Многие устройства имеют в своем составе цепи управления (коммутации) нагрузкой, которые обеспечивают их включение/выключение и задают яркость свечения ламп и т.д.. Такие цепи обычно строятся на основе тиристоров или симисторов, реже применяют транзисторы, оптотиристоры или электромагнитные реле. Используя современные тиристоры и симисторы можно коммутировать мощные лампы с напряжением питания свыше 220 В. В маломощных светоизлучающих системах с этой же целью могут использоваться мощные транзисторы, которые управляют лампами с низким напряжением питания (возможные пределы зависят от параметров применяемых транзисторов). Ниже приводятся схемы нескольких простейших узлов коммутации нагрузки.

Очень часто в качестве коммутирующих элементов используются тиристоры серии КУ202 и симисторы серии. КУ208. Эти компоненты выдерживают напряжения 25...480 В (зависит от конкретного типа элемента) и обеспечивают ток в открытом состоянии до 5...10 А. Если же необходимо коммутировать светоизлучатели большей мощности, то могут применяться тиристоры серий Т106-10-4, Т122-20-2, Т131-40-3. В общем случае применение симисторов в качестве коммутирующих элементов несколько упрощает схемы вследствие того, что они могут коммутировать переменное напряжение, т.е. отсутствует необходимость во включении диодного моста на входе силовой цепи (повышается КПД и уменьшаются габариты устройства в целом). Кроме этого, имеется принципиальная возможность применения оптотиристоров, которые обеспечивают гальваническую развязку между силовыми цепями и схемой управления.

Puc.1

На рис.1 приведена типовая схема включения тиристора в качестве элемента коммутации обычных ламп накаливания. Управляющий сигнал с амплитудой 3...7В подается непосредственно на управляющий электрод тиристора VS1. Схема управления должна обеспечивать ток до 200 мА на этом входе. Диодный мост VD1-VD4 обеспечивает подачу на тиристор постоянного напряжения (в случае применения симистора диодный мост можно удалить).

Puc.2

На рис. 2 схема коммутации дополнена эмитгерным повторителем. Слаботочный управляющий сигнал подается на базу транзистора VT1. Ток коммутации протекает через транзистор, то-коограничивающий резистор R1 и управляющий электрод тиристора VS1. В этом случае входное управляющее напряжение может иметь амплитуду немногим более 1 В.

Puc.3

С помощью оптронного тиристора (рис. 3) можно гальванически развязать управляющий сигнал и силовые цепи. В этом случае управляющие импульсы поступают на тиристор уже с оптрона.

Puc.4

Схема на рис. 4 позволяет реализовать гальваническую развязку с помощью импульсного трансформатора. На элементах D1.1 и D1.2 собран высокочастотный генератор с частотой 25 кГц. В исходном состоянии генератор заперт низким уровнем на входе 2 элемента D 1.1. При появлении на входе 2 высокого уровня генератор, запускается и высокочастотные импульсы открывают тиристор VS1 (лампа зажигается).

Puc.5

На рисунке 5 приведены другие часто встречающиеся схемы.

Характерной особенностью автомобиля можно считать его быстрое моральное старение, но долгую жизнь. Самое современное сегодня авто, как минимум через два года будет уже уступать другим, более новым, с улучшенными характеристиками, машинам. Но и сейчас на дорогах встречаются автомобили прошлого века. Поэтому не просто интересно, но порой и необходимо, знать хотя бы в общих чертах, что собой представляют подобные транспортные средства, их устройство, особенности, в том числе и такую вещь, как простой коммутатор зажигания, значительно изменивший возможности машины.

Что собой представляет и каков принцип работы коммутатора зажигания

Ещё на самых первых автомобилях для поджигания горючей смеси использовались системы батарейного зажигания, функциональная схема которой приведена на рисунке

Указанный рисунок позволяет понять, что ее работа основана на принципе самоиндукции. При разрыве цепи протекания тока в обмотке бобины 3, во вторичной наводится высоковольтная ЭДС, вызывающая появление искры на контактах свечи 2. Разрыв цепи вызывается размыканием контактов прерывателя 6.

Не касаясь достоинств или недостатков, следует отметить, что такая схема работала на автомобиле долгое время. И только появление новой элементной базы, дало толчок дальнейшему развитию подобного устройства, сохранив первоначальный принцип его работы.

Электронный коммутатор зажигания – следующий шаг в развитии

Самый простой и напрашивающийся вариант – использование транзисторных ключей для управления токами, протекающими через катушку зажигания . Так появился электронный коммутатор напряжения. Схема подобного простого устройства приведена ниже:


Коммутатор не влияет на первоначальный принцип работы, основанный на электромагнитной индукции. Роль электронных ключей, в качестве которых использованы транзисторы VT1 и VT2, заключается в том, чтобы уменьшить нагрузку на контакты прерывателя S1 и увеличить ток, протекающий через обмотку катушки L1. Следствием такого технического решения стало:

• повышение надежности работы всей системы зажигания;
• обеспечение возможности ее работы на больших оборотах двигателя и при высокой скорости движения;
• повышение степени сжатия.

Каким может быть коммутатор системы зажигания

Приведенная выше схема коммутатора – лишь один из вариантов, как может быть реализовано устройство зажигания. Это выполняется с использованием:

1. транзисторов;
2. тиристоров:
3. гибридных элементов;
4. бесконтактных датчиков.

Транзисторная схема коммутатора рассмотрена выше, тиристорная схема использует накопление энергии в конденсаторе, а не в электромагнитном поле катушки зажигания. В ходе работы тиристорной системы, при поступлении управляющих сигналов, схема подключает заряженный конденсатор к обмоткам катушки, через которую он и разряжается, вызывая появление искры. Не касаясь достоинств и недостатков, которыми обладает та или иная схема, достаточно сказать, что любое подобное устройство обеспечивает значительное улучшение всех параметров системы зажигания, а коммутатор со временем вытеснил обычное батарейное зажигание.

Однако необходимо отметить и ещё один этап развития системы, и коммутатора в частности. Использование электронных компонентов и введение в конструкцию автомобиля коммутатора, позволило со временем отказаться от контактного прерывателя напряжения и заменить его бесконтактным датчиком. Такая система, в отечественных автомобилях, впервые была применена в машинах ВАЗ, в частности ВАЗ 2108. Подобный принцип работы, когда коммутатор получает сигналы от специального узла, на ВАЗ 2108 реализован с использованием датчика Холла.


При рассмотрении вариантов, каким может быть устройство коммутатора, нельзя обойти вниманием развитие самой системы зажигания. Основной принцип, который реализуется при ее построении – повышение надежности и эффективности работы всей системы. Достигается это применением микропроцессорных систем, использующих показания многочисленных датчиков. Для работы с такими системами требуется, как минимум, двухканальный коммутатор, а в последнее время и отдельная катушка, и коммутатор на каждую свечу.
Такой подход – двухканальный коммутатор (в дальнейшем и многоканальный) позволяет обеспечить:

• более мощную искру;
• исключение потерь в трамблере;
• стабильный холостой ход;
• улучшенный пуск при пониженной температуре;
• снижение расхода топлива.

Стоит отметить, что двухканальный коммутатор позволяет избавиться от бегунка.

Как определить неисправность коммутатора зажигания

Введение в конструкцию автомобиля коммутатора зажигания, особенно на отечественных авто семейства ВАЗ, позволило повысить их надежность. И хотя первым серийным автомобилем с электронной системой зажигания был ВАЗ 2108, подобные устройства стали ставиться на многих других машинах, в первую очередь на классику. Однако использование такого достаточно сложного изделия привело к тому, что найти возникающую неисправность, а также проверить и отремонтировать коммутатор стало возможным по большей части только в условиях специализированных центров.
Внешними признаками, свидетельствующими, что появилась неисправность, могут быть:

1. двигатель не заводится, искры на свечах нет;
2. мотор заводится, но глохнет через несколько минут;
3. мотор работает неустойчиво, если коммутатор заменить на заведомо исправный, дефект устраняется.

Самый простой способ выявить неисправность и проверить коммутатор, как уже отмечено, – установить заведомо исправный. Из-за достаточно низкого качества коммутаторов, поступающих на комплектацию автомобилей семейства ВАЗ, в том числе и ВАЗ 2108, водителям приходится возить с собой дополнительные коммутаторы для замены отказавшего. Однако существует и косвенный принцип оценки, позволяющий проверить работоспособность изделия и выявить его неисправность.


Для этого можно воспользоваться показаниями вольтметра в комбинации прибора. Надо включить зажигание, при этом стрелка установится посередине шкалы, а немного погодя качнется вправо (из-за отключения питания катушки при неработающем двигателе). Такое поведение стрелки свидетельствует, что неисправность в коммутаторе отсутствует.
В том случае, когда вольтметра нет, чтобы проверить зажигание, потребуется контрольная лампа. Один ее конец присоединяется на массу, другой – к выходу катушки, соединенному с клеммой 1 коммутатора. Если включить зажигание, то при исправном коммутаторе через некоторое время лампа станет гореть ярче.

Однако, в некоторых случаях, неисправность зажигания не связана с отказом коммутатора. Надо проверить состояние проводов, в первую очередь контакт с массой и состояние разъемов. Также необходимо проверить датчик Холла.

Появление в конструкции автомобиля, в том числе и отечественного ВАЗ 2108, коммутатора напряжения, явилось закономерным результатом развития системы зажигания. Дальнейшим ее улучшением стало использование сначала двухканальных, а затем многоканальных коммутаторов для повышения эффективности работы.

Нередко встречаются практические ситуации, когда необходимо обеспечить управление нагрузкой (например, осветительными лампами) по проводам с нескольких пультов. Первое, что приходит в голову, это решить подобную задачу «в лоб»: использовать множество проводов, ровно столько, сколько требуется для очевидного решения проблемы. В то же время понятно, что чем больше проводов, чем они длиннее, тем дороже и сложнее получается линия передачи или коммутации, тем меньше ее надежность, тем выше вероятность повреждения.

На рис. 15.1 приведена простая схема организации двухсторонней связи с использованием телеграфной азбуки [Р 7/84-39]. На приемной и передающей сторонах использованы одинаковые генераторы звуковой частоты, нагруженные на телефонные капсюли. Эти капсюли связаны между собой двухпроводной линией связи. Каждый из них одновременно является монитором (устройством контроля) собственного сигнала и индикатором звуковых сигналов, вырабатываемых корреспондентом. Очевидно, чем длиннее линия, тем выше ее электрическое сопротивление, тем выше потери сигнала в ней, соответственно, уменьшается и громкость принимаемого от корреспондента сигнала.

Если расстояние между корреспондентами не столь велико, в качестве одного из проводов линии при работе летом в полевых условиях можно использовать «землю». Для этого в землю вбивают металлический штырь, к которому присоединяют провод. На приемной стороне выполняют аналогичные действия. В качестве провода линии может быть использована и металлическая арматура, трубы, если связь происходит в пределах одного здания.

Генераторы передающей и приемной сторон питаются от отдельных источников питания — гальванических элементов напряжением 1,5 В. Для включения генераторов использованы телеграфные ключи S1 и S2. При отсутствии ключа аналог можно сделать из подручных материалов или использовать для этих целей кнопки. Специальных выключателей питания устройство не требует: эту функцию выполняют телеграфные ключи.

Для полноценного пользования телеграфной связью необходимо, как минимум, месяц осваивать телеграфную азбуку. Поэтому более привлекательными являются системы проводной телефонной связи. На рис. 15.2 — 15.4 приведены варианты практической реализации такой связи.

На рис. 15.2 показана типовая схема организации простейшего варианта проводной связи при использовании усилителя низкой частоты любого типа (см. главу 4). В качестве обратимых преобразователей звука (громкоговоритель — микрофон) используются обычные широко распространенные звуко-излучающие головки электродинамического типа. Для этих же целей можно использовать и телефонные капсюли, громкоговорители радиотрансляционной сети без каких-либо переделок.

Интересно, что наиболее простую линию связи можно организовать, соединив длинными проводами пару громкоговорителей радиотрансляционной сети. Громкость сигнала, разумеется, будет не столь высока, однако какого-либо источника питания для организации связи не требуется.

Переключатели SA1.1 и SA1.2 сдвоены и установлены на стороне одного из абонентов, который и производит поочередное их переключение с приема на передачу. Этим обстоятельством, конечно же, уменьшаются возможности второго абонента.

Практическая схема осуществления двухпроводной связи по схеме рис. 15.2 приведена на рис. 15.3. В качестве усилителя низкой частоты использован однокаскадный усилитель на транзисторе КТ315. Устройство питается от батареи напряжением 9 В. Выключатель питания на схеме не показан.

Устройство двухпроводной телефонной связи описано в книге П. Величкова и В. Христова (рис. 15.4). Оно подключается в двухпроводную линию, имеет собственный источник питания, отключаемый при помощи переключателя SA1. Одновременно этот переключатель (кнопка) позволяет переключать телефонную трубку (в которой собрано устройство) с приема на передачу. В режиме приема батарея, питающая усилитель, отключена. Устройство может находиться в состоянии «на прием» неограниченно долго. При нажатии кнопки SA1 включается двухкаскадный усилитель низкой частоты. Телефонный капсюль становится микрофоном, линия, с подключенными телефонами абонентов, является его нагрузкой. Преимуществом такого схемного решения является то, что количество телефонных трубок (число абонентов), подключенных к линии, не ограничено, но обычно не более десяти.

Помимо организации линии связи не менее актуальным является вопрос, касающийся равноправной возможности управления нагрузками с нескольких пультов. Такого рода задачи встречаются в сельском хозяйстве или в быту при необходимости включения освещения на входе в длинный коридор и выключения света при выходе из него. Существует много схемных решений, позволяющих выполнить эту задачу с использованием минимального количества проводов. С некоторыми из них можно познакомиться на рис. 15.5 — 15.11.

Устройство (рис. 15.5) позволяет включать/выключать ток в нагрузке с двух (или более) пультов управления при использовании источника постоянного тока [Р 2/73-48]. В схеме использовано свойство полупроводникового диода проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения. Переключатели SA1 и SA2, установленные на противоположных сторонах линии, позволяют менять полярность питающего напряжения. Соответственно, при смене полярности диод будет закрыт, и ток через нагрузку не пойдет. Включение (переключение положения) любого из переключателей вновь сменит полярность и обеспечит тем самым «правильное», прямое подключение диода в разрыв линии, и протекание тока через нагрузку. В качестве нагрузки (рис. 15.5) может быть использован звуковой генератор либо светодиод с ограничительным резистором. Для самостоятельной доработки схемы рекомендуется подумать, каким образом можно управлять нагрузкой при помощи трех или более пультов управления.

Для многопультовой коммутации нагрузки, например, осветительных ламп, от источника постоянного или переменного тока могут быть использованы схемы, приведенные на рис. 15.6 и 15.7. Переключатели SA1 и SA2, а также SA3 позволяют независимо друг от друга включать/выключать свет в длинном коридоре. В этой схеме использовано три провода.

Четырехпроводные линии двухпультового управления приведены на рис. 15.8 и 15.10. Схема коммутации трех нагрузок по двум проводам показана на рис. 15.9.

Схемы (рис. 15.8 и 15.9) выполнены с использованием реле. Это усложняет устройство, однако позволяет использовать для линии управления провода малого сечения, поскольку ток управления реле, и ток, расходуемый на питание нескольких осветительных ламп, отличаются в сотни раз.

Для проверки работоспособности приведенных на рис. 15.5 — 15.8 схем питание на них можно подать от низковольтного выпрямителя, а взамен ламп накаливания для индикации использовать цепочку светодиод — резистор (рис. 15.8). Величина гасящего резистора R (в кОм) может быть вычислена по формуле:

Совершенно иной принцип управления нагрузкой при помощи неограниченного числа последовательно включенных пультов — кнопок показан на рис. 15.11.

В исходном состоянии напряжение сети через гасящий конденсатор С1 и резистор R1 подается на выпрямитель (VD1 — VD4). На выходе выпрямителя включен стабилитрон, ограничивающий напряжение на схеме управления до 15 В. Параллельно стабилитрону включен резистор R2 и конденсатор С2 (небольшой эмкости), кроме этого, через диод VD5 подключен конденсатор СЗ большой емкости (1000 мкФ), параллельно которому подключены последовательно соединенные тиристор VS1 и обмотка реле К1. Управляющий электрод тиристора подключен к катоду диода VD5.

При кратковременном нажатии на любую из кнопок SB напряжение питания отключается, конденсатор С2 мгновенно разряжается через резистор R2, а управляющий электрод тиристора через этот резистор подключается к конденсатору СЗ. При разряде конденсатора СЗ тиристор отпирается. Реле срабатывает и своими контактами включает нагрузку. Поскольку напряжение питания после отпускания кнопки вновь подается на схему, конденсатор СЗ поддерживается в заряженном состоянии, а тиристор в проводящем. Для отключения нагрузки необходимо нажать и удерживать около секунды любую из кнопок управления. Конденсатор СЗ полностью разрядится, тиристор запрется, реле и нагрузка отключатся.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Коммутация в телекоммуникациях

Коммутация

Структура станции коммутации

Иерархия коммутаций

Коммутация каналов и коммутация пакетов

Передача данных по телекоммуникационным сетям

Коммутация

Функции, выполняемые узлом сети в процессе организации и распада соединительных трактов между абонентами, называются коммутацией . Коммутация означает временное установление пути передачи от определенного входа до определенного выхода в сети или же в группе таких входов и выходов.

Сеть , в которой соединительные тракты сначала создаются для каждого обмена сообщениями, а после его окончания распадаются на участки, называется коммутируемой . Однако на сети всегда могут быть абоненты, имеющие постоянные соединительные тракты или тракты, организуемые на определенное время по расписанию.

Коммутация осуществляется с помощью комплекса специальных устройств под общим названием «станция коммутации». Употребительны также названия более специфические названия « автоматическая телефонная станция» и « система коммутации».

Автоматическая телефонная станция (АТС) – комплекс устройств, на котором заканчивается множество абонентских линий и который может связать линии между собой или осуществить передвижение сигнала между линиями. Коммутация на АТС означает временную связь между телефонными аппаратами, компьютерами или устройствами, которая устанавливается набором номера.

Система коммутации - устройство, которое соединяет или разъединяет две линии передачи между собой.

Пункт А Пункт Б

Рис.8.1. Место станций коммутации в обобщенной схеме системы электросвязи

В рассмотренной выше схеме передатчик и приемник могут рассматриваться как станции коммутации . В качестве линий передачи выступают двухпроводные соединительные линии между станциями. Станции коммутации являются обязательным элементом простейшей телекоммуникационной сети, рассмотренной ниже.

Простейшая телекоммуникационная сеть

Лицо, пользующееся услугами связи, называется абонентом. Для выхода на связь абонент пользуется своим абонентским устройством (телефонным аппаратом, компьютером или телевизором).

Для передачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение через соответствующее устройство. Это устройство называется станцией коммутации. Абонент идентифицирует требуемое соединение с помощью набора номера, который передается через абонентскую линию в станцию коммутации. Набранный номер содержит контрольную информацию о звонке и маршруте для установления соединений.

В принципе все телефонные аппараты можно соединять кабелями по правилу: «каждый с каждым», как это было на заре телефонии. Однако когда число телефонных аппаратов растет, то оператор вскоре замечает, что приходится часто коммутировать сигналы с одной пары проводов на другую. Очевидно, что, построив станцию коммутации в центре района массового проживания абонентов, можно значительно сократить общую длину проводов. Совсем немного проводов требуется и между районными станциями, т.к. число одновременно происходящих звонков во много раз меньше числа абонентов, см. рис. 8.2. Первые станции коммутации были ручными, коммутации делались на щите переключений.

Рис. 8.2. Простейшая телекоммуникационная сеть.

Телефонные аппараты абонентов были соединены со станциями коммутации с помощью абонентских линий, каждая из которых представляет собой пару проводов. В свою очередь станции коммутации, находящиеся на территории одного города (населенного пункта), были соединены соединительными линиями (СЛ), каждая из которых представляет собой пару проводов.

Строунджер предложил первую автоматическую станцию коммутации в 1887 году. С этого времени управление коммутацией осуществляется абонентами с помощью набора номера. Много десятилетий станции коммутации были комплексами электромеханических реле, но в последние несколько десятилетий они развились в цифровые системы коммутации с программным управлением. Современные станции имеют очень большую емкость – десятки тысяч абонентов, и тысячи из них одновременно производят звонки в час пик.

Если станции коммутации находятся в разных городах, то они соединяются линиями связи, каждая из которых содержит несколько десятков каналов связи.

Совокупность линейных и станционных средств, предназначенных для соединения двух конечных абонентских устройств, называется соединительным трактом . Число коммутационных узлов и линий связи в соединительном тракте зависит от структуры сети и направления соединения.

Структура станции коммутации

Станция коммутации представляет собой устройство, предназначенное для установления, поддержания и разъединения соединений (абонентов).

Для выполнения своих функций станция коммутации должна иметь, рис. 8.3:

· коммутационное поле (КП), состоящее из коммутаторов и предназначенное для соединения входящих и исходящих линий (каналов) на время передачи информации;

· управляющее устройство (УУ), обеспечивающее установление соединения между входящими и исходящими линиями через коммутационное поле, а также прием и передачу управляющей информации.

Рис.8.3. Основные составляющие станции коммутации

Основой станции коммутации является коммутационное поле, которое состоит из элементов коммутации, точек коммутации и коммутаторов.

Элемент коммутации – простейший ключ, который может с помощью управляющего устройства замыкаться и размыкаться. Ключом может быть металлический контакт или полупроводниковый переключатель.

Точка коммутации - несколько одновременно работающих ключей.

Коммутатор – коммутационная схема с n входами и m выходами. В каждой точке пересечения входа с выходом должен быть предусмотрена точка коммутации. На схеме входы представлены горизонтальными, а выходы вертикальными линиями.

Кроме того, на станции имеются источники электропитания, устройства сигнализации и учета параметров нагрузки (количества сообщений, потерь, длительности занятия и др.).

В некоторых случаях станция коммутации может иметь устройства приема и хранения информации, если таковая передается не непосредственно потребителю информации, а предварительно накапливается на узле. Такие узлы применяются в системах коммутации сообщений .

Рис. 8.4. Элементы коммутации, точки коммутации и коммутаторы

Главная задача телефонной станции коммутации построить соединительный тракт между абонентом А, который инициирует звонок, и абонентом Б,

соответственно информации, содержащейся в набранном номере.

Построенный разговорный тракт должен сохраняться вплоть до сигнала отбоя. Этот принцип называется коммутацией каналов в отличие от коммутации пакетов , которая часто используется в компьютерных сетях.

В прошлом коммутационное поле было электромеханическим и контролировалось импульсами с телефона. Позднее, контрольные функции были интегрированы в общий блок контроля. В настоящее время общий блок контроля представляет собой эффективный и надежный компьютер или микропроцессор со значительным программным обеспечением, работающим в режиме реального времени. Станция с таким обеспечением называют станциями коммутации с программным контролем, см. рис.8.5.

Каждая станция коммутации организует соединение между абонентами А и Б в соответствии сигнальной информацией, которую получает от абонента или от предыдущей станции. Если эта станция не является учрежденческой, то она передает сигнальную информацию к ближайшей станции чтобы строить разговорный тракт далее.

Рис. 8.5 Станция коммутации с программным контролем

Иерархия коммутаций

На заре телефонии коммутаторы или станции коммутаций были локализованы в центре района обслуживания и производили соединения для абонентов этого района. Однако и по сей день станции коммутации принято рассматривать как центральные службы.

Когда телефонная плотность выросла, и появился спрос на разговорные тракты большой длины, появилась необходимость связывать соединительными линиями центральные станции. С дальнейшим ростом телефонного обмена потребовалось уже связывать новые коммутаторы с центральными станциями, появился второй уровень коммутации, включающий в себя транзитные коммутаторы. В настоящий момент сети имеют несколько уровней коммутации.

Формы, наименования и число уровней иерархии коммутаций разнятся от страны к стране. Рис. 8.6 показывает пример возможной иерархии коммутируемой сети.

Иерархическая структура сети помогает оператору управлять сетью и сделать прозрачными основные принципы маршрутизации звонков. Звонок направляется каждой станцией вверх по иерархии, если пункт назначения не локализован по уровню ниже этой станции. Структура телефонного номера поддерживает этот простой принцип маршрутизации вверх и вниз по уровням иерархии.

Рис. 8.6. Иерархия станций коммутации

Аннотация: Лекция посвящена общему описанию основных составляющих телефонной станции - коммутационным полям и устройствам управления, которые будут детально рассмотрены в дальнейших лекциях

Общие сведения о телекоммуникационных станциях

В данном разделе будут в основном рассмотрены станции, предназначенные для работы в телефонных сетях. Эти вопросы составляют основу телекоммуникации и изучались многие десятилетия. Существует ряд учебников (, , , ), которые являются базовыми при изучении данного материала, несмотря на то, что в настоящее время многие вопросы, изложенные в указанной литературе, необходимо адаптировать к современной технике. Развитие телекоммуникационной техники привело к интеграции, охватившей сначала сети информации (например, сети передачи речи и передачи данных), а потом соответствующие услуги. Вследствие набирающих силу интеграционных процессов ограничиться рассмотрением только задач передачи речи невозможно, поэтому будут рассмотрены и другие принципы коммутации и обработки информации. Основные принципы построения коммутационных станций не зависят от того, на какой базе (механические элементы или компьютерная техника) выполняются станции. Как мы увидим дальше, решения по построению станций диктуются в первую очередь экономическими и техническими требованиями, порождая таким образом возможность осуществлять новые услуги для абонентов.

Сегодня мы можем наблюдать большое разнообразие как телефонных станций, так и коммутационных узлов обработки информации. Однако все они содержат определенные группы устройств (рис. 1.1).

Рассмотрим задачи, выполняемые каждой из частей станции.

Коммутационное поле решает задачи соединения двух или нескольких источников между собой. На первых этапах внедрения телефонной техники эту роль играли электромеханические устройства на базе электромагнитных элементов. Эти базовые элементы определили названия для первых коммутационных систем:

• декадно-шаговая система Автоматических Телефонных Станций (АТС);
• координатная система АТС (АТС-К) или усовершенствованная АТС-К (АТС-КУ).

С появлением микроэлементной базы и развитием электронной вычислительной техники был разработан целый комплекс цифровых систем передачи и соответствующих цифровых систем коммутации. В настоящее время все больше задач коммутации выполняется совместно с задачами управления. Повышение быстродействия позволяет совместить эти задачи и тем самым приводит к дальнейшему прогрессу техники коммутации информации.

Управляющее устройство решает логические задачи, необходимые для установления соединения, а также выполняет работы, связанные с основными и дополнительными видами обслуживания. Первые системы АТС применяли управляющие устройства на базе электромагнитных реле, по сути представляющие собой медленные компьютеры. Число решаемых ими задач было ограничено вследствие их небогатых логических возможностей и большого времени выполнения. В дальнейшем, по мере развития микрокомпьютеров, для задач управления АТС стали применять универсальную компьютерную технику, и в настоящее время на ней реализованы все части телефонной станции. Поэтому наряду с существующими методами построения и управления сетей, характерными для традиционной телефонии, стали развиваться и получать все большее распространение методы, присущие компьютерным сетям (например, пакетная передача, адресная коммутация и т. п.). При переходе к управлению с помощью компьютеров появилась еще одна существенная составляющая - это программное обеспечение , которое берет на себя все задачи по управлению станцией (кроме физического и некоторых функций уровня звена данных).

Рис. 1.1.

Общая структурная схема современной станции с программным управлением (рис. 1.1) включает также:

• терминальные комплекты, обеспечивающие выполнение протоколов связи уровня звена данных и иногда физического уровня с абонентскими терминалами;
• линейные комплекты, выполняющие те же функции, что и терминальные, но по отношению к объектам сети (другие станции, узлы сети).

Рассмотрим более подробно структуру построения станций на примере телефонных станций. Особенности построения других объектов коммутации информации будут проанализированы отдельно.

Типы построения коммутационного поля

Однозвенное коммутационное поле

Для наиболее простого типа коммутационного поля - полнодоступного коммутационного поля - характерно, что каждый источник, включенный в его вход, может быть соединен с источником, включенным в выход.

Такой тип коммутационного поля применялся в станциях очень малой емкости (до 50 номеров и меньше). Но в последнее время прогресс элементной базы расширяет возможности его применения.

Предварительно можно сказать, что сейчас коммутаторы информационных сетей работают по однозвенному принципу, но постепенно современные коммутаторы, даже на базе программных маршрутизаторов, переходят к многозвенным схемам.

На рис. 1.2 приведено построение условной схемы коммутатора. На каждом пересечении горизонтали и вертикали коммутатора условно показан контакт, для простоты - механический.

Физический принцип реализации такого контакта может быть любым, в том числе и программно-адресным.

Рис. 1.2.

Такие полнодоступные принципы построения коммутационного поля не нашли широкого применения из-за их неэкономичности для станций большой емкости. Только в последнее время в связи с уменьшением габаритов и удешевлением микросхем, реализующих коммутаторы, стало возможным применять этот принцип для построения станций достаточно большой емкости (более 2000 входов/выходов). Но современные станции часто имеют большие емкости, до 300000 входов и 100000 выходов. В этом случае такая матрица просто не может быть выполнена, учитывая ее реальную цену и габариты.

В последнее время во многих важных приложениях для коммутации применяются программные способы, которые выполняются на компьютерах.

Эти способы коммутации эквивалентны способу с применением полнодоступной схемы. Но при больших емкостях один компьютер не может обеспечить обслуживание поступающих потоков вызовов ни по быстродействию, ни по объемам памяти. Поэтому на программном уровне требуется поиск решений, эквивалентных многозвенной коммутации.

Двухзвенные и многозвенные схемы коммутации

При большом числе пользователей более эффективны схемы коммутации, содержащие много звеньев. На рис. 1.3 приведена двухзвенная схема коммутации. Для определения областей применения сравним предыдущую и последующую схемы по числу требуемых точек коммутации.

Рис. 1.3.

На рис. 1.3 приняты следующие обозначения:

• n - число входов в матрицу звена A ;
• r - число матриц звена A ;
• m - число входов матрицы звена A ;
• s - число выходов матрицы звена B ;
• k - число выходов из матрицы звена B ;
• f - "связность".

Связность - это число промежуточных линий, которые соединяют одну определенную матрицу звена A с одной определенной матрицей звена В .

Пусть необходимо коммутировать N входов с M выходами. Тогда будут соблюдаться следующие условия: для полнодоступной коммутационной схемы число точек коммутации равно NM ;

Для неполнодоступной схемы коммутации число точек коммутации равно r (nm) + m/f (ks) .

Однако r (число коммутаторов звена A ) зависит от требуемого общего числа входов N и составляет

В то же время m/f (число коммутаторов звена B ) зависит от требуемого общего числа выходов M :

Тогда число точек коммутации неполнодоступной коммутационной схемы будет равно Nm + Ms .

Тем самым определяется условие: чтобы многозвенная коммутационная схема была более эффективна, чем однозвенная, число коммутационных точек в ней должно быть меньше, чем в полнодоступной:

NM > Nm + Ms 1 > m/M + s/N.

Последнему условию может соответствовать множество сочетаний параметров коммутационных схем , но для всех из них справедливо, чтобы соблюдались соотношения