Коммутационный узел на местной сети связи. Узел коммутации пакетов

Глава 15

КОММУТАЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

§ 15.1. Назначение. Основные понятия

Коммутационные элементы предназначены для включе­ния, отключения и переключения электрических цепей. Под ком­мутацией обычно понимают выполнение этих трех операций. Раз­личают коммутационные элементы ручного и автоматического управления. Коммутационные элементы ручного управления сра­батывают при непосредственном механическом воздействии на их органы управления. Автоматические коммутационные элементы срабатывают под воздействием электромагнитных сил на их при­водные органы. Основной частью таких элементов обычно являет­ся электромагнит, входным сигналом для них служит электриче­ский ток или напряжение. Автоматические коммутационные эле­менты используются в системах автоматики и при дистанционном управлении различными механизмами и устройствами. Они рас­сматриваются в последующих главах данного раздела.

В этой главе рассмотрены коммутационные элементы с меха­ническим приводом. Используются они, как правило, для местного управления и для подачи сигналов о достижении каких-либо про­межуточных и конечных положений. По своему назначению комму­тационные элементы подразделяют на два вида: для коммутации силовых цепей (обмоток электродвигателей, мощных электромаг­нитов, трансформаторов, нагревателей и других потребителей) и для коммутации цепей управления (обмоток релейно-контактной аппаратуры, устройств контроля, регулирования и сигнализации). Такое разделение обусловлено различными значениями токов и на­пряжений в коммутируемых цепях, что, в свою очередь, влияет на конструктивное исполнение и габаритные размеры. Изучение ком­мутационных элементов для силовых цепей не входит в нашу зада­чу. Отметим только, что наибольшее распространение для этих целей получили рубильники и переключатели рубящего типа, обес­печивающие быстрое размыкание и имеющие специальные устрой­ства для гашения электрической дуги.

Все коммутационные элементы, используемые в цепях управле­ния, обязательно имеют следующие узлы: неподвижные контакты, подвижные контакты и орган управления. Кроме того, они могут иметь элементы фиксации, монтажа и настройки, дугогашения и т. п. Необходимые коммутационные элементы выбирают по до­пустимым значениям тока и напряжения. Но наиболее важной для практики характеристикой коммутационных элементов является их надежность, т. е. сохранение работоспособности при большом чис­ле срабатываний.

Коммутационные элементы различают по числу коммутируемых цепей (одноцепные и многоцепные) и по числу фиксированных положений, причем имеются коммутационные элементы с самовоз­вратом в исходное положение, т. е. без фиксации переключенного положения, что может быть необходимо для ряда схем управле­ния.

К коммутационным элементам с механическим приводом отно­сятся кнопки управления, микропереключатели, тумблеры, клавиш­ные, поворотные, рычажные и кулачковые переключатели, а так­же концевые и путевые выключатели.

§ 15.2. Кнопки управления и тумблеры

Кнопки управления - это аппараты, подвижные контак­ты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толка­тель кнопки. Комплект кнопок, смонтированных на общей панели, представляет собой кнопочную станцию. Используемые в схемах автоматики кнопки управления различают по числу и типу кон­тактов (от 1 до 4 замыкающих и размыкающих), форме толкателя (цилиндрический, прямоугольный и грибовидный), способу защиты от воздействия окружающей среды (открытые, закрытые, герме­тичные, взрывобезопасные и т. д.).

Независимо от конструкции и габаритных размеров кнопок (рис. 15.1, а, б) все они имеют неподвижные контакты / и под­вижные контакты 6, перемещаемые с помощью толкателя 3. Внеш­няя цепь подсоединяется к кнопке с помощью винтовых зажимов 7. Корпус 2 кнопки фиксируется на панели управления гайками 4 и 5.

Электрические параметры наиболее распространенных кнопок приведены в табл. 15.1. Кнопки управления общепромышленного применения серий КУ и КЕ имеют различные исполнения и формы толкателей.

Для коммутации цепей электроники выпускаются специальные кнопки (например, типа ВК14-21). Малогабаритные кнопки управ­ления выполняют на основе микровыключателя типа МП, который используют в качестве исполнительного контактного элемента в тумблерах типа MTI и МТН. Долговечность и надежность кнопок управления оценивают коммутационной износостойкостью, которую выражают в гарантированном числе циклов включений-отключений под нагрузкой. Этот параметр различен для разных кнопок и ус­ловий эксплуатации. Например, для кнопок типа ВК14-21 с медными контактами он составляет 0,25*10 6 циклов, с биметалличе­скими контактами - 2,5*10 8 , с серебряными контактами - 4*10 6 циклов. Механическая износостойкость всегда превышает коммутационную. В последнее время все большее распространение получили кнопки управления с прямоугольной формой толкателя - их называют клавишами.

На основе кнопок управления изготовляют кнопочные станции, содержащие до 12 кнопок различного исполнения, собранных на общей панели или в одном корпусе. Такие коммутационные устрой­ства называют кнопочными или клавишными переключателями (рис. 15.2).

Переключатель представляет собой наборную панель из кно­пок / (или клавиш), смонтированных на общем каркасе 2 и снаб­женных механизмом фиксации, который может быть независимым для каждой кнопки (клавиши) или взаимно сблокированным. Кнопки могут также иметь самовозврат в исходное положение или чередование включенного и отключенного фиксированных положе

ченных положений соответствующих кнопок (клавиш). При этом положение кнопок или клавиш (поднятое или утопленное) играет роль указателя. Для этой цели используют также световые сигнализаторы 3 (лампы или светодиоды), вмонтированные в корпус бло­ка переключателя (рис. 15.2). За­крытое исполнение и использование высококачественных материалов (биметаллов, сплавов серебра и т. п.) для контактов обеспечива­ют малые переходные сопротивле­ния, что весьма важно при установ­ке этих переключателей в низко­вольтных и слаботочных цепях ав­томатики и электроники.

Для более мощных цепей авто­матики применяют тумблеры, ис­пользуемые в качестве выключателей, а также двух- и трехпозиционных переключателей. На рис. 15.3 показано устройство двухпозиционного тумблера. Мостико-вый контакт, выполненный в виде токопроводящего ролика /, замыкает одну из двух пар неподвижных контактов 2. Переклю­чение контактов тумблера осуществляется воздействием на ры­чаг 3, а ускорение срабатывания (мгновенное действие) обеспе­чивается пружиной 4. Номинальный ток тумблера 1 и 2 А при напряжении 220 В, масса их не превышает 30 г.

§ 15.3. Пакетные переключатели

Для коммутации нескольких цепей при нескольки-х фик­сированных положениях для выбора различных режимов работы используются пакетные переключатели.* Такой переключатель (рис. 15.4, а) состоит из ряда слоев - пакетов 3 (показан отдель­но на рис. 15.4, б), внутри которых находятся подвижный 5 и не­подвижный 4 контакты. Подвижный контакт 5 закреплен на оси 2, вращающейся с помощью рукоятки / и имеющей ряд фиксирован­ных положений, в которых замыкаются неподвижные контакты одного из пакетов. Выводы 6 неподвижных контактов закреплены в корпусе переключателя. Недостаток таких пакетных переключа­телей - низкая надежность скользящих контактов.

Пакетные переключатели кулачкового типа, в которых электри­ческая цепь замыкается неподвижными контактами, более надеж­ны. Подвижными у них являются диэлектрические кулачки, кото­рые и замыкают контакты в зависимости от профиля кулачка и положения оси.

Конструкции пакетных переключателей, предназначенных для цепей управления, позволяют получить десятки и сотни вариантов разнообразных схем соединений при числе коммутируемых цепей до 24 (12 пакетов) и количестве фиксированных положений до 8 (через 45, 60 или 90°).

Имеются переключатели и без фиксации переключаемого поло­жения - с самовозвратом в исходное положение. Особенность этих переключателей - наличие запирающего (на ключ) устройства, что исключает бесконтроль­ное переключение.

Наиболее распростра­ненными переключателя­ми цепей управления яв­ляются аппараты серий ПКУ2 и ПКУЗ. Номи­нальный (длительно до­пустимый) ток переклю­чателей серии ПК.У2 - 6 А при напряжении 380 В переменного тока и 220 В постоянного то­ка, а для переключате­лей серии ПКУЗ - 10 А при 500 В переменного тока. Как видно по тех­ническим параметрам, такие переключатели пригодны и для непо­средственного включения и отключения довольно мощных потребителей электроэнергии, на­пример электродвигателей мощностью в несколько киловатт.

Меньшими габаритами обладают переключатели серий ПУ и ПЭ, имеющие поворотные механизмы привода на два или три по­ложения. Среди них имеется исполнение с выемным ключом-руко­яткой. Такими переключателями, как правило, блокируют подачу напряжения в схему управления, изменяют режимы и способы управления. При этом предусмотрена возможность запирания пе­реключателя как в отключенном, так и в других его положениях. Номинальный ток переключателей серий ПУ и ПЕ - 5 А при на­пряжении 220 В переменного тока и 1 А при ПО В постоянного тока.

Системы автоматического и программного управления требуют весьма сложных переключений, для которых необходимы много­позиционные и многоцепные переключатели (при числе цепей и положений порой в несколько десятков). Конструктивно такие коммутационные элементы выполнены в виде двух, четырех (и бо­лее) неподвижных секций, смонтированных на платах, и подвиж­ных контактов, закрепленных на общем валу и фиксируемых спе­циальным пружинно-шариковым фиксатором в заданных позициях.

На рис. 15.5 показаны наиболее распространенные ползунко-вые переключатели серии ПП однопаяельного исполнения на 35 це-

чивают надежную коммутацию при токе нагрузки до 1 А цепей пе­ременного (напряжением 380 В) и постоянного (напряжением 220 В) тока.

В радиоэлектронной аппаратуре используются аналогичные па­кетным переключатели - так называемые галетные. Они имеют от 2 до 11 положений при числе секций (галет) от 1 до 4. На рис. 15.6 показан переключатель серии ПГС на 10 положений.

В последнее время в автоматике все шире используются дости­жения микроэлектроники, например большие интегральные схемы. Для коммутации в цепях, содержащих подобные элементы, необ­ходимы переключатели, контакты которых обеспечивали бы на­дежное прохождение очень слабых токов (милли- или микроампе­ры) при пониженных значениях напряжений (до 5 В). Рассмот­ренные в данном параграфе переключатели, как правило, такими свойствами не обладают, так как их контакты имеют значительные (порой в несколько ом) переходные сопротивления. В этом случае предпочтительнее применение клавишных переключателей с биме­таллическими или серебряными контактами.

§ 15.4. Путевые и конечные выключатели

Путевые и "конечные выключатели представляют собой коммутационные элементы, кинематически связанные с рабочей машиной и срабатывающие в зависимости от перемещения по­движной части рабочей машины. Путевые выключатели срабаты­вают в определенных промежуточных точках на пути перемеще­ния, конечные выключатели срабатывают в крайних точках: в на­чале и конце пути. Особенно широко путевые и конечные выключатели используются в схемах автоматизированного элект­ропривода различных производственных механизмов. С их по­мощью происходят автоматическое управление приводом на отдель­ных участках пути и автоматическое отключение в крайних поло­жениях механизма.

В зависимости от устройства, осуществляющего замыкание или размыкание контактов, путевые и конечные выключатели можно подразделить на кнопочные (нажимные), рычажные, шпиндельные и вращающиеся. Переключение контактов в этих выключателях осуществляется следующим образом. В кнопочных - нажатием ра­бочего органа механизма на шток, с которым связаны контакты выключателя. В рычажных - воздействием рабочего органа меха­низма на рычаг, с которым связаны контакты. В шпиндельных - перемещением гайки по винту, связанному через передачи с валом механизма. Во вращающихся - переключающими кулачковыми шайбами, связанными с валом механизма.

В штоковых выключателях скорость переключения контактов определяется скоростью перемещения производственного механиз­ма. При малой скорости взаимное перемещение подвижных и не­подвижных контактов происходит медленно, что приводит к дли­тельному горению дуги, возникающей между размыкающимися контактами, и их быстрому разрушению из-за оплавления и усиленного окисления. Для нормальной работы такого выключателя скорость перемещения механизма должна быть не менее 0,5 м/мин. А для обеспечения мгновенного переключения контактов использу­ются специальные пружинные механизмы, освобождающиеся с по­мощью спусковых механизмов (собачек). Пружины также исполь­зуются для обеспечения необходимой силы контактного нажатия. На рис. 15.7 показано устройство простого конечного выключа­теля. Закрепляется он таким образом, чтобы упор на подвижной части производственного механизма находился напротив штока 4. При нажатии упора на шток 4 последний давит на пружину 3. При достижении определенной силы нажатии пружина 3 перебрасы­вается влево, размыкая контакт 2 и замыкая контакт 1. При этом ток пойдет по другой цепи управления. Внешние соединения вы­ключателя выполняются с помощью пайки к выводам: 5 -непо­движный контакт (общий);. 6 - размыкающийся контакт 2; 7 - замыкающийся контакт /. Плоская пружина 3 выполнена из трех частей. Средняя часть длиннее крайних, поэтому она всегда нахо­дится в изогнутом состоянии и стремится прижимать контакты в их крайних положениях (/ или 2). Переключатель способен ра­ботать в цепях с напряжением до 380 В при токе до 3 А. Пере­мещение штока составляет 0,5-0,7 мм, необходимое усилие для срабатывания не более 5-7 Н. Время срабатывания 0,01-0,02 с при частоте включений до двух раз в минуту.

На рис. 15.8 показан конечный выключатель типа ВК-111 с мо-стиковыми контактами. Переключение контактов производится на­жатием на шток 1, а возврат контактов в исходное положение осуществляется пружиной 2. Использование мостикового контакта 3 уменьшает вероятность возникновения дуги, поскольку цепь раз­рывается в двух точках. Такие выключатели могут работать при токе включения до 20 А и длительном токе 6 А. Износоустойчи­вость выключателей-10 6 срабатываний. Допустимая частота -

600 включений в час.

На рис. 15.9 показан выключатель с малым временем срабатывания (моментпо-го действия). Контакты подобных выклю­чателей переключаются с постоянной ско­ростью при определенном положении про­изводственного механизма независимо от скорости движения. Поэтому их применя­ют при малых скоростях (до 0,5 м/мии) или при необходимости повышенной точно­сти срабатывания (до 0,05 мм).

При нажатии упора па ролик 1 рычаг 2 поворачивается и давит на набор спи­ральных пружин 3, мгновенно действую­щих на поводок 4. Поводок поворачивает­ся, и ролик 10, сжимая пружину 11, дви­жется по планке 9, занимая положение правее от оси поворота планки 9. При этом собачка 6 отводится и контактный мостик под действием пружины 11 и ролика 10 переорасывастся в другое положение, размыкая контакт 7 и за­мыкая контакт 8. После отхода упора от ролика 1 поводок 4 и контактный мостик возвращаются в исходное положение под дей­ствием пружины 5.

В некоторых случаях используются многопозиционные трех- и пятиконктактные датчики, последовательно управляющие несколь­кими управляющими цепями. Конструкции таких датчиков сложнее, и они значительно дороже двухконтактных.

Рассмотренные путевые и конечные выключатели имеют сравни­тельно низкую надежность, связанную с повышенным износом кон­тактной пары. Более высокая надежность обеспечивается при использовании бесконтактных датчиков (например, индуктивного или фотоэлектрического типов), мгновенность срабатывания кото­рых обеспечивается с помощью электронных схем.

Коммутационный узел представляет собой устройство, предназначенное для приема, обработки и распределения поступающей информации. Для выполнения своих функций коммутационный узел должен иметь: коммутационное поле КП, 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.

К аппаратуре для приема и передачи управляющей информации относятся регистры Рег, или комплекты приема номера КПП, кодовые приемопередатчики и пересчетные устройства; линейные комплекты входящих и исходящих линий (каналов) ЛК, предназначенные для приема и передачи линейных сигналов (сигналов взаимодействия) по входящим и исходящим линиям или каналам для выделения каналов в системах передачи, а также для приема и передачи сигналов взаимодействия с управляющими устройствами узла; шнуровые комплекты ШК предназначены для питания микрофонов телефонных аппаратов, приема и посылки служебных сигналов в процессе установления соединения; устройства ввода и вывода линий (кросс). Кроме того, на узле имеются источники электропитания, устройства сигнализации и учета параметров нагрузки (количество сообщений, потерь, длительности занятия и др.).

В некоторых случаях коммутационный узел 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.

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков:

• по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, телеуправления, передачи данных и др.);
• по способу обслуживания соединений (ручные, полуавтоматические, автоматические);
• по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, узлы входящего и исходящего сообщения);
• по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);
• по типу коммутационного и управляющего оборудования (электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные, электронные);
• по системам применяемого коммутационного оборудования (декадно-шаговые, координатные, машинные, квазиэлектронные, электронные);
• по емкости, т. е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);
• по типу коммутации (оперативная, кроссовая, смешанная);
• по способу разделения каналов (пространственный, пространственно-временной, пространственно-частотный);
• по способу передачи информации от передатчика к приемнику (узлы коммутации каналов, обеспечивающие коммутацию каналов для непосредственной передачи информации в реальном масштабе времени от передатчика к приемнику после установления соединительного тракта: узлы коммутации сообщений и узлы коммутации пакетов, обеспечивающие прием и накопление информации на узлах с последующей ее передачей в следующий узел или в приемник).

Ступени искания Каждая абонентская линия на АТС включается в абонентский комплект (АК), содержащий два реле, которые принимают сигнал вызова станции и отмечают состояние АЛ. Для создания разговорного тракта связи двух абонентов АК вызывающего абонента (в дальнейшем будем называть его абонентом А) должен соединиться с АК вызываемого абонента (абонент Б) через один из имеющихся на станции приборов коллективного пользования, называемых шнуровыми комплектами (ШК). Шнуровой комплект содержит около десятка реле, обеспечивает подачу постоянного тока питания в АЛ разговаривающих абонентов, посылает в АЛ информационные (акустические) сигналы, принимает сигналы отбоя после окончания разговора и выполняет ряд других функций. В системах АТС большой емкости в разговорном тракте участвуют два ШК - исходящий шнуровой комплект (ИШК) взаимодействующий с абонентом А, и входящий (ВШК), контролирующий линию абонента Б. Общее число ИШК (или ВШК) на АТС значительно (примерно в 10-12 раз) меньше числа АК, которое равно емкости станции. Это объясняется тем, что в каждый данный момент времени потребность в телефонной связи возникает только у небольшой части абонентов АТС. Различие в числе АК и ШК приводит к необходимости включения между этими приборами коммутационной ступени предварительного искания (ПИ) или предыскания Ступень предыскания характеризуют следующие параметры

• емкость нагрузочной группы Nн.г, равная числу АК, включаемых в один коммутационный блок (статив) ступени предыскания; емкость абонентской группы Nа.г, равная суммарной емкости всех нагрузочных групп, обслуживаемых одной совокупностью (пучком) ШК или ИШК; число приборов (комплектов) VИШК в пучке ШК или ИШК, обслуживающем одну абонентскую группу;
• доступность D, равная числу ШК или ИШК, к которым может подключиться какой-либо вызывающий АК. Если D < VИШК, то пучок ИШК является неполнодоступным, при D=VИШК пучок полнодоступный. Как видно приборы ступени предыскания в различных системах АТС называются по-разному: искатели вызовов (ИВ) - в машинных АТС; предыскатели (ПИ) - в декадно-шаговых АТС; приборы абонентского искания (АИ) - в координатных АТС. При отсутствии свободных ИШК, доступных вызывающему АК, возникают потери вызовов. В декадно-шаговых АТС абонент А получает при этом акустический сигнал "Занято" и должен дать отбой. В машинных и координатных АТС потери выражаются в том, что абонент А*, не получая никакого сигнала, ожидает освобождения какого-либо ИШК (при длительном ожидании абонент может дать отбой).

После завершения работы коммутационных приборов на ступени предыскания и подключения ИШК к АК абонента А последний получает акустический сигнал "Ответ станции" и набирает одну за другой цифры номера абонента Б. На основе этой адресной информации, поступающей из АЛ абонента А, приборй АТС должны соединить ШК, занятый абонентом А, с АК абонента Б, создав тем самым разговорный тракт связи абонентов А и Б. На АТС малой емкости для решения этой задачи достаточно одной ступени линейного искания (ЛИ), в выходы которой включены все АК данной станции

Параметрами ступени ЛИ являются:

• емкость блока линейного искания МЛИ, равная числу АК, включаемых в выходы блока;
• число входов блока NЛИ равное числу включаемых в данный блок ВШК (или ШК).

а - непосредственное управление и прямое установление соединений; б - регистровое управление В координатных АТС ступени предварительного и линейного искания объединены в ступень абонентского искания АИ. В примере на к входам ступени ЛИ подключены все ШК. Под изображением ступени ЛИ в кружках указаны цифры абонентского номера, на основе которых совершалась работа коммутационных приборов ЛИ. Из рассмотренного выше видно, что в процессе установления соединения на АТС совершается искание двух видов: свободное, не требующее использования адресной информации, и вынужденное, для выполнения которого такая информация необходима. Ясно, что ступень предыскания работает в режиме свободного искания, а на ступени ЛИ совершается вынужденное искание. После подключения ШК (или ВШК) к АК абонента Б осуществляется проба вызываемой АЛ. Если эта АЛ занята, т.е. участвует в другом, ранее установленном разговорном соединении, то абоненту А посылается акустический сигнал "Занято" из ШК (ВШК). В некоторых системах такой сигнал посылается из АК абонента А после освобождения ШК и приборов АТС на ступенях искания. Если АЛ абонента Б свободна, то в эту АЛ посылается "Сигнал вызова" для работы звонка телефонного аппарата, а в АЛ абонента А посылается акустический сигнал "Контроль посылки вызова" (КПВ). После ответа абонента Б посылка сигналов прекращается, и образуется цепь передачи разговорных токов.

При поступлении из АЛ разговаривающих абонентов сигналов отбоя (длительное размыкание шлейфа АЛ) установленное разговорное соединение нарушается и участвовавшие в нем приборы АТС освобождаются. Параметры посылаемых в АЛ информационных сигналов Наряду со ступенями предварительного и линейного искания на городских АТС применяются ступени группового искания (ГИ). Это вызвано тем, что общее число АК станции намного больше, чем емкость коммутационного блока ЛИ (N>М ЛИ), и, следовательно, включить все АК в один блок ЛИ невозможно. Поэтому ступень ЛИ разбивают на абонентские группы (емкостью Мп]л каждая), и для выбора этих групп используют одну или несколько ступеней ГИ Ступень ГИ характеризуют следующие параметры:

• максимально возможное число направлений (абонентских групп) Н, которое может быть выбрано с помощью ступени ГИ;
• доступность Д равная числу выходов одного направления, к которым в процессе искания может быть подключен вход коммутационного блока ГИ;
• число входов Nвх одного блока ГИ.

Если на ступени ГИ использовать коммутационные блоки с H = 10, то одной ступени ГИ окажется недостаточно для выбора всех 30 блоков ЛИ. Поэтому в данном случае необходимы две ступени ГИ: одна ступень (IГИ) используется для выбора направления к одной из трех тысячных групп, а другая ступень (IIГИ) обеспечивает выбор сотенного блока ЛИ в пределах данной тысячной группы. В общем случае необходимое число ступеней ГИ s, общая емкость ГТС N и параметры H и МЛИ связаны соотношением Определим, например, число s ступеней ГИ для ГАТС, в предположении, что она является декадно-шаговой. Общая емкость сети N = NГАТС + Nпс + NАУПАТС = 4000 + 1000 + 500 = 5500; из табл. 1.2 определяем H=10, МЛИ = 100, поэтому условие принимает вид 10s-100>5500, т.е. 10s > 55, что выполняется при s = 2. На любой ступени ГИ всегда совершаются два,вида искания: вынужденное - для выбора требуемого направления и свободное - для выбора свободного выхода в данном направлении (т.е. выхода к следующей ступени искания). На рис. 6.3.2 указано" какие цифры набираемого абонентом номера используются в данном примере для вынужденного искания на ступенях IГИ и IIИ. Для упрощения шнуровые комплекты и ступень предыскажния. Рассмотренные выше принципы установления соединений относятся к АТС с непосредственным управлением, при котором адресная информация направляется непосредственно в управляющие комплекты (УК) коммутационных блоков ступеней искания. В отличие от этого на АТС с регистровым управлением адресная информация принимается и накапливается вначале в специальном приборе - регистре, откуда затем по мере необходимости передается быстродействующим способом в приборы управления на ступенях искания Для приема информации регистр должен подключаться к ШК. Во время разговора регистр не занимается, поэтому общее число регистров значительно (в 5-10 раз) меньше числа ШК. Различие в количестве ШК и регистров делает необходимой ступень регистрового искания (РИ). Ступень РИ всегда работает в режиме свободного искания, обеспечивая подключение любого свободного регистра к занявшемуся ШК.

Системы АТС различаются также по способу установления соединения на ступенях искания. На показана АТС с прямым установлением соединений, при котором УК коммутационного блока ЛИ являются индивидуальными, т.е. закреплены за отдельными входами блока. Такие УК фактически связаны с разговорными трактами и конструктивно совмещаются с ШК. В АТС с обходным установлением соединений коммутационные блоки обслуживаются коллективными УК, получившими в координатных АТС название маркеров. Маркер обслуживает поочередно все вызовы, поступающие на входы коммутационного блока, с разговорными трактами он не связан.

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков:

по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, передачи данных и др.);

по способу обслуживания соединений (ручные, автоматические);

по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные

станции, узлы входящего и исходящего сообщения);

по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные);

по типу коммутационного и управляющего оборудования (декадно-шаговые, координатные,

квазиэлектронные, электронные);

по емкости, т.е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости);

по типу коммутации (оперативная, кроссовая);

по способу разделения каналов (пространственный, пространственно-временной);

по способу коммутации (коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов).

3. Принципы пространственного и временного разделения каналов.

Пространственное разделение каналов характеризуется тем, что элементы коммутационной системы,

образующие соединительный тракт между абонентами, отделены в пространстве, не имеют общих точек и

в каждый момент времени могут быть использованы для установления лишь одного данного соединения. В

АТС с пространственным разделением каналов в качестве приборов коммутационной системы

применяются электромеханические искатели, а также электронные и электромеханические соединители.

информация передается в форме непрерывных сигналов.

При временном разделении каналов сигнал разговорного спектра передается его дискретными значениями,

по которым на приемном конце восстанавливается первоначальная форма сигнала. Чтобы обеспечить

передачу непрерывного разговорного (аналогового) сигнала в виде дискретных импульсов и при этом не

допустить значительных искажений, необходимо обеспечить определенную частоту следования этих

импульсов. Согласно теореме Котельннкова для удовлетворительного качества передачи частота

следования импульсов должна не менее чем в 2 раза превышать максимальную частоту передаваемого

сигнала. Для передачи сигналов разговорного спектра, если считать наивысшей разговорной частотой f =

3400 Гц, то частота следования импульсов должна быть не менее f =6800 Гц. Обычно используют частоту

следования импульсов 8 кГц. Период следования импульсов при этом составит

T =1/ f =106/8.103=125 мкс.

4. Принципы построения коммутационной системы и системы управления.

5. Понятие о телефонной нагрузке. Особенности и единицы измерение.

Интенсивность телефонной нагрузки измеряется в эрлангах (Эрл). Один Эрл соответствует 60 минутам

занятия в час. То есть, когда говорится, что нагрузка составляет 2 Эрл, это означает, что суммарное время

занятия некоторого устройства (или группы устройств) в час составляет 120 минут. Конечно, одна линия не

может быть занята более 60 минут в час. Поэтому для обслуживания нагрузки величиной более 1 Эрл

требуется группа из 2-х и более линий связи.

Поток телефонных вызовов является случайным процессом со случайным характером появления вызовов и

длительности соединения. Для одной абонентской линии (АЛ) УПАТС (учрежденческо-производственных

АТС) нормальной считается нагрузка 0.2 Эрл. То есть, в течение часа наибольшей нагрузки (ЧНН) в

среднем одна АЛ занята 12 минут. Для местной связи в условиях Санкт-Петербурга считается, что имеют

место 4 трехминутных разговора (два входящих и два исходящих).

Коммутация – процесс замыкания, размыкания и переключения электрических цепей.

Коммутационный узел (КУ) - составная часть сети электросвязи, на которой осуществляется коммутация. КУ между собой соединяется соединительными линиями СЛ (местными или междугородными).

Коммутационная станция (станция) - КУ, в который включаются абонентские линии. Абонент – лицо, пользующееся абонентским устройством для передачи и приема информации.

Канал (линия) – совокупность технических средств (линейных и станционных, обеспечивающих соединение и передачу информации между двумя смежными КУ, а также между абонентским устройством (ТА, телетайп, компьютер и т.д.) и станцией.

КУ – устройство, предназначенное для приема, обработки и распределения поступающей информации.

Для выполнения своих функций КУ должно иметь:

1. Коммутационное поле (КП), которое предназначено для коммутации входящих и исходящий линий (каналов) на t передачи информации.
2. Управляющее устройство (УУ), которое обеспечивает установление соединения между входящей и исходящей линией в КП, а также прием и передачу управляющей информации аппаратуре приема и передачи управляющей информации относят: регистры (комплекты ПН), КПП, пересчетчики.
3. Линейные комплекты ЛК (это АК и КСЛ), которые принимают и передают линейные сигналы (сигналы взаимодействия)
4. Шнуровые комплекты (ШК) предназначены для питания микрофонов ТА и выдачи служебных сигналов
5. Кросс – устройство ввода и вывода линий.
6. Источники электропитания.
7. Устройства сигнализации УС
8. Устройства учета параметров нагрузки (количество сообщений, потерь, длительность занятия и т. д.)

КУ сетей связи классифицируется по ряду признаков:

1. По виду передаваемой информации: телефонные, телеграфные, вещания, телеуправления, передача данных и т д.
2. По способу обслуживания соединений: ручные, п/автомат, автоматические.
3. По месту, занимаемому в сети электросвязи: районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, УВС, УИС.
4. По типу сети связи: междугородные, городские, сельские, учережденческие.
5. По типу коммутационного и управляющего оборудования: электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные, электронные.
6. По системам применяемого коммутационного оборудования: ДШ, координатные, машинные, квазиэлектронные, электронные.
7. По емкости, т. е. по числу входящих и исходящих линий, включаемых абонентов: малой, средней, большой емкости.
8. По типу коммутации: оперативная, кроссовая, смешанная.
9. По способу разделения каналов: пространственный, пространственно-временной, проственно-частотный.
10. По способу передачи информации от передатчика к приемнику: узлы коммутации каналов, узлы коммутации сообщений, узлы коммутации пакетов.

Расшифровки полученных сведений не будет, т. к. именно это является задачей и объектом нашего изучения в дальнейшем.

4.2. Построение однозвенных коммутационных блоков

Однозвенным включением называется такое, при котором вход и выход КС (коммутационной системы) соединяется через одну точку коммутации.

КБ – совокупность коммутационных приборов, имеющих все или часть общих выходов и объединенных общими параметрами (это понятие практически не используется в ДШ АТС)

Источники нагрузки – линии, по которым на вход коммутационной системы поступает тф нагрузка.

Пучок линий – совокупность линий, подключенных к выходу КС и доступных определенной группе источников нагрузки.

Нагрузочная группа – совокупность источников нагрузки, имеющих доступ к определенному пучку линий, например, включенных в заданном направлении ступени искания (на все входы данного КБ).

Ступень искания – часть КП данного КУ, состоящая из соединенных между собой однотипных КБ. КБ обладает теми или иными структурными параметрами. Их можно получить, объединив определенным образом входы и выходы коммутационных приборов.

КБ характеризуется следующими структурными параметрами: числом входов и выходов, числом ПЛ, Д-доступносью входов по отношению к выходам, числом звеньев (точек коммутации), общим числом точек коммутации для построения блока, проводностью линий, коммутируемых в блоке, числом одновременных соединений в блоке.

При построении КБ можно выполнять следующие операции: объединение входов, объединение выходов, последовательное соединение коммутационных приборов (организация многозвенных схем). Операции можно объединять.

В КС включение выходов по отношению ко входам может быть полнодоступно или НПД.

ПД включение - это когда любой вход КС может быть соединен с любым свободным выходом

НПД включение – это когда вход можно соединить только с частью определенных выходов блока.

Д доступность – число выходов КС, с которыми вход КС может получить соединение (число выходов КС в данном направлении – для ступени ГИ)

Направление – это пучок линий, по любой из которой можно придти в требуемую точку коммутации.

Объединение входов :

Коммутационные параметры n x m
n - вход
m – выход

КБ могут быть построены на основе любых коммутационных приборов ШИ, ДШИ, МКС, МСФ и др.

Получился КБ с параметрами 1х2m, каждый вход имеет доступ к 2m выходам, следовательно Д=2m

Условные обозначения МКС на схеме:

Параметры n х 2m

Увеличение числа выходов и Д путем объединения входов требует увеличения объема оборудования, т.е. увеличения числа коммутационных приборов.

Объединение выходов

к m
Д = m

Входы всех коммутационных приборов имеют доступ к одной и той же группе выходов. Максимальное число одновременных соединений в таком КБ определяется числом m, если к > m , или числом входов к, если к < m .

КБ кроме функции коммутации линий могут осуществлять другие функции, например:

То, что было рассмотрено выше – практически это коммутаторы.

Коммутатор - это простейший однозвенный полнодоступный КБ, в который любой вход имеет доступ к любому выходу.

Недостаток однозвенных КБ заключается в том, что для создания КС с параметрами n х m потребуется n × m коммутационных приборов – очень много: например 100х100, МКС типа 10х10 – нужно 100 таких МКС (немыслимо)

4.3. Однозвенные ступени искания

Ступень искания – часть КП для всей совокупности входов которой имеется доступ к одним и тем же направлениям, объединяющим выходы.

КП строится из отдельных КБ, которые затем объединяются в ступени искания.

Различают несколько разновидностей ступени искания: ступени предварительного, группового, линейного и регистрового искания. В соответствии с этим СИ могут работать в режиме свободного, группового и линейного (вынужденного) искания.

4.3.1. Режимы искания

1. Режим свободного искания – когда нет приема адресной информации (информация набора номера) и входящей линии предоставляется любой свободный канал (выход) из числа доступных.

   При этом число направлений Н = 1, а Д = М

   В таком режиме работают ступени ПИ и РИ.

2. Режим вынужденного искания (линейное искание)- когда искание совершается под воздействием принимаемой адресной информации и входящему каналу представляется определенный исходящий канал, следовательно Н = М, а Д = 1

   В таком режиме работает ступень ЛИ.

3. Режим группового искания – когда поиск определенного направления совершается под воздействием адресной информации, т. е. в режиме вынужденного искания, а выход в заданном направлении – в режиме свободного искания. Т. о. входящему каналу предоставляется любой свободный исходящий канал в определенном направлении, следовательно

   1 < Н < М, а Д > 1

   В таком режиме работает ступень ГИ.

4. В некоторых системах существуют комбинированные ступени искания. Например, в АТСК ступень АИ объединяет ступени ПИ и ЛИ, но одновременно может устанавливаться только одно соединение, поэтому для данного соединения выполняется режим либо свободного, либо линейного искания.

4.3.2. Ступень ЛИ

Однозвенную ступень ЛИ можно построить с помощью ДШИ-100, Максимальная емкость станции, построенной таким образом может быть равна 100 (не более)

В этом случае каждая АЛ имеет свой индивидуальный ДШИ. АЛ подключается к щеткам своего искателя и еще заводится на соответствующие контакты всех 100 искателей данной АТС. Одноименные памели в одноименных декадах. запараллеливаются и подключается к соответствующим АЛ. АК служит для приема сигнала вызова от абонента и согласуют 2-х проводные абонентские линии с многопроводными линиями станционных приборов. Для установления соединения абонент должен набрать 2-значный номер. По первой цифре щетки поднимаются на требуемую декаду (выбор десятка), а по второй в данной декаде выберут нужную памель (выбор единицы). Следовательно, и подъем, и вращение щеток будут вынужденными, а режим искания на ступени ЛИ называется линейным. Такой способ построения неэкономичный, т. к. требуется большое число дорогих искателей (для каждого абонента).

4.3.3. Ступень ПИ

В процессе эксплуатации установлено, что одновременно может потребоваться 10-15% соединений от общего числа абонентов на АТС (на АТС на 100 абонентов максимальное число одновременных соединений – 50, но реально еще меньше – 10-15). Поэтому достаточно иметь 10 - 15 ДШИ на ступени ЛИ, но пользоваться ими должны иметь возможность все 100 абонентов.

Тогда за каждым абонентом можно закрепить индивидуальный ШИ, который называется предискателем, а в контактное поле его включить выходы к ЛИ.

Это режим прямого предыскания (бывает еще обратное предыскание) и линейные искатели становятся групповыми приборами. Их число зависит от нагрузки.

а) Процесс установления соединения при прямом предыскании проходит так: при снятии абонентом трубки ТА (вызов станции) приходят в движение щетки ПИ, отыскивающие в своем поле выход к свободному в данный момент ЛИ (режим свободного искания). После занятия ЛИ из станции абонент получает “ответ станции” и начинает набирать 2-значный номер. По первой цифре вынужденный подъем щеток, по второй – вынужденное вращение и затем выход на ТА вызываемого абонента.

Упрощенная схема

Т. о. ступень ПИ позволяет создать более экономичную схему АТС, т.к. по стоимости 100 ШИ + 10-15 ДШИ дешевле, чем 100 ДШИ.

Через ступень ПИ происходит подключение АЛ к станционным приборам (ЛИ).

б) При обратном предыскании образуется шнуровая пара – ИВ – ИЛ, число которых = 10-15 на сотенную группу.

ИВ – искатель вызова

АЛ многократно включается в поле всех ИВ и ЛИ. При снятии абонентом трубки сигнал “занятия” поступает на АК и отмечается соответствующим потенциалом в поле ИВ. Пусковое устройство ПУ приводит в действие свободный ИВ, который отыскивает в своем поле линию вызывающего абонента, а из “жестко” связанного с ним ЛИ абонент получает “ответ станции” и начинает набирать 2-значный номер. В режиме вынужденного искания щетки ЛИ находят выход к ТА вызываемого абонента.

ИВ работает в режиме свободного искания, который называется предысканием (предварительное искание)

Максимальная емкость АТС со ступенями ПИ и ЛИ может быть =100 номеров, что обусловлено емкостью поля ЛИ.

4.3.4. Ступень ГИ

Поскольку увеличение емкости АТС за счет увеличения контактного поля искателя невозможно, вводится принцип группового искания, который реализуется с введением ступени ГИ.

Одна ступень ГИ увеличивает емкость АТС в 10 раз (на порядок), т. к. на ступени имеем 10 направлений (10 декад), в каждую из которой подключается 10 линий к 100-ой по емкости группе ЛИ, отсюда 100х10=1000 номеров.

Если 2 ступени ГИ, то емкость = 100х10х10=10000номеров

Режим искания на ступени ГИ – групповой, т.е. подъем щеток – вынужденный, вращение – свободное.

Для реализации ГИ используется 1 цифра абонентского номера.

Пример: Какова емкость АТС с 2 ступенями ГИ?
100х10х10=10000номеров

Какова значность набираемого абонентом номера?
2(ЛИ) + 1(IГИ) + 1(IIГИ) = 4

В качестве коммутационных приборов на ступени ГИ ДШ АТС применяется ДШИ.

Итак, однозвенные ступени искания используются на АТС типа ДШ (в основном), т.к. РИ на АТСК тоже.

Основные понятия и определения

Принципы построения систем коммутации

Под коммутацией понимается замыкание, размыкание и переключение электрических цепей. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах. На сетях электросвязи посредством коммутации абонентские устройства соединяются между собой для передачи (приема) информации. Абонентские устройства в некоторых случаях называют оконечными устройствами сети. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи.

Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями (АЛ). КУ, находящиеся на территории одного города (населенного пункта), соединяются соединительными линиями (СЛ). Если коммутационные узлы находятся в разных городах, то линии связи, соединяющие их, называются междугородными или внутризоновыми .

Коммутационный узел, в который включаются абонентские линии, называется коммутационной станцией или просто станцией . В некоторых случаях абонентские линии включаются в подстанции (ПС). Лицо, пользующееся абонентским устройством для передачи и приема информации, называется абонентом . Для передачи информации от одного абонентского устройства сети к другому требуется установить соединение между этими устройствами через соответствующие узлы и линии связи. Для осуществления соединения на коммутационных узлах устанавливается коммутационная аппаратура .

Совокупность линейных и станционных средств, предназначенных для соединения оконечных абонентских устройств, называется соединительным трактом . Число коммутационных узлов между соединяемыми абонентскими устройствами зависит от структуры сети и направления соединения.

Для осуществления требуемого соединения коммутационный узел и абонентское устройство обмениваются управляющими сигналами .

На КУ соединение может устанавливаться на время, необходимое для передачи одного сообщения (например, одного телефонного разговора), или на длительное время, превышающее время передачи одного сообщения. Коммутация первого вида называется оперативной , а второго - кроссовой (долговременной) .

Коммутационный узел представляет собой устройство, предназначенное для приема, обработки и распределения поступающей информации.

Для выполнения своих функций коммутационный узел должен иметь (Рис. 7.1):

· коммутационное поле (КП), 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. 7.1. Основные составляющие коммутационного узла

К аппаратуре для приема и передачи управляющей информации относятся (Рис. 7.2):

· регистры (Рег), или комплекты приема номера (КПН), кодовые приемопередатчики и пересчетные устройства;

• линейные комплекты (ЛК) входящих и исходящих линий (каналов), предназначенные для приема и передачи линейных сигналов (сигналов взаимодействия) по входящим и исходящим линиям или каналам для выделения каналов в системах передачи, а также для приема и передачи сигналов взаимодействия с управляющими устройствами узла;
• шнуровые комплекты (ШК) предназначены для питания микрофонов телефонных аппаратов, приема и посылки служебных сигналов в процессе установления соединения;
• устройства ввода и вывода линий (кросс).

Рис. 7.2. Структура коммутационного узла

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

В некоторых случаях коммутационный узел 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 .

Коммутационные узлы сетей связи классифицируются по ряду признаков: по виду передаваемой информации (телефонные, телеграфные, вещания, телеуправления, передачи данных и др.); по способу обслуживания соединений (ручные, полуавтоматические, автоматические); по месту, занимаемому в сети электросвязи (районные, центральные, узловые, оконечные, транзитные станции, узлы входящего и исходящего сообщения); по типу сети связи (городские, сельские, учрежденческие, междугородные); по типу коммутационного и управляющего оборудования (электромеханические, механоэлектронные, квазиэлектронные, электронные); по системам применяемого коммутационного оборудования (декадно-шаговые, координатные, машинные, квазиэлектронные, электронные); по емкости, т.е. по числу входящих и исходящих линий или каналов (малой, средней, большой емкости); по типу коммутации (оперативная, кроссовая, смешанная); по способу разделения каналов (пространственный, пространственно-временной, пространственно-частотный); по способу передачи информации от передатчика к приемнику (узлы коммутации каналов , обеспечивающие коммутацию каналов для непосредственной передачи информации в реальном масштабе времени от передатчика к приемнику после установления соединительного тракта; узлы коммутации сообщений и узлы коммутации пакетов , обеспечивающие прием и накопление информации на узлах с последующей ее передачей в следующий узел или в приемник).