Блок пространственной коммутации (ПК) представляет собой прямоугольную матрицу входов и выходов уплотненных трактов размером NxM (или квадратную NxN). В точках пересечения вертикалей и горизонталей матрицы расположены схемы «И» (вентили).

Рассмотрим принцип действия коммутационного поля по простейшей схеме [4, с. 238], имеющей два входа и два выхода (рис. 4.23).

Рис. 4.23 – Структурная схема коммутационного поля пространственного типа

К каждому из входов подключена своя входящая (1ВСЛ, 2ВСЛ), а к выходам – исходящая (1ИСЛ, 2ИСЛ) соединительные линии систем передачи. Электронные контакты КП, коммутирующие импульсы канала, выполнены в виде схемы «И». От импульсного генератора ИГ к УУ подаются канальные импульсы Р1, Р2, Р3, сдвинутые по времени. Управляющее устройство может подключать любые из импульсных последовательностей на вход любого электронного контракта (ЭК). Входящие и исходящие каналы работают синхронно, т.е. если кодовая комбинация поступила, например, по первому каналу на входе КП, то она может быть принята на выходе КП только по первому каналу.

Приведенная упрощенная структурная схема коммутатора ПК, комму­тирующего две УСЛ с временным разделением трех каналов, демонстрирует принцип действия пространственного коммутатора. В данном примере осуществляются следующие соединения:

1) 1-й канал 1ВСЛ к 1-му каналу 1ИСЛ;

2) 3-й канал 1ВСЛ к 3-му каналу 1ИСЛ;

3) 1-й канал 2ВСЛ к 1-му каналу 2ИСЛ.

Для включения контакта матрицы в i-м канале на один из входов вентиля «И» подается коммутируемый информационный сигнал в виде 8-битовой кодовой группы (если это сигнал ИКМ), а на второй – импульс временного канала от ОЗУ ПК, свободного от других соединений в данной матрице и выбираемого программой искания (рис. 4.24).

Коммутация возможна только между одноименными каналами. Такое ограничение уменьшает пропускную способность всей системы. Количество временных интервалов, в которых могут работать контакты ПК, а, следовательно, и число строк в ОЗУ, может быть различным, но обычно не превышает 512. Поскольку операции записи и считывания в ОЗУ выполняются для каждого временного канала, максимальное число каналов C, которые могут быть обслужены простой коммутационной схемой на ЗУ, равно C = 125/(t_з + t_сч), где величины t_з и t_сч представляют собой соответственно длительности процедур записи и считывания в ОЗУ в микросекундах. Нетрудно рассчитать скорость коммутации 8-битовых информационных слов:

Рис. 4.24 – Управление звеном ПК

8000∙512 == 4,096∙10⁶слов/с,

что соответствует скорости передачи 32,768 МБит/с. На такой скорости достаточно устойчиво работают логические элементы типа ТТЛ. Количество ОЗУ соответствует числу выходных трактов.

Блок временной коммутации

Кроме коммутации цифровых каналов в пространстве, применяется еще коммутация цифровых каналов во времени, изобретенная японским специалистом X. Иносэ [46]. Идея коммутации во времени состоит в задержке передачи сигнала на несколько канальных интервалов. На рис. 4.25 показана упрощенная схема временного коммутатора, содержащего ОЗУ информации и ОЗУ адреса. Пусть в строки ОЗУ информации последовательно записана информация, принадлежащая каналам с номерами 1, 2, 3, 4. Если считывать информацию следует в очередности 3, 2, 1, 4, то достаточно адреса каналов в указанной последовательности внести в строки ОЗУ адреса.

На рис. 4.26 показана структурная схема простейшего временного коммутатора, состоящего из отдельных ячеек информационной памяти ИП, каждая из которых придается определенному временному каналу.

Рис. 4.25 – Принцип действия звена временной коммутации

Рис. 4.26 – Структурная схема временного коммутатора

ОЗУ информационной памяти имеет элементы памяти, число которых равно числу разрядов кодовой комбинации канала. Кроме того, ИП содержит две схемы «И». Одна из схем «И», стоящая на входе ЗУ, необходима для выделения канала. Поэтому за каждой из указанных схем постоянно закрепляется тактовая импульсная последовательность, характеризующая данный канал. Вторая схема «И», стоящая на выходе ЗУ, необходима для считывания кодовой комбинации с ЗУ на свободный канал. На вход этой схемы из УУ подается тактовая импульсная последовательность канала, содержащая информацию с ЗУ. Каждой ВСЛ, уплотненной n каналами, придается блок временной коммутации ВК, содержащий n ячеек ИП.

В рассматриваемом примере n = 3. Первая ячейка ИП₁ придается 1-му каналу. Поэтому за схемой И₁ закрепляется импульсная последовательность P₁. Ячейка ИП₂ и последовательность Р₂ предназначены для обслуживания 2-го канала, а ИП₃ и Р₃ придаются 3-му каналу. Пусть поступил вызов по 3-му каналу ВСЛ, который необходимо скоммутировать на ИСЛ. Кодовые комбинации 3-го канала через И₃ записываются в ЗУ₃. В связи с тем, что в ИСЛ свободен 2-й канал, из УУ на схему И₃ подается импульсная последовательность Р₂, и информация с ЗУ₃ через схему И₃ будет считываться в период, отведенный для 2-го канала. Одновременно в приведенном примере 1-й канал ВСЛ коммутируется в 1-й канал ИСЛ.

На рис. 4.27 показана схема временного коммутатора, предложенного X. Иносэ, емкостью N входов и N выходов, пространственным эквивалентом которой является та же схема, которая изображена на рис. 4.10,а.

Рис. 4.27 – Схема звена временного коммутатора X. Иносе

Схема содержит секционированный регистр сдвига (либо линию задержки или прибор с зарядовой связью), управляемый генератором тактовой частоты ТГ и имеющий выходные отводы, сигналы в которых разнесены по времени задержки на один канальный интервал τ. Отводы связаны с управляемыми вентилями ЭК; (двухвходовыми схемами совпадения, или логическими схемами «И»). Если общее число канальных интервалов в линии передачи с временным разделением равно N, то полнодоступная схема временной коммутации должна содержать регистр сдвига с N-1 секциями. В зависимости от управляющих сигналов, открывающих вентили на время того или другого канального интервала, рассматриваемая схема может произвольно сдвигать канальные интервалы на входе устройства (в ВСЛ) в любую последовательность этих канальных интервалов на выходе (в ИСЛ).

Выше было отмечено, что блок временной коммутации состоит из двух блоков памяти: разговорной (информационной) и адресной (управляющей) с регистрами считывания (рис. 4.28).

Рис. 4.28 – Циклическая запись информации в ОЗУ и считывание по выбору

Разговорная память содержит число строк, равное числу используемых канальных интервалов (например, 32 или 512), а количество бит в каждой строке определяется способом модуляции коммутируемой информации, что для системы ИКМ составляет 8 бит. Адресная память содержит такое же число строк, как и информационная, разрядность слов в этих строках определяется общим числом временных каналов (при C = 512 она составляет log₂C = 9 бит). Работа блока ВК заключается в циклической записи всех информационных слов в порядке их поступления (т.е. в порядке следования каналов) и считывании этих слов во временном канале, заданном управляющей программой с помощью адресной памяти. Поэтому время пребывания информации в блоке ВК может колебаться в пределах от одного канального интервала до одного полного цикла, т.е. от 3,9 до 125 мкс для системы ИКМ. Программами маркера определяются адреса временных каналов, в которых должны считываться информационные слова из разговорной памяти. Для передачи 8-битовых информационных слов часто используется параллельная передача разрядов по восьми проводам, что позволяет сохранить скорость передачи слов и для передачи отдельных разрядов этих слов, но требует наличия преобразователей последовательных кодов в параллельные.

Если число временных интервалов, используемых в ВК, равно числу входов (выходов) системы, то можно приписать каждому канальному интервалу определенный выход и использовать такой ВК в качестве полнодоступной коммутационной системы без блокировок. Такие чисто временные КС находят применение в станциях малой и средней емкости (до нескольких тысяч входов и выходов). Например, используя элементы памяти типа МОП емкостью 4 или 16 К, можно построить временной коммутатор емкостью 4096x4096 или 8192x8192 соответственно. Факторами, лимитирующими емкость таких ВК, являются быстродействие используемых элементов памяти и требования к надежности системы. Согласно этим требованиям, отказ одного любого блока (в частности, блока КС) не должен разрушать более 256 соединений, а в некоторых случаях принимаются и более жесткие требования.

Сравнение блоков ПК и ВК

Эффективным средством уменьшения стоимости коммутационной схемы с ВРК является мультиплексирование возможно большего числа каналов, поскольку цифровая память много дешевле, чем цифровые точки коммутации (логические схемы «И»). Этим обстоятельством определяется основное преимущество временных коммутаторов перед пространственными. Сами по себе точки коммутации не столь дороги. Основные затраты приходятся на реализацию схем доступа и выбор точек коммутации со стороны внешних выводов. Недостаток блока ВК заключается в задержке коммутируемых сообщений в среднем на половину длительности цикла.

Рассмотренные принципы построения коммутационных блоков для ком­мутации каналов ИКМ, т.е. коммутационные однокаскадные блоки ПК и ВК, имеют ограниченное применение. Так, коммутационные блоки ПК невозможно использовать, когда требуется коммутировать разные временные позиции, а коммутационные блоки ВК можно использовать лишь на станциях малой емкости.

Многокаскадные коммутационные блоки позволяют снять указанные ограничения. Для удобства записи формул таких блоков принято вместо аббревиатур ПК и ВК использовать сокращения П и В соответственно.