Проект расширения городской телефонной сети с пятизначной нумерацией путем установления АТСЭ на базе оборудования цифровой коммутационной системы «Омега» Н

Введение

С начала 70-х годов прошлого века на телефонных сетях многих стран стали внедрять автоматические телефонные станции нового поколения — цифровые АТС. Цифровые системы коммутации более эффективны, чем координатные системы коммутации пространственного типа.

Важную роль в создании нового поколения АТС сыграли три фактора. Во-первых, с конца 50-х гг. началось внедрение цифровых систем передачи (ЦСП). С их появлением перед специалистами встала задача создания АТС, которые коммутировали бы цифровые сигналы без их преобразования в аналоговую форму. Создание единого цифрового тракта «коммутация — передача» сулило большие преимущества (единая элементная база АТС и ЦСП, уменьшение искажений и шумов передаваемых сообщений и т. д.). Во-вторых, разработка и кассовое производство микросхем сделали реальным построение АТС нового поколения (заметим, что ЦСП с сигналами импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), предложенные в 1939 г., были реализованы в середине 50-х гг. именно потому, что появились полупроводниковые приборы). В третьих, большое значение имело использование в аппаратуре связи цифровой вычислительной техники. Первый патент на применение ЭВМ для управления АТС был получен в 1956 г. Использование ЭВМ (в виде специализированных электронных управляющих машин) в цифровых АТС позволило не только более экономично, по сравнению с электромеханическими АТС, реализовать управление самой АТС, но и существенно увеличить гибкость коммутационной системы, расширить вспомогательные диагностические процедуры обслуживания аппаратуры и ввести значительный объем дополнительных видов обслуживания для абонентов за счет их реализации программным способом.

Основными преимуществами цифровых АТС являются: снижение трудовых затрат на изготовление электронного коммутационного оборудования за счет автоматизации процесса их изготовления и настройки; уменьшение габаритных размеров и повышение надежности оборудования за счет использования элементной базы высокого уровня интеграции; уменьшение объема работ при монтаже и настройке электронного оборудования в объектах связи; существенное сокращение штата обслуживающего персонала за счет полной автоматизации контроля функционирования оборудования и создания необслуживаемых станций; значительное уменьшение металлоемкости конструкции станций; сокращение площадей, необходимых для установки цифрового коммутационного оборудования; повышение качества передачи и коммутации; увеличение вспомогательных и дополнительных видов обслуживания абонентов; возможность создания на базе цифровых АТС и ЦСП интегральных сетей «вязи, позволяющих обеспечить внедрение различных «видов и служб электросвязи на единой методологической и технической основе.

Цифровые АТС обладают и недостатками, из которых самыми существенными являются два:

1) внедрение цифровых АТС, построенных на современной элементной базе, не привело к заметному сокращению потребления электроэнергии. Это обусловлено необходимостью непрерывной работы управляющего комплекса вне зависимости от наличия нагрузки на АТС.

Кроме того использование БИС и СБИС в схемах АТС привело к обязательному применению кондиционирования воздуха;

2) внедрение цифровых АТС требует больших первоначальных капитальных вложений на приобретение оборудования. Так, стоимость оборудования цифровой АТС в пересчете на один номер в 2−3 и более раз выше, чем электромеханических АТС.

Тем не менее, проектирование и внедрение цифровых автоматических телефонных станций является сегодня важной задачей развития электросвязи.

1. Характеристика сети и современных систем коммутации

1.1 Современные системы коммутации на городских телефонных сетях Цифровые АТС на российском рынке различаются по архитектуре, элементной базе, построению управляющих систем, структуре программного обеспечения, алгоритмическим языкам.

Основными критериями выбора коммутационного оборудования являются:

1) стоимость;

2) совместимость с существующими сетями;

3) соответствие общетехническим требованиям, утвержденным Министерством связи и информатизации РФ;

4) надежность системы коммутации;

5) минимальное количество разнотипных плат;

6) минимальное потребление энергии в расчете нa одного абонента;

7) занимаемая площадь.

В таблице 1.1 приведены технические параметры зарубежных цифровых АТС, рекомендованных для российских сетей [2], в таблице 1.2 — параметры отечественных коммутационных систем.

Таблица 1.1

Сравнительная характеристика зарубежных систем коммутации

Коммутационная система DX-200 — цифровая система с программным управлением — разработана специалистами фирмы «Telenokia» (Финляндия). Для нее характерна децентрализованная модульная структура: ее основными структурными элементами являются модули программного обеспечения и аппаратных средств и состоящие из них функциональные блоки. Четкое определение интерфейсов между модулями способствует внедрению новой техники и введению в систему новых функций без изменения ее архитектуры, что в свою очередь, обеспечивает высокий технический уровень системы на протяжении всего длительного срока ее эксплуатации. Полное резервирование системы обеспечивает высокую надежность работы станции.

Цифровая АТС System-12 разработана международной корпорацией ITT, производство и дальнейшее совершенствование станции, внедрение ее в цифровые сети с интеграцией служб осуществляется фирмой Alcatel Франция—Бельгия). Основой S-12 является: распределенное — управление, при котором цифровое коммутационное поле реализуется таким образом, что различные терминальные модули (со своими управляющими микропроцессорам) могут одновременно осуществлять запрос и устанавливать между собой соединение. Стандартный цифровой интерфейс ИКМ позволяет осуществлять независимые соединения большого числа различных терминалов и служб с помощью одной и той же коммутационной системы. Микропроцессор, память и стандартный интерфейс являются составными частями управляющего устройства терминального модуля.

Цифровая система коммутации EWSD фирмы Siemens разрабатывалась с учетом основных современных и перспективных требований к ЦСИС. Наибольшее внимание при разработке EWSD уделялось возможности постоянной модернизации, наращиванию емкостей и расширению" функций без остановки станции, то есть в процессе ее эксплуатации. Принципом построения системы коммутации EWSD является модульность аппаратных средств и модульность программного обеспечения. Система управления станции типа EWSD является частично распределенной и реализована на центральном (координационном) процессоре и распределенных групповых процессорах, работающих в масштабе реального времени. Взаимодействие между процессорами осуществляется через коммутационное поле станции.

Станция 5ESS характеризуется применением распределенной архитектуры, позволяющей наращивать емкость простым добавлением модулей, которые могут быть выделены для отдельных услуг (например, междугородная связь или передача данных). Модули удаленной коммутации могут располагаться на расстоянии до 1000 км от главного коммутатора, что облегчает телефонизацию новых регионов. Станция поддерживает любую стратегию расширения, не ограничивая оператора в выборе новых услуг. По данным анализа Американской комиссии по связи (FCC), станция 5ESS имеет наименьшее время простоя среди станций своего класса и обладает рекордной надежностью 99,999

Автоматическая телефонная станция типа АХЕ-10 является цифровой системой коммутации с программным управлением. Принципом построения системы коммутации АХЕ-10 является модульность аппаратных средств и программного обеспечения. Система управления станции типа АХЕ-10 является частично распределенной и реализована на центральном процессоре и подсистеме распределенных региональных процессоров, работающих в масштабе реального времени. Взаимодействие между процессорами осуществляется по межпроцессорным шинам.

Таблица 1.2

Сравнительная характеристика отечественных систем коммутации

Основу комплекса АТСЦ-90 составляет современная мощная и гибкая коммутационная платформа, имеющая модульную структуру с распределенным управлением. В рамках комплекса АТСЦ-90 реализована поддержка протоколов ОКС № 7, подготовлена база для реализации элементов интеллектуальной сети (Ш), поддерживаются основные протоколы взаимодействия для функционирования в составе цифровой сети с интеграцией служб (ISDN) и системы управления телекоммуникационной сетью (TMN).

Цифровая электронная АТС Омега является самостоятельной цифровой автоматической станцией, а также предназначена для коммутации цифровых каналов и представляет собой совокупностью устройств, состоящих из отдельных узлов. Она легко стыкуется с любой из станций различного поколения (АТС ДШ, координатными, квазиэлектронными, электронными как зарубежного так и отечественного производства). Модульность станции позволяет ее дальнейшее расширение в кратчайшие сроки.

Электронные цифровые АТС Квант-Е являются дальнейшим развитием квазиэлектронных АТС Квант и представляют собой станции с записанной программой управления и цифровой коммутацией разговорного тракта.

В соответствии с данными из таблиц 1.1 и 1.2 можно отметить, что отечественные коммутационные системы уступают производимым за рубежом АТС по емкости абонентских и соединительных линий. На данном этапе развития телефонных сетей в нашей стране это не является существенной проблемой, так как экономические расходы при вводе в эксплуатацию АТС в большей степени связаны со строительно-монтажными мероприятиями. С другой стороны, предприятия связи обычно в процессе модернизации сети устанавливают современные станции в помещениях устаревших и демонтируемых АТСДШ, ПСК, АТСК, размещение в которых крупных коммутационных комплексов невозможно.

Все указанные системы коммутации имеют примерно одинаковую структуру и основные технические показатели, для них характерно наличие специальных программ технического обслуживания и эксплуатации. Станции предлагают большой набор абонентских услуг, осуществляя интегрированную и эффективную передачу всех видов информации: речи, данных и изображений, а также предоставляют широкие возможности оператору.

В современных коммутационных системах наиболее эффективным и перспективным считается распределенный тип управления, который используется в таких АТС как S-12 и АТСЦ-90.

1.2 Анализ состояния телефонной сети города Проектирование расширения коммутационной и абонентской станции Омега выполняется для городской телефонной сети, в которой в настоящее время действуют 16 АТС:

* АТСК-1 емкостью 200 номеров,

* АТСК-2 емкостью 200 номеров,

* АТСК-3 емкостью 200 номеров,

* АТСК-4 емкостью 200 номеров.

* ЦАТС-5 емкостью 384 номеров,

* ЦАТС-6 емкостью 2560 номеров,

* АТСКЭ-7 емкостью 2048 номеров,

* ЦАТС-8 емкостью 2560 номеров,

* АТСК-9 емкостью 200 номеров,

* АТСК-10 емкостью 200 номеров,

* АТСК-11 емкостью 200 номеров,

* АТСК-12 емкостью 200 номеров,

* АТСК-13 емкостью 200 номеров,

* АТСК-14 емкостью 200 номеров,

* АТСК-15 емкостью 2000 номеров,

* АТСК-16 емкостью 2000 номеров, Также на сети существуют узел спецслужб (УСС) и цифровая автоматическая междугородная телефонная станция (АМТС).

В связи с постоянно растущим спросом на услуги электросвязи и развитием новых технологий появилась необходимость расширения телефонной сети города и ввода дополнительного оборудования цифровой АТС. Емкость существующей ЦАТС-8 системы Омега составляет 2560 номеров, а расширение ЦАТС-6 составит 2560 номеров.

Нумерация абонентских линий на ГТС — пятизначная, а СТС трехзначная + код выхода на данную АТС.

Выход на автоматическую междугородную станцию (АМТС) осуществляется путем набора индекса «8», а выход к узлу специальных служб — индекса «0».

Нумерация абонентских линий на ГТС приведена в таблице 2.1

Таблица 2.1

Нумерация абонентских линий на АТС сети

Структурная схема городской сети с узлом спецслужб и электронной АМТС приведена на рис. 2.1. Все АТС соединяются через узел коммутации, при этом соединение с координатными АТС, квазиэлектронными АТС и цифровыми АТС осуществляются по линиям двустороннего занятия. В АТСЭ включаются только цифровые соединительные линии (ЦСЛ), поэтому на стороне АТСК устанавливается оборудование аналого-цифрового преобразования аппаратуры ИКМ обеспечивающей связь с АТСЭ по цифровым линиям.

2. Характеристика системы

2.1 Назначение и принципы построения системы Омега Цифровая система коммутации «Омега», разработанная НПО «Раскат» г. Москва, стала применяться на телефонных сетях России с середины 90-х годов. В настоящее время она нашла широкое применение при строительстве АТС в сельской местности, районных центрах и крупных городах.

Цифровая система коммутации «Омега» предназначена для построения участков телефонных сетей связи общего пользования (ТфОП) и цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО) на уровне от абонентского доступа до городских автоматических телефонных станций (АТС), сельско-пригородных узлов связи (УСП), учрежденческо-производственных станций (УПАТС) средней и большой емкости, а также ведомственных сетей связи.

Система коммутации представляет собой комплекс оборудования с распределенным программным управлением и программных средств, разработанный с учетом последних достижений технологии телекоммуникаций, ориентированной на коммутацию каналов.

В основу архитектуры системы цифровой коммутации положены следующие принципы:

большая система строится по принципу сети, состоящей из узлов коммутации и оконечных устройств абонентского доступа;

все межузловые соединения и соединения узлов коммутации с устройствами абонентского доступа выполняются посредством стандартизированных интерфейсов, что позволяет строить территориально распределенные сети или АТС;

устройства абонентского доступа могут выполнять функции коммутации, что позволяет применять их отдельно в качестве малых УПАТС;

узлы коммутации имеют одинаковое программное обеспечение и взаимодействуют друг с другом для установления соединений согласно стандартным протоколам связи (распределенный принцип управления);

программное обеспечение обслуживания абонентов АТС (базовые услуги и некоторые виды ДВО) сосредоточено в оконечных абонентских коммутаторах — устройствах абонентского доступа с функциями коммутации или узлах, в которые включены эти устройства (распределенный принцип управления);

программное обеспечение дополнительных видов обслуживания и база данных абонентов АТС сосредоточены в узловых коммутаторах, в которые включены устройства абонентского доступа или в центральном сервере услуг, включенном в сеть;

программное обеспечение узловых коммутаторов автоматически выполняет функции маршрутизации вызовов с резервированием путей, таким образом обеспечивается выполнение функций транзитной АТС;

возможность централизованного обслуживания АТС, терминалы операторов, обслуживающих систему коммутации (АТС), могут быть подключены к любому узловому коммутатору системы, либо удалены от последней путем подключения по сети связи, в которую данная АТС включена;

модульный принцип построения аппаратуры с минимизацией номенклатуры типовых элементов замены.

2.2 Конфигурация системы и ее составные части Базовыми функциональными блоками системы коммутации «Омега» являются концентратор абонентской нагрузки (КАН) и коммутатор цифровых каналов (КЦК).

Концентратор абонентской нагрузки представляет собой самостоятельную цифровую автоматическую телефонную станцию (ЦАТС) емкостью до 128 абонентских линий (АЛ), подключаемую к опорной АТС по цифровым трактам ИКМ-30 или ИКМ-15, или по аналоговым соединительным линиям (СЛ) различных типов, используемых на сетях связи России. Концентратор абонентской нагрузки удовлетворяет всем параметрам, предъявляемым к ЦАТС и изложенным в Основных положениях развития Взаимоувязанной сети связи РФ на перспективу до 2005 года и Руководящем документе по общегосударственной системе автоматической телефонной связи (ОГСТфС).

В составе системы коммутации концентратор абонентской нагрузки выполняет функции оконечного устройства для абонентского доступа в сеть, концентратора абонентской нагрузки, сервера абонентских услуг. Концентратор может выполнять также функции согласования цифровых и аналоговых СЛ в случае включения АТС в сеть связи по аналоговым соединительным линиям. Конструктивно КАН имеет одно исполнение с возможностью комплектации разными функциональными модулями в зависимости от конфигурации АТС.

Без применения узлов коммутации на базе КАН можно строить ЦАТС емкостью до 400 абонентских линий.

Обслуживание системы коммутации производится с пульта оператора, выполняющего функции управления и администрирования системы, а также текущего слежения за состоянием аппаратуры, абонентских и соединительных линий.

Коммутатор цифровых каналов предназначен для создания коммутационных полей большой емкости путем объединения по стыкам ИКМ-30 (Е1) концентраторов абонентской нагрузки, цифровых автоматических телефонных станций или нескольких КЦК между собой. Коммутатор обеспечивает прием первичных цифровых потоков, обработку сигналов управления и взаимодействия, поступающих по каналам сигнализации, поиск свободных каналов по запрашиваемым направлениям и коммутацию цифровых каналов на время установления соединения. Коммутатор создает неблокируемое поле коммутации, что обеспечивает возможность коммутации любого из каналов любого входящего цифрового тракта с любым свободным каналом любого исходящего тракта. Емкость коммутационного поля может изменяться от 120 до 840 каналов.

В составе системы коммутации коммутатор выполняет функции узла коммутации сети, шлюза между АТС и сетью ТфОП, сервера абонентских услуг.

Коммутатор может применяться самостоятельно на городских и сельских телефонных сетях связи в качестве аппаратуры коммутации электронных АТС с параметрами первичного сетевого стыка, структурой цикла и сверхцикла цифровых потоков со скоростью 2048 Кбит/с, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.703, G.704, G.735, ГОСТ 26 886–86 и ГОСТ 27 763–88.

Использование коммутатора цифровых каналов в качестве второй ступени коммутации позволяет построить ЦАТС емкостью до 2500 АЛ. Такая конфигурация системы дает возможность создавать территориально распределенные цифровые сети с выносом по трактам ИКМ-30 оконечных устройств абонентского доступа в места локальной концентрации абонентской нагрузки, что значительно сокращает длину абонентских кабелей и тем самым снижает общую стоимость сети. При этом система коммутации функционирует как единое целое, так как управление разнесенными концентраторами абонентской нагрузки осуществляется с централизованного пульта оператора абонентской ступени с помощью каналов удаленного доступа. Однако ничто не мешает организовать обслуживание вынесенного концентратора или группы концентраторов с помощью дополнительного пульта оператора, размещенного рядом с ними.

Не менее важным свойством данной конфигурации системы коммутации является возможность плавного наращивания емкости сети поэтапным увеличением коммутационного поля в коммутаторе цифровых каналов и соответствующим подключением к коммутатору дополнительных концентраторов абонентской нагрузки. В результате первоначальные затраты на создание системы коммутации могут быть минимизированы и проекты по ее развертыванию становятся рентабельными уже на этапе ввода в эксплуатацию.

Для управления и обслуживания в системе коммутации «Омега» предусмотрены два пульта оператора по числу уровней коммутации и соответствующим им особенностям задач управления, обслуживания и тестирования аппаратуры, абонентских и соединительных линий. Пульт оператора абонентской ступени используется для работы с концентраторами абонентской нагрузки, пульт оператора групповой ступени предназначен для управления коммутатором цифровых каналов. Разнесение функций управления на два пульта оператора повышает оперативность и гибкость управления, а также надежность схемы управления системой коммутации за счет частичного резервирования технологического оборудования. При этом затраты на два компьютера для пультов оператора компенсируются снижением предъявляемых к ним требований.

Дальнейшее увеличение размеров коммутационного поля системы «Омега» достигается соединением коммутаторов цифровых каналов между собой. В этом случае КЦК связываются в обобщенный коммутатор. Обобщенным коммутатором называется совокупность коммутаторов цифровых каналов и выносных пультов оператора, являющихся узлами обобщенного коммутатора. На каждом узле устанавливается операционная среда, позволяющая так организовать взаимодействие процессов, находящихся в отдельных узлах, как если бы они находились в одном узле. Это дает возможность запускать те или иные программы в отдельных коммутаторах с пульта оператора и при этом наблюдать ход выполнения программ на мониторе оператора.

Число узлов обобщенного коммутатора в системе коммутации может колебаться от 1 до 16, что позволяет строить сети емкостью до 30 000 абонентских линий.

Общие принципы объединения КЦК в обобщенный коммутатор иллюстрируются рис. 2.3, на котором показана структурная схема обобщенного коммутатора из двух КЦК. Для обмена информацией узлы обобщенного коммутатора имеют три вида соединений:

внутренние соединения — ИКМ-тракты, с помощью которых осуществляется передача сигнализации и цифровых данных между узлами внутри обобщенного коммутатора;

внешние соединения — ИКМ-тракты, с помощью которых узлы обобщенного коммутатора соединяются с устройствами абонентского доступа системы коммутации и сетью ТфОП;

cеть Ethernet — для обмена служебной информацией узлы обобщенного коммутатора соединяются между собой по сети Ethernet по схеме каждый с каждым.

Два типа межузловых соединений в обобщенном коммутаторе обеспечивают разделение задач коммутации и управления системой, а также повышают надежность схемы управления обобщенного коммутатора. При выходе из строя сети Ethernet вся система остается в работоспособном состоянии, так как сеть Ethernet не используется для маршрутизации вызовов. Необходимая служебная информация в этом случае передается по внутренним ИКМ-соединениям.

В рассмотренных выше вариантах конфигурации система коммутации «Омега» включается в единую автоматизированную сеть связи по цифровым каналам ИКМ-30. Модульная структура концентратора абонентской нагрузки, позволяющая комплектовать его разными функциональными модулями, обеспечивает включение системы коммутации в сеть ТфОП практически по всем используемым в сетях связи России как цифровым так и аналоговым соединительным линиям со всем их разнообразием протоколов сигнализации.

2.3 Концентратор абонентской нагрузки, принцип его работы

2.3.1 Структура и принципы построения концентратора Структурная схема типовой конфигурации концентратора абонентской нагрузки приведена на рис. 2.3.1. Типовая конфигурация содержит восемь модулей интерфейса абонентских линий (ПИАЛ), модуль соединительных линий ИКМ (ИКМ 30 или ИКМ 15), два модуля центрального процессора (ЦП0, ЦП1) и модуль вторичного источника питания (ВИП). Типовая конфигурация КАН является основной составляющей при построении ЦАТС с номерной емкостью от 128 до 30 000 номеров.

Модули ПИАЛ осуществляют физическое сопряжение концентратора с аналоговыми абонентскими линиями и выполняют следующие функции:

производят аналогово-цифровое преобразование принимаемых из абонентских линий и цифро-аналоговое преобразование передаваемых в абонентские линии звуковых сигналов в полосе 0,3…3,4 кГц с принятой в цифровой телефонии частотой дискретизации сигналов 8 кГц и коэффициентами усиления на передачу и на прием 1 дб;

формируют питание абонентских линий;

производят преобразование состояний абонентских линий в цифровые сигналы состояния АЛ для дальнейшей передачи в управляющий процессор.

Модуль ИКМ предназначен для организации внешних связей концентратора и обеспечивает стыковку КАН с линейными трактами цифровых систем передачи данных ИКМ-30 (Е1) или ИКМ 15. В модуле осуществляется электрическое преобразование принятых из первичного тракта цифровых сигналов в линейном коде HDB-3 или AMI, а для ИКМ-15 еще и NRZ, в цифровые двоичные сигналы и обратное преобразование двоичных сигналов, поступающих на информационный вход модуля из концентратора, в линейный код для передачи в первичный тракт. Кроме того, модуль выполняет прямое и обратное логическое преобразование форматов данных, принятых в системах передачи ИКМ-30 или ИКМ-15, в структуру данных, используемую в концентраторе.

Помимо сопряжения с первичным стыком, модуль ИКМ выполняет функцию синхронизатора концентратора, формируя основные тактовые частоты для функционирования аппаратуры FТ=2,048 МГц, FЦ=8,0 кГц и обеспечивая подстройку КАН по синхронизации к вышестоящей системе коммутации.

Рис. 2.3.1. Структурная схема концентратора абонентской нагрузки Функциональные модули, входящие в состав концентратора, связаны между собой с помощью физической среды — общей шины, которая включает в себя шину данных DAT0… DAT15, шину адреса ADR0… ADR20 и шину управления с цепями сигналов записи MWTC, чтения MRDC и прерывания IRQ.

Всеми процессами на общей шине управляет программно-аппаратный комплекс центрального процессора. В состав структурной схемы концентратора входят два модуля центрального процессора, основной и вспомогательный. Основным является процессор ЦП0, на него возложено выполнение следующих функций:

считывание и анализ сигналов состояния абонентских линий и каналов внешних соединительных линий;

формирование и выдача сигналов управления и взаимодействия в соответствии с отрабатываемыми алгоритмами и протоколами абонентской и станционной сигнализации;

управление установлением соединений между каналами концентратора, где под каналами концентратора подразумеваются каналы абонентских и внешних соединительных линий;

формирование и выдача в каналы акустических и вызывных сигналов;

формирование и обмен информацией о состоянии КАН с пультом оператора через последовательный порт RS 232.

Вспомогательный процессор ЦП1 решает следующие задачи:

формирование и выдача в канал по запросу информации о номере вызывающего абонента (исходящий АОН);

детектирование информации о номере вызывающего абонента при входящей связи по соединительным линиям (контроль входящей связи). Эти задачи решаются при условии применения КАН автономно (без второй ступени коммутации — КЦК). Если же ЦАТС построена на базе КАН и КЦК, то ЦП1 решает задачу организации передачи данных о состоянии КАН по выделенному каналу ИКМ через КЦК на пульт оператора.

В основе функционирования концентратора абонентской нагрузки лежит одновременное выполнение двух периодически повторяющихся независимых процессов.

Первый процесс заключается в непрерывном слежении за состоянием абонентских и соединительных линий или каналов, двоичном кодировании этих состояний с частотой 200 Гц, логической обработке кодов состояния каналов и управлении каналами по результатам обработки. Период повторения этого процесса, составляющий 5 мс, обусловлен длительностью используемых в телефонии сигналов управления и взаимодействия (СУВ), минимальная длительность которых составляет не менее 20…40 мс. Выбранный период обращения к регистрам состояния и управления абонентских и соединительных каналов, в несколько раз меньший, чем минимальная длительность сигналов управления и взаимодействия, позволяет однозначно определить состояние каналов с учетом возможных искажений сигналов на линейных участках и принять адекватное решение по дальнейшему управлению каналами. Конечным результатом данного процесса являются отработка алгоритмов сигнализации, используемых в сети связи, и заполнение таблицы соединений по запросам абонентов.

Второй процесс состоит в дискретизации аналоговых звуковых сигналов, поступающих из абонентских или аналоговых соединительных линий, со стандартизированной для телефонии частотой 8 кГц, запоминании полученных кодов цифровых выборок звуковых сигналов в буферном ОЗУ, обмене цифровыми выборками между ячейками буферного ОЗУ в соответствии с таблицей соединений с периодичностью 125 мкс, считывании цифровых выборок из ОЗУ, их цифро-аналоговом преобразовании и выдачи аналоговых звуковых сигналов в абонентские или аналоговые соединительные линии. Результатом этого процесса является установление соединения по звуковому тракту между вызывающим и вызываемым абонентами для проведения разговора.

Процесс обмена данными между звуковыми каналами осуществляется в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В каждый интервал времени 400 нс на общей шине концентратора выставляется адрес источника данных, приемника данных и соответственно сигналы чтения и записи. Время работы режима ПДП составляет 102,4 мкс. Оставшиеся 22,6 мкс от цикла 125 мкс предоставлены для выхода на общую шину процессору для осуществления процедур записи, чтения регистров управления, состояния абонентских и соединительных линий.

Абонентских каналы внутри концентратора абонентской нагрузки нумеруются от 0 до 127. Пусть абонент 7 устанавливает связь с абонентом 100. В данном случае для абонента с номером 7 характерно то, что он стоит первым в цикле ПДП. Начальные этапы установления соединения следующие:

абонент 7 свободен (трубка положена);

абонент 100 свободен (трубка положена);

абонент 7 снимает трубку.

Процессор при очередном чтении регистра состояния абонента 7 определяет изменение состояния и по заданному алгоритму переводит его в состояние абонент «занят» и определяет источник данных для абонента 7 — канал 2 регистровой матрицы основного процессора ЦП0, где хранится программно формируемый акустический сигнал абоненту «ответ станции» — длинный гудок.

Абонент 7, услышав длинный гудок, начинает набор номера (в нашем случае это 100), процессор, постоянно опрашивая регистр состояния абонента 7, определяет, что абонент 7 начал набирать номер вызываемого абонента. По этому событию в качестве источника данных для абонента 7 на время набора номера назначается регистр 0 регистровой матрицы, где хранится константа 55h, что после декодирования означает сигнал «тишина».

Процессор определяет после набора последней цифры номер вызываемого абонента и анализирует состояние вызываемого абонента (в нашем случае он свободен).

На основании вышеопределенных состояний, процессор назначает в качестве источника сигнала для абонента 7, регистр 2 регистровой матрицы (в который пишутся значения сформированного сигнала «контроль посылки вызова» (КПВ), а в регистр управления абонента 100 посылается вызывной сигнал.

Абонент 100, услышав вызов, снимает трубку, процессор определяет изменение состояния абонента 100 и определяет в качестве источника для абонента 7 регистр данных абонента 100, а в качестве источника для абонента 100 регистр данных абонента 7, таким образом, произошло соединение абонента 100 и 7. Передача данных между ними происходит напрямую регистр — регистр через общую шину.

Процессор продолжает отслеживать состояния абонентов 7 и 100 и не изменяет таблицу коммутации, так как нет изменения состояний линий.

Если один из абонентов прекращает разговор (опускает трубку на рычаг ТА), пусть это будет абонент 7, процессор определяет изменение состояния абонента 7 и определяет в качестве источника для абонента 7 регистр 0 регистровой матрицы («тишину»).

Если абонент 100 еще не положил трубку, в качестве источника для абонента 100 выбирается регистр 3 регистровой матрицы, куда пишется сформированный сигнал «занято». Абонент 100 слышит короткие гудки и опускает трубку.

Процессор определяет изменение состояния абонента 100 и определяет в качестве источника для абонента100 регистр 0 регистровой матрицы.

Таким же образом происходит соединение других абонентов между собой, а также соединение абонентов с другими АТС через каналы ИКМ (или другие типы соединительных линий). Важно то, что за каждым каналом строго закреплен его временной интервал длительностью 400 нс на временной диаграмме как для процедуры записи данных в канал, так и для процедуры чтения данных из канала.

2.3.2 Программное обеспечение концентратора Функционирование концентратора абонентской нагрузки осуществляется под управлением комплекса программ, обеспечивающих модификацию его конфигурации для адаптации станции к конкретным условиям включения в сеть связи, выполнение функций установления соединений по запросам абонентов станции, управление процессом сбора и обработки данных тарификации и предоставление абонентам возможности пользования дополнительными видами обслуживания. После конфигурирования концентратора в сети связи и запуска рабочей программы концентратор функционирует автоматически и не требует вмешательства технического персонала.

По своему функциональному назначению программное обеспечение (ПО) концентратора распределяется на:

программы, обеспечивающие непосредственную работу станции (внутристанционные программы);

программы, обеспечивающие общение оператора ЦАТС со станцией (интерфейс пользователя ЦАТС);

программы, обеспечивающие обработку данных тарификации.

Внутристанционные программы хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) процессора концентратора абонентской нагрузки и после включения питания обеспечивают выполнение следующих функций:

инициализация и проверка работоспособности узлов, входящих в состав центрального процессора концентратора абонентской нагрузки;

обеспечение связи центрального процессора концентратора абонентской нагрузки с пультом оператора на базе персонального компьютера;

организация работы центрального процессора КАН для выполнения основных функций обслуживания абонентских окончаний.

Интерфейс пользователя содержится на персональном компьютере пульта оператора и обеспечивает в диалоговом режиме выполнение следующих функций:

обеспечение связи с КАН;

задание числа концентраторов, подключаемых к одному пульту оператора и способ связи с каждым из них;

подготовка конфигурации телефонной станции;

загрузка конфигурации в КАН как частями, так и в полном объеме;

чтение текущей конфигурации телефонной станции;

блокирование или разблокирование отдельных телефонных линий и просмотр списка блокированных линий;

сохранение в реальном масштабе времени данных обо всех телефонных разговорах (данных для тарификации);

тестирование отдельных узлов станции во время ее работы;

просмотр текущего состояния записей данных тарификации;

копирование данных тарификации на гибкий диск для последующей обработки программой работы с данными тарификации.

Данные трафика (данные о разговорах), по мере накопления должны переноситься на другой персональный компьютер в базу данных. База данных тарификации содержится на персональном компьютере, предназначенном для расчета с абонентами, и обеспечивает выполнение следующих функций:

обработка данных тарификации, принятых из ЦАТС;

расчет стоимости телефонных разговоров;

вывод (по запросу) данных тарификации на экран;

вывод (по запросу) данных тарификации на печать.

По структуре программное обеспечение концентратора делится на базовое и технологическое.

Базовое программное обеспечение предназначено для обеспечения функционирования КАН и состоит из системного и прикладного программных модулей Системное и прикладное ПО хранится в виде исходных текстов в разделе WORK_xxx и является исходным материалом для технологического ПО при подготовке бинарных файлов для программирования ПЗУ.

Системное программное обеспечение включает в себя модули инициализации оборудования, операционное ядро, модули таймеров, модули организации очередей, модули связи с пультовым оборудованием, модули связи с периферийными устройствами.

Прикладное ПО включает в себя модули обеспечения маршрутизации вызовов, модули обслуживания протоколов обмена по цифровым и аналоговым соединительным линиям и абонентским линиям, модули обработки сигнализации АОН.

При включении питания концентратора в центральном процессоре запускается программа-предзагрузчик. Эта программа инициализирует все периферийные устройства, переписывает исполняющую систему и прикладные функции из ПЗУ в ОЗУ центрального процессора и передает управление исполняющей системе.

Исполняющая система обеспечивает управление переключением прикладных процессов и очередей управления и очередей таймеров.

Драйверы периферийных устройств генерируют системные сообщения в очереди сообщений. На основании этих сообщений исполняющая система осуществляет вызовы прикладных задач.

Функционирование драйверов протоколов осуществляется аналогично функционированию драйверов периферийных устройств.

К технологическому программному обеспечению относится комплект программ MAKE500 работающих на PC-совместимых компьютерах уровня i486 16M. Технологическое программное обеспечение предназначено для подготовки бинарных файлов, помещаемых в ПЗУ центрального процессора концентратора.

2.3.3 Функциональный контроль В концентраторе предусмотрена встроенная программно-аппаратная система функционального контроля, выполняющая непрерывное слежение за исправностью аппаратуры, состоянием абонентских и соединительных линий и правильностью выполнения рабочей программы.

Текущий контроль за общим функциональным состоянием концентратора осуществляется с пульта оператора при помощи функции контроля. Эта функция предоставляет оператору возможность проверять работоспособность СЛ, АЛ на фоне выполнения станцией своих основных функций. Тем самым выполнение тестов не влияет на обслуживание абонентов ЦАТС.

Кроме того, результаты контроля отображаются световыми индикаторами на лицевых панелях модулей, входящих в состав концентратора.

Нормальное функционирование модуля основного процессора ЦП0 отображается постоянно мигающим нижним сегментом (чертой) индикатора работоспособности, расположенном на передней панели ЦП0.

Нормальное функционирование сопроцессора ЦП1 отображается постоянно мигающей запятой на индикаторе работоспособности ЦП1.

Состояние абонентской линии отображается соответствующим светодиодом на передней панели ПИАЛ:

светодиод горит постоянно — шлейф замкнут;

светодиод моргает синхронно с сигналом посылки вызова — вызов в линию;

светодиод моргает синхронно набираемому номеру — набор номера абонентом;

светодиод не горит — состояние разомкнутого шлейфа (абонент свободен).

Первичными признаками нормального функционирования модуля ИКМ в составе концентратора при связи с другой АТС является погашенное состояние всех светодиодов, расположенных на передней панели. Светодиод ОТСУТСТВИЕ ЛС загорается при пропадании линейного сигнала на входе модуля. Индикатор СБОЙ ЦС сигнализирует о потере цикловой синхронизации, а светодиод СБОЙ СЦС указывает на сбой сверхцикловой синхронизации.

Нормальное функционирование источника питания ВИП отображают следующие индикаторы, расположенные на передней панели:

индикаторы наличия вторичных напряжений +5 В, +12 В, минус 12 В;

индикаторы неисправности конверторов в количестве 4 шт.;

индикатор ПЕРЕГРУЗКА правильного функционирования схемы управления.

На передней панели источника питания имеется также тумблер ВКЛ — тумблер включения преобразователей модуля ВИП и кнопка СБРОС, запускающая схему формирования сигнала общего сброса для процессора ЦПО и полного перезапуска концентратора.

2.3.4 Режимы синхронизации аппаратуры концентратора Синхронность работы и взаимодействия составных частей концентратора при реализации алгоритмов коммутации данных обеспечивается генераторным оборудованием модулей ИКМ и ЦП0. Генераторное оборудование вырабатывает опорные частоты FЦ=8,0 кГц и FТ=2,048 МГц, необходимые для работы цифрового тракта передачи информации и общей шины коммутатора, связывающей между собой функциональные модули.

Основным элементом генераторного оборудования модуля ИКМ является узел синхронизатора, построенный по схеме управляемого напряжением кварцевого генератора (ГУН). Синхронизатор может работать в режимах синхронизации аппаратуры «ведущий» и «ведомый» относительно входящего первичного потока.

В свою очередь в режиме «ведущий» предусмотрены два вида синхронизации: внутренняя и внешняя. При внутренней синхронизации опорным генератором является сам синхронизатор, работающий как автогенератор. При внешней сихронизации осуществляется фазовая автоподстройка частоты синхронизатора по внешней опорной частоте, поступающей с общей шины концентратора.

В режиме «ведомый» фазовая автоподстройка частоты синхронизатора модуля ИКМ производится по частоте принимаемого первичного цифрового потока. В случае пропадания входного цифрового потока синхронизатор переходит в режим «ведущий» автогенератор.

Режим и вид синхронизации задаются при помощи джамперных переключателей в модуле ИКМ.

Собственная частота генерации синхронизатора проверяется при помощи частотомера, подключаемого к контрольным гнездам разъема на лицевой панели модуля ИКМ, и при необходимости регулируется подстроечным резистором с точностью установки частоты задающего генератора FТ=2048 кГц ±10 Гц.

2.4 Коммутатор цифровых сигналов, принцип его работы

2.4.1 Принцип работы коммутатора Принцип коммутации цифровых каналов, примененный в коммутаторе, основан на принципе работы пространственно-временного коммутатора, перемещающего кодовые комбинации из одного цифрового тракта в другой и из одной временной позиции в другую. Необходимая задержка кодовой комбинации в течение интервала времени, не превышающего длительности периода дискретизации звуковых аналоговых сигналов, достигается выбором соответствующих временных соотношений между записью в информационную (буферную) память и считыванием комбинаций, поступающих по каждому каналу.

Структурная схема коммутатора приведена на рис. 2.4.1. Схема включает в себя следующие основные элементы:

каналы первичного доступа (КПД), собранные в группы по 4 канала;

периферийные процессоры (ПП), по одному на каждую группу каналов первичного доступа;

центральный процессор (ЦП);

схему доступа ЦП к периферийным процессорам;

собственно коммутационную матрицу;

процессор цифровой обработки сигналов (ЦОС).

Каналы первичного доступа обеспечивают сопряжение КЦК с линейными цифровыми трактами передачи ИКМ-30. Информационные сигналы, приходящие по входящим цифровым трактам в линейном коде HDB-3 или СМI, преобразуются в КПД в последовательные двоичные коды. После достижения состояния синхронизма с входящим потоком, из последовательных кодов, по мере их поступления, выделяются 8-разрядные кодовые комбинации, принимаемые в канальных интервалах (КИ) первичных потоков, из которых формируются два последовательных потока:

поток данных, содержащий выборки, принятые в звуковых каналах;

поток управления, содержащий информацию, принятую в каналах управления и сигнализации, а также данные о состояния канала первичного доступа.

Потоки управления поступают на периферийные процессоры, в которых производится предварительная обработка управляющей информации с 4 каналов первичного доступа, ее форматирование и передача через схему доступа к периферийным процессорам центральному процессору. Центральный процессор осуществляет полную обработку управляющей информации и по ее результатам заполняет таблицу текущих соединений между звуковыми каналами первичных потоков ИКМ-30 для управления коммутационной матрицей.

Потоки данных из каналов первичного доступа подаются непосредственно на входы коммутационной матрицы, в которой под управлением таблицы соединений производится временное и пространственное перемещение звуковых выборок между канальными интервалами входящих потоков. В результате на выходе коммутационной матрицы образуются исходящие потоки данных для передачи в каналы первичного доступа.

Параллельно центральный процессор вырабатывает и передает периферийным процессорам управляющую информацию, необходимую для формирования исходящих потоков ИКМ-30. В каналах первичного доступа производится объединение потоков данных и управления в последовательные двоичные потоки в формате ИКМ-30, их преобразование в импульсный код HDB-3 или CMI и выдача в линейные исходящие тракты ИКМ-30.

В случае работы с протоколами сигнализации, основывающимися на сигналах тональных частот, а также для реализации функций автоматического определения номера (АОН), в схему коммутатора включен процессор цифровой обработки сигналов (ЦОС). Процессор ЦОС подсоединен непосредственно к одному из полюсов коммутационной матрицы, что позволяет подать на обработку сигналы любого звукового канала из первичных потоков.

Для обмена и взаимодействия между функциональными блоками коммутатора используются два типа магистралей, выбор которых обусловлен подходом, использованным при разработке аппаратуры. Этот подход основан на применении гибких унифицированных технических решений для построения управляющего ядра коммутатора и специализированной элементной базы для построения узлов, выполняющих специфические функции сопряжения с линейными трактами первичных цифровых потоков и коммутации цифровых каналов.

Аппаратурная реализация схемы управления базируется на открытой архитектуре персональных компьютеров. В качестве центрального процессора использован промышленный одноплатный компьютер SSC-5×86HVGA, изготавливаемый фирмой ICР, с системной шиной ISA, к которой в качестве плат расширения подключены функциональные платы центрального коммутационного устройства. Тем самым с одной стороны обеспечивается возможность применения всего комплекса программного обеспечения, созданного для персональных компьютеров, что значительно сокращает сроки разработки и отладки рабочих программ, их модификации для различных условий включения коммутатора в сети связи. С другой стороны можно легко изменять конфигурацию аппаратуры и применять практически любую комбинацию оборудования.

К шине ISA подсоединены платы, функционирующие под непосредственным управлением рабочей программы, выполняемой центральным процессором. К ним относятся плата контроллера CON, на которой расположена часть схемы доступа к периферийным процессорам, плата коммутатора DX16 или DX32 с реализованными на ней таблицей соединений и матрицей коммутации, и плата процессора цифровой обработки сигналов DSP.

В шину ISA включается также, в случае необходимости, стандартная сетевая плата для объединения нескольких коммутаторов и компьютера технической эксплуатации в локальную сеть Ethernet.

Функциональная часть аппаратуры коммутатора, обеспечивающая преобразование и обработку связной информации, построена на специализированных микросхемах для телекоммутационных систем, выпускаемых корпорацией MITEL Semiconductor (Канада). Эти микросхемы сопрягаются между собой по последовательной синхронной магистрали с временным разделением ST-BUS, предназначенной для передачи временных потоков со скоростью 2048 кбит/с при конфигурации для 32 каналов по 64 кбит/с. На базе микросхем MITEL Semiconductor построены каналы первичного доступа, коммутационная матрица и схема доступа к периферийным процессорам. Магистраль ST-BUS обеспечивает синхронность их работы и взаимодействия между собой.

Конструктивно, каналы первичного доступа, сгруппированные по четыре канала с управляющим периферийным процессором, расположены в модулях 4хИКМ-30. Последовательные магистрали, по которым передаются потоки данных между модулями 4хИКМ-30 и коммутационной матрицей, позволяют существенно сократить обьем и плотность монтажа в КЦК.

Каждая из схем доступа к периферийным процессорам, обеспечивающая взаимодействие центрального и периферийного процессоров, представляет собой две оконечные микросхемы параллельного доступа к магистрали ST-BUS, одна из которых расположена на плате контроллера CON и сопрягается по параллельному порту с шиной ISA центрального процессора, а другая находится в модуле 4хИКМ-30 и подключена к параллельной шине периферийного процессора. Параллельные сопряжения работают в асинхронном режиме под управлением соответствующих шинных сигналов. Между собой оконечные схемы связаны последовательной синхронной магистралью ST-BUS.

Плата ЦОС также подключена к одному из потоков данных коммутационной матрицы при помощи схемы параллельного доступа к магистрали ST-BUS, асинхронный параллельный порт которой подсоединен к шине сигнального процессора, а последовательный порт к магистрали ST-BUS, связывающей плату с коммутационной матрицей.

2.4.2 Функциональный контроль и управление Функционирование коммутатора осуществляется под управлением рабочей программы, загружаемой с дискеты в память центрального процессора через дисковод накопителя на гибких магнитных дисках. Вместе с рабочей программой в память процессора загружается также программа задания конфигурации коммутатора, позволяющая адаптировать рабочую программу к конкретным условиям включения коммутатора в сеть связи. С помощью программы конфигурации устанавливаются характеристики коммутатора, модулей 4ИКМ-30 и коммутационного поля, образуемого коммутатором вместе с сопрягаемыми АТС.

После задания характеристик и запуска рабочей программы коммутатор функционирует автоматически и не требует вмешательства технического персонала.

В коммутаторе предусмотрена встроенная программно-аппаратная система функционального контроля, выполняющая непрерывное слежение за исправностью аппаратуры, состоянием первичных цифровых трактов на ближнем и удаленном концах и правильностью выполнения рабочей программы. Результаты контроля отображаются световыми индикаторами на лицевых панелях центрального коммутационного устройства и модулей 4хИКМ-30. На лицевой панели блока ЦКУ находится индикатор ПИТАНИЕ, показывающий, что напряжение питания блока ЦКУ соответствует норме. На лицевой панели каждого модуля 4хИКМ-30 находятся индикатор +5 В, отображающий режим питания модуля, светодиод КОНТР, свидетельствующий о правильном выполнении управляющей программы, и индикаторы СБОЙ ЛС, СБОЙ ЦС состояния каждого первичного потока. Первый из них загорается в случае пропадания входного линейного сигнала, а второй сигнализирует о потере цикловой синхронизации.