для встановлення необхідних з’єднань; тарифікація; збір та накопичення статистичної інформації; контроль за станом обладнання, виявлення та локалізація неполадок. Ці функції виражають головні етапи технологічного процесу – процесу встановлення з’єднання між довільними абонентами, отже виходячи з цього систему в цілому можна назвати автоматичною системою керування технологічним процесом (АСКТП) встановлення з’єднаннь в якій об'єктом керування є КП та під’єднані до нього комплекти. Робота системи комутації має ряд специфічних особливостей, які надають їй особливу категорію АСКТП. До числа таких особливостей належать наступні: Висока надійність. Дозволяється сумарна непрацездатність СК, що не перевищує двох годин за період експлуатації 20 років; Велика кількість джерел навантаження. СК може обслуговувати десятки і сотні тисяч абонентів; Робота в реальному масштабі часу. Це можна пояснити на наприкладі. Нехай в деякий момент часу t1 від об'єкту управління в керуючу систему надійшов запит. У відповідності до технологічного процесу, керуюча дія (відповідь) повинна прийти не пізніше моменту часу t2. Якщо на протязі інтервалу часу t2 – t1 керуюча система встигає обробити цей запит, то говорять, що вона забезпечує роботу в реальному масштабі часу. Відносно СК робота в реальному масштабі часу означає, що обслуговування запитів, які надходять від абонентів, здійснюється без відчутних для них затримок; Довготривалий термін експлуатації. Системи комутації експлуатуються десятками років, що зумовлює необхідність корекції функцій СК у відповідності з загальними змінами та постійним вдосконаленням мережі зв'язку; Живучість СК – властивість керуючої системи зберігати працездатність основних функцій при виході з ладу окремих її компонентів. Перераховані особливості накладають жорсткі вимоги до керуючої системи СКПК. КС повинна мати високу надійність та живучість; Велика сумарна продуктивність КС для забезпечення режиму роботи в реальному масштабі часу при обслуговуванні багатьох джерел навантаження. Сумарна продуктивність визначається як швидкістю ЕОМ, які утворюють КС і безпосередньо беруть участь в обслуговуванні навантаження, так і оптимальною організацією складових частин програмного забезпечення; КС повинна забезпечувати багатофункціональний режим роботи СКПК при взаємодії із станціями різних систем; Забезпечення простоти перенастройки функцій КС в процесі розвитку мережі зв’язку. Важливо відмітити, що при розробці СКПК з розподіленим керуванням необхідно з особливою увагою відноситися до методів взаємодії між ЕОМ, так як їх взаємне функціонування визначає такі важливі характеристики керуючої системи СКПК, як продуктивність та надійність. Квазіелектронна СКПК з централізованим керуванням. В СКПК з централізованим керуванням роль централізованого керуючого пристрою (ЦКП) відіграє обчислювальна машина, яка дістала назву електронна керуюча машина (ЕКМ). Структурна схема такої системи комутації приведена на рисунку 1.3, вона характерна для більшості квазіелектронних СКПК.
Рис. 1.3 Структурна схема СКПК з централізованим керуванням. Комутаційне поле квазіелектронних СКПК виконується основі матричних з’єднувачів з числом входів і виходів 4x4 та 8x8. Кожному входу доступний кожен вихід. Для комутації входу з виходом використовується спеціальний комутаційний елемент: геркон, ферид та інші. Місце розташування комутаційного елемента в з'єднувачі називають точкою комутації. Таким чином в матричному з’єднувачі 4x4 існує 16 точок комутації. З таких матричних з’єднувачів шляхом їх по ланкового включення утворюються стандартні комутаційні блоки: блоки абонентських ліній (БАЛ) і блоки з’єднувальних ліній (БЗЛ). Кількість входів і виходів БАЛ та БЗЛ, кількість ланок та їх структурне побудування визначається призначенням блоку, необхідною якістю обслуговування та величиною навантаження. Блок абонентських ліній поряд з функцією комутації забезпечує концентрацію надходячої від абонентів навантаження. По цій причині БАЛ виконаний із ущільненням, тобто кількість входів перевищує кількість виходів. До функцій БЗЛ входить комутація з рівномірним розподілом навантаження, що надходить від абонентів. Блоки з’єднувальних ліній виконані без ущільнення. З рисунку 1.3 видно, що у входи БАЛ включаються АК, а у виходи – шнурові комплекти (ШК) і міжблокові лінії зв’язку до БЗЛ. До виходів БЗЛ включаються комплекти з’єднувальних ліній (КЗЛ). Шнурові комплекти призначені для живлення мікрофонів, посилки сигналу виклику та прийому сигналів відбою по лініях абонента, який викликає (джерельного) та абонента, якого викликають (призначення). Периферійні керуючі пристрої (ПКП) виконують роль безпосереднього керування блоками комутації та комплектами. Також вони забезпечують узгодження коротких за часом команд, що видає ЕКМ, з відносно повільно працюючими комплектами. Крім того, в склад ПКП включаються скануючі (опитуючі) пристрої, які опитують КТ визначеної групи АК. Ця функція ПКП дозволяє суттєво знизити затрати часу роботи ЕКМ на вирішення задачі сканування контрольних точок, що зменшує такі вимоги до ЕКМ, як продуктивність. Центральний керуючий пристрій зв’язаний з ПКП системою шин. Адресна шина використовується для вибору потрібного ПКП, командна шина – для передачі із ЦКП в ПКП команд на виконання, а шина відповіді – для передачі в ЦКП інформації про результати опиту станів відповідних груп комплектів та інформації про підтвердження виконання команд. З ціллю забезпечення надійності роботи АТС, централізований керуючий пристрій виконується за допомогою комплексу із двох ЕКМ чи багатопроцесорної ЕКМ з дублюванням на модульному рівні. Електронна СКПК з децентралізованим керуванням. Особливістю, яка відрізняє СКПК з децентралізованим керуванням являється те, що функції КС виконує не одна високопродуктивна ЕКМ, а декілька мікро-ЕОМ (обчислювальних модулів), об’єднаних в керуючу систему. Всі обчислюючі модулі, які входять в розподілену керуючу систему, функціонують паралельно, і за рахунок цього досягається висока продуктивність та надійність. Для прикладу електронної СКПК з децентралізованим керуванням приведемо структурну схему ЕАТС-200 (Рис. 1.4). Станція містить дві ступені пошуку – ступінь абонентського пошуку (АП), та ступінь групового пошуку (ГП). Ступінь абонентського пошуку може складатися з одного чи декількох блоків абонентського пошуку (БАП), кількість яких визначається числом абонентів системи. До кожному БАП можливо підключити 4096 абонентських ліній. В свою чергу БАП складається з абонентських модулів (АМ) і комутаційного поля. А кожен АМ, складається з блоків під’єднання абонентських ліній (БПАЛ) та керуючого пристрою (КП АМ). В цілому БАП являє самостійно функціонуючу комутаційну систему, що містить КП просторово-часової комутації та керуючого пристрою (КП БАП), який керує встановленням з’єднань в КП.
Рис. 1.4 Електронна СКПК з децентралізованим керуванням. Абонентський модуль виконує наступі функції: прийому імпульсів набору номера, що поступають на станцію шляхом розмикання імпульсного ключа в телефонному апараті (при дисковому номеронабирачі); визначення наявності виклику на одній з абонентських ліній, підключених до АМ; подачі абоненту сигналу виклику; виміру параметрів абонентських ліній та інші. Блок під’єднання абонентських ліній забезпечує аналогово-цифрове перетворення сигналів розмовних струмів в ІКМ сигнали та концентрацію надходячої від абонентів навантаження, в результаті чого інформація від 64 фізичних аналогових абонентських ліній перетворюється в цифрову форму і передається в ІКМ тракт. Параметри ІКМ тракту охарактеризовані в таблиці 1.1. Таблиця 1.1 Параметри ІКМ тракту Характеристика ІКМ тракту Значення Примітка
Загальна кількість часових каналів 32 0…31
Число інформаційних каналів 30 1…15, 17…31
Число каналів для синхронізації 1 0-й канал
Число сигналізаційних каналів 1 16-й канал
Швидкість передачі в одному часовому каналі 64 кбіт/с
Сумарна швидкість передачі 2048 Мбіт/с
Цикл передачі 125 Мкс
Слід відмітити, що КП АМ, який керує роботою БПАЛ, виконано у вигляді мікро-ЕОМ з 8-розрядним мікропроцесором. Кожна з цих мікро-ЕОМ відіграє роль самостійного пристрою керування і призначена для керування абонентськими комплектами. Одна ЕОМ обслуговує 64 абонентів, тому сумарна кількість КП АМ в складі станції доволі велике. Ступінь групового пошуку є повнодоступним неблокуючим комутатором, що забезпечує просторово-часову комутацію підключених до нього ІКМ трактів, максимальна кількість яких може бути 256. До ступені ГП через ІКМ тракти підключаються такі пристрої як: генератор тональних сигналів (ГТС), який виробляє такі сигнали як: “Відповідь станції”, “Контроль посилки виклику”, “Сигнал зайнято” та інші (Таблиця 1.2); блок приймачів тонального набору (БПТН), призначений для оцифровування багаточастотних сигналів, які передаються на АТС абонентами з тастатурного номеронабирача; блок багаточастотної сигналізації (ББЧС), який призначений для перетворення цифрової форми багаточастотних сигналів міжстанційної сигналізації при зв’язках з іншими станціями; комплекти з’єднувальних ліній (КЗЛ), використовуються для електричного узгодження та синхронізації цифрових і аналогових з’єднувальних ліній при роботі СКПК станції із станціями інших систем. Таблиця 1.2 Параметри сигналів повідомлення АТС Наймену- вання сигналів.
Форма сигналів. Параметри сигналів.
Част, Гц. Тривалість, с Напруга, В
Сигн. Паузи
Відповідь станції
425 Неперервний 2.5 ... 5
Зайнято
425 0.3 0.3 2.5 ... 5
Контроль посилки виклику
425 1 4 2.5 ... 5
Виклик
25 1 4 80…110
Крім блоків КП БАП, які описувалися вище, керуючий пристрій СКПК містить ряд блоків (Рис. 1.4), функції яких в складі СКПК розглянемо детальніше: Керуючий пристрій групового пошуку (КП ГП) встановлює необхідні з’єднання на ступені групового пошуку, тобто забезпечує пошук вільних часових каналів, їх заняття, звільнення, контроль правильності встановлення з’єднання. Блок регістрів (БР) приймає та зберігає оперативну адресну інформацію в процесі встановлення з’єднання та розмови. Блок загальноканальної сигналізації (БЗКС) і блок лінійної сигналізації (БЛС) схожі по призначенню. Блок лінійної сигналізації обробляє сигнали, що надходять по 16 часовому каналі ІКМ тракту, а БЗКС веде обробку інформації в сигнальному коді № 7 МККТТ, спеціально розробленої для обміну керуючою інформацією в цифрових мережах зв’язку з використанням СКПК. Блок статистики (БС) фіксує інформацію про навантаження, що обробляє АТС, вартості розмови та кількості непроходження. Інформація фіксується на магнітній стрічці. Керуючий пристрій технічної експлуатації (КП ТЕ) забезпечує зв’язок АТС з центром технічної експлуатації (ЦТЕ) та передачі в центр інформації про стан обладнання. За допомогою КП ТЕ здійснюється перемикання пристроїв, які мають резервування. Блок даних (БД) містить таблиці з даними про абонентські та з’єднувальні лінії, структурі мережі і кодах вибору напрямків. Найбільш інтенсивний обмін даними здійснює БР в процесі обробки адресної інформації. Обслуговуючий персонал СКПК контролює працездатність обладнання за допомогою таких пристроїв вводу-виводу (ПВВ), як дисплеї та друкуючі пристрої, що підключаються до КП ТЕ. Для забезпечення надійності роботи керуючої системи використовується як дублювання, так і резервування блоків, які входять в її склад. Блоки КП ГП та КП БАП дубльовані, а для інших блоків використовується резервування по принципу N+1, який означає, що крім N необхідних мікро-ЕОМ є ще одна резервна, яка в змозі замінити будь яку з непрацездатних. Встановлення з’єднань на АТС малої ємності. Телефонні апарати (ТА) абонентів включаються в АТС через двохпровідні абонентські лінії (АЛ). Кожному ТА присвоюється свій абонентський номер, кількість цифр якого (значення нумерації) визначається ємністю станції. Загальна кількість включених АЛ визначає монтовану ємність станції, а сукупність номерів всіх ТА – її номерні ємність. При числі апаратів до 100 номер ТА включає два знаки – цифру десятків та цифру одиниць. Цифри зручно рахувати від одиниці до нуля. Наприклад, двозначну нумерацію АТС ємністю 50 номерів можна записати так: 11, 12, …, 19, 10, …, 51, 52, …, 50 або в скороченому вигляді 11…50. Якщо в АТС включається вище 100, але не більше як 1000 апаратів, то ТА включає три знаки – цифри сотень, десятків та одиниць, при цьому нумерація записується так: 111…000. Абонентські лінії АТС завжди знаходяться під постійною напругою, яка подається із загальностанційного живлення. У вихідному стані ТА (Рис. 1.5) під’єднаний до абонентської лінії послідовно через дзвінок Двз і конденсатор С1, який перешкоджає проходженню постійного струму через апарат.
Рис. 1.5 Схема телефонного апарату. В момент коли абонент знімає мікротелефонну трубку, контакти важільного перемикача (ВП) виключають дзвінок і конденсатор. При цьому утворюється коло постійного струму від мінуса на проводі АЛ через контакт перемикача ВП, обмотку трансформатора, мікрофон М та імпульсний контакт ІК номеронабирача до плюса на другому проводі лінії. Виникнення постійного струму в абонентській лінії сприймається приладами АТС як сигнал виклику станції, та при готовності керуючого пристрою АТС обслужити цей виклик він підключає сигнал «Відповідь станції» (Таблиця 1.2) при якому абонент починає набирати номер потрібної сторони. При накручуванні диску номеронабирача замикається контакт ШК, який шунтує ТА, залишаючи підключеним до АЛ тільки імпульсний контакт. В процесі зворотного руху диску ІК періодично розмикає коло постійного струму через АЛ та контакт ШК. Кількість розмикань абонентського шлейфу відповідає цифрі, що набирає абонент. Таким чином, інформація про цифру номера передається на АТС у вигляді серії імпульсів постійного струму, параметри якого наведені на рисунку 1.6. Між сусідніми серіями повинен бути проміжок достатній для того, щоб відповідні прибори на АТС змогли відділити одну цифру від іншої.
Рис. 1.6 Параметри сигналу набору. Спрощена функціональна схема квазіелектронної АТС малої ємності (на якій будемо розглядати процес встановлення з’єднання між двома абонентами) приведена на рисунку 1.7. Суцільними лініями на схемі показані постійні з’єднання між приладами АТС, штриховими лініями показані з’єднання, які встановлюються на деякий час, тобто комутовані з’єднання.
Рис. 1.7 Схема процесу встановленя з’єднання на електронній СКПК. Розглянемо коротко ті комплекти (Рис. 1.7), які відсутні в приведеній на рисунку 1.3 схемі АТС: Службові комплекти (СК) – призначені для прийому та передачі сигналів керування і акустичних сигналів в процесі встановлення з’єднань, а також для живлення приборів ТА абонентів. До головних службових комплектів відносяться: Комплекти прийому номера (КПН), який містить декілька приймачів імпульсного та тонального набору номера (ПІНН та ПТНН); Комплекти прийому та передачі цифрової інформації по з’єднувальних лініях (КПП); Посилки сигналу виклику (КПВ); Посилки сигналу контролю посилки виклику (ККПВ); Посилки сигналу зайнятості (КПЗ), ШК також може посилати сигнал зайнятості абоненту при відбою іншого абонента; Керуючий пристрій службовими комплектами (КПСК) – це периферійний пристрій, який керує роботою службових комплектів і служить для узгодження швидкодіючих та низьковольтних команд ЦКП з відносно повільними комплектами, які потребують більшу потужність для їх керування; Опитувачі службових комплектів (ОСК) – фіксують кожну зміну в комплектах і при зверненні до нього ЦКП (через ПАУ та командну шину) повідомляють (за допомогою шини відповіді) його про текучі стани відповідних службових комплектів; Керуючий пристрій блоком з’єднувальних ліній (КП БЗЛ); Керуючий пристрій шнурових комплектів (КП ШК); Опитувач шнурових комплектів (ОШК) – периферійний пристрій призначений для виявлення наявності вільних ШК та повернені ЦКП їх координат; Керуючий пристрій блоком абонентських ліній (КП БАЛ) – узгоджує сигнали (які на правлені на встановлення відповідних з’єднань) від ЦКП до БАЛ; Опитувач абонентських комплектів (ОАК) – призначений для фіксації станів абонентських ліній (замкнута, розімкнута), через контрольні точки підключених до них лінійних реле (Рис. 1.2). Стан КТ ототожнюється з одним із можливих станів зв’язаною з нею АЛ; ОАК одночасно видає на шину відповіді, інформацію про стан групи АК; Периферійні адресні пристрої (ПАП) – утворюють периферійний інтерфейс для фізичного під’єднання великої кількості периферійних пристроїв до ЦКП; Процес встановлення з’єднання розділяють на декілька етапів, опис яких приведено нижче: Зайняття, під’єднання приймача набору номера та сигналу «Відповідь станції »: При знятті абонентом мікротелефонної трубки ОАК визначає стан тієї групи АК і при зверненні до нього ЦКП (через ПАП та командну шину) видає йому необхідну інформацію; ЦКП визначає наявність виклику та координати АК з якого прийшов виклик, також визначає категорію обслуговування абонента по своїм даним. Нехай це дані про те, що необхідно під’єднати ПІНН. Після цього звертається до ОСК, який визначає наявність (чи відсутність) вільного ПІНН і передає його координати в ЦКП; ЦКП видає координати вільного ПІНН в КП БЗЛ та КП БАЛ з вказівкою з’єднати приймач з АК джерельного абонента та підготовити сигнал «Відповідь станції »; Після отримання підтвердження по шині відповіді від ОСК, ЦКП видає команду в ОАК про під’єднання АЛ до БАЛ (за допомогою ТК розділюючого реле, див. мал. 2). При цьому абонент отримує сигнал «Відповідь станції » (табл. 2), який означає готовність станції приймати наступні сигнали від абонента; Прийом і аналіз цифр набору номера: Після прийому першого імпульсу першої цифри ПІНН відключає сигнал «Відповідь станції » та передає інформацію про прийняту цифру в ЦКП (через ОСК) для аналізу; Аналізуючи цифру ЦКП видає інформацію (за допомогою КПСК) про число додаткових цифр, які необхідно для подальшого аналізу. ПІНН продовжує видавати набрані цифри, для накопичення, в ЦКП. У певний момент ЦКП дістає достатню кількість цифр для визначення, наприклад, внутрістанційного з’єднання. Цей номер ЦКП перетворює у відповідні координати обладнання та звертається до ОАК для визначення вільності (чи зайнятості) абонента призначення. Під’єднання абонента призначення і подача йому сигналу «Посилка виклику»: У випадку вільності абонента ЦКП за допомогою ряду команд звернення до КП БАЛ та КП БЗЛ (див. пункт 1)c).) під’єднує АК абонента призначення до вільного КПВ. Також ЦКП видає команду в КПСК, про від’єднання ПІНН та приєднання та активації ККПВ джерельному абоненту, який таким чином отримує сигнал «Контроль посилки виклику» (Таблиця 1.2). ЦКП видає команду в ОАК з вказівкою під’єднати АЛ до БАЛ (див. п. 1)d)), таким чином абонент дістає сигнал «Посилка виклику» (Таблиця 1.2) та інформується про те, що дехто хоче встановити з ним розмовний контакт; КПСК відмічає ПІНН як вільний і придатний для обслуговування подальших викликів; Ведеться очікування відповіді абонента призначення. Відповідь абонента призначення та розмова: При знятті абонентом мікротелефонної трубки, при черговому опитуванні АК абонента призначення, ОАК передає інформацію в ЦКП де визначається ця зміна стану і це сприймається як відповідь абонента. Далі ЦКП формує команди в КПСК для відключення сигналів як «Посилка виклику», так і «Контроль посилки виклику». Також формується команда до КП БЗЛ, для зруйнування з’єднувальних шляхів від відповідних абонентів до службових комплектів. ЦКП дає запит на пошук і отримання координат вільного ШК; Після отримання координат вільного ШК, звертається до КП БАЛ з командою про під’єднання обох абонентів, з визначеними координатами, до входів ШК; ЦКП видає команду в КП ШК із вказівкою встановити розмовний тракт між абонентами; Роз’єднання: При відбою однієї із сторін ЦКП, за допомогою ОАК, виявляє стан абонента, який поставив мікротелефонну трубку, визначає його координати та видає команду відповідному ШК (через КП ШК) на під’єднання сигналу «Зайнято» (Таблиця 1.2) абоненту, який затримав відбій (ще не поставив мікротелефонну трубку). Разом з цим ЦКП посилає команду в КП БАЛ про необхідність зруйнування з’єднувального шляху АК, відбійної сторони, з входом даного ШК; Далі очікується відбій абонента, який залишився в системі і при виявленні, через ОАК, стану відбою цього абонента, ЦКП видає команди в КП ШК про припинення посилки сигналу «Зайнято» і звільнення відповідного ШК, та в КП БАЛ про необхідність зруйнування з’єднувального шляху АК з ШК. 1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ПРО КЕРУЮЧІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОННИХ АТС. 9 1.1. Система комутації, як об’єкт керування. 9 1.2. Квазіелектронна СКПК з централізованим керуванням. 11 1.3. Електронна СКПК з децентралізованим керуванням. 12 1.4. Встановлення з’єднань на АТС малої ємності. 15
