Средства электрической связи обеспечивают тесное взаимодействие отрас-

экономики, а также общение людей в области культуры и быта. При этом рас

стояния не влияют на активность взаимодействия. Особое место в комплексе

средств электрической связи занимает телефонная связь как самый оператив-

ный и самый массовый вид связи. В нашей стране телефонная связь объедине

на в единый комплекс – Общегосударственную автоматически коммутируе-

мую телефонную сеть (ОАКТС), которая является составной частью Единой

автоматизированной сети связи страны (ЕАСС).

Основой ЕАСС служит первичная сеть, представляющая собой совокуп-

ность сетевых узлов, сетевых станций и линий передачи, образующая сеть ти

повых каналов передачи и типовых групповых трактов в ЕАСС. На базе пер-

вичной сети ЕАСС оганизуются вторичные сети связи. Они представляют со-

бой совокупность коммутационных станций, узлов коммутации, оконечных

абонентских аппаратов и каналов вторичной сети, организованных на базе ка

налов передачи первичной сети ЕАСС.

Вторичная сеть характеризуется видом передаваемых сообщений, спосо-

бом установления соединения, типом каналов, скоростью установления соеди

нения и надёжностью. Одной из вторичных сетей ЕАСС является ОАКТС. Она предназначена для передачи телефонных разговоров а при замене теле-

фонных аппаратов специальными оконечными устройствами – для передачи

дискретной информации, а также факсимильных сообщений.

Общегосударственная автоматически коммутируемая телефонная сеть сос-

тоит из местных сетей (ГТС и СТС), зоновых сетей ЗТС, и междугородной те

лефонной сети.

Зоновая сеть состоит из местных телефонных сетей, расположенных на тер

ритории зоны и внутризоновой телефонной сети. Последняя представляет со-

бой совокупность расположенных на территории зоны автоматических меж-

дугородных телефонных станций (АМТС), зоновых телефонных узлов, а так-

же соединительных и заказно-соединительных линий, связывающих их меж-

ду собой и местными сетями. В соотвествии с принятой для ОАКТС систе-

мой нумерации каждая зоновая сеть имеет присвоенный ей трёхзначный код АВС. Зоновый номер линии абонента состоит из семи знаков: двузначного ко

да стотысячной группы ab и пятизначного номера в линии абонента в стоты-

сячной группе abxxxxx. Междугородный номер линии абонента состоит из де

сяти знаков: трёхзначного кода зоны и семизначного зонового номера

1. СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗИ НА СТС

Под связью в сельской местности понимается система электросвязи орга-

низуемая в пределах сельского административного района. Она подразделя-

ется на: связь общего пользования, внутрипроизводственную связь сельско-

хозяйственных предприятий, учрежденческо-производственную связь мини-

стерств и ведомств, промышленных и строительных предприятий.

В соответствии с этим в каждом сельском административном районе стро-

сеть телефонной связи общего пользования (СТС), предназначенная для осуществления телефонной связи между любыми абонентами этой сети в пре

делах сельского административного района, а также для выхода абонентов на

зоновую и междугородную телефонные сети;

сети внутрипроизводственной телефонной связи (ВПТС), предназначенные

для осуществления телефонной связи в пределах отдельных сельскохозяйст-

венных предприятий и выхода части абонентов ВПТС на телефонную сеть об

щего пользования;

сети диспечерской телефонной связи (ДТС), предназначенные для осуще-

ствления оперативно-командной телефонной связи в пределах отдельных сельскохозяйственных предприятий;

сети учрежденческо-производственной телефонной связи (УПТС), предна

значенные для осуществления административно-хозяйственной и производ-

ственно-технологической телефонной связи абонентов промышленных и строительных предприятий и для выхода части абонентов УПТС на сеть об-

щего пользования.

Для обеспечения телефонной связью учреждений и предприятий не имею-

щих УПТС, используется свободная ёмкость существующих сельских стан-

ций либо производится их расширение. Если в сельском населённом пункте

имеется УПТС но нет сельской телефонной станции, то абоненты включают-

ся в УПТС. Строительство УПТС допускается только для крупных предпри-

ятий и отдельных ведомств: железных дорог, пароходств, газо- и нефтепрово

В состав СТС не входят расположенные на территории сельского админи-

стративного района телефонные сети выделенных городов областного (крае-

вого) подчинения. Сельские телефонные сети имеют ряд особенностей во многом определяющихпринцип построения этих сетей. Как правило, СТС

охватывают значительную территорию с меньшей, чем в городах телефон-

ной плотностью и неравномерным распределением абонентов по территории.

Это приводит к необходимости использования на сельских сетях телефонных

станций малой ёмкости и к строительству межстанционных линий большой

длины при малом числе линий в пучках. Абонентские линии на СТС имеют

значительно большую протяжённость, чем на ГТС. Эти особенности обуслав-

ливают более высокие, чем на ГТС, капитальные затраты и эксплуатацион-

ные расходы по линейным сооружениям на один номер станционной ёмкос-

Для повышения использования соединительных линий необходимо:

строить сельские телефонные сети радиальным и радиально-узловым спо-

собами с целью укрупнения пучков межстанционных соединительных линий;

использовать линии двустороннего действия и малоканальные системы пе-

увеличить нормы допустимых потерь сообщения по сравнению с нормами

потерь на ГТС;

использовать одни и те же линии для установления как местных так и меж-

дугородных соединений.

Перечисленные выше особенности сельской телефонной связи определили

принципы построения СТС. Из-за большой территории, охватываемой одной

сельской телефонной сетью, непосредственное включение всех абонентских линий в одну или несколько станций расположенных в райцентре экономиче

ски не оправдано. Поэтому на СТС применяют районирование и узлообразо-

вание с различной степенью децентрализации станционного обрудования.

На СТС различают станции следующих видов: центральные (ЦС), узловые

(УС), и оконечные (ОС). Центральная станция, расположенная в райцентре,

является основным коммутационным узлом СТС и одновременно выполняет

функции телефонной станции райцентра. В узловые станции, расположенные в любом населённом пункте сельского района, включаются соединительные

линии от оконечных станций, отнесённых к одному узловому району. Оконеч

ные станции расположены в любом из населённых пунктов сельского района.

Соединительные линии от ОС в зависимости от способа построения сети

включаются в ЦС или УС. При радиальном способе построения сети все ОС

включаются непосредственно в ЦС. При этом обеспечивается минимальное

затухание телефонного тракта между абонентами разных станций, упрощает-

ся станционное обрудование и ускоряется процесс установления соединения.

При радиально-узловом принципе построения СТС оконечные станции под-

ключаются к ближайшим УС. Этот способ позволяет укрупнить пучки соеди-

нительных линий с цельюлучшего их использования и применяется при усло-

вии технико-экономической целесообразности узлообразования. На реальных

сетях рассмотренные способы обычно комбинируются в зависимости от кон-

кретных условий: размещения станций на территории района, его площади, ёмкости станций.

В данной курсовой работе задан радиально-узловой способ построения се-

ти. Схема организации связи приведена на рисунке 1.

2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ НУМЕРАЦИИ НА СЕТИ

На сельских телефонных сетях могут применятся открытая и закрытая сис-

темы нумерации.

При открытой системе нумерации с индексом выхода внутристанционный

номер зависит от ёмкости АТС и может содержать от двух до пяти знаков. Для выхода на сеть района выхода на сеть района абонент вначале набирает

индекс выхода, а затем – пятизначный номер линии вызываемого абонента.

Индекс выхода не входит в значность номера, а набирается сверх абонентско

го номера. При связи от абонентов ЦС и при внешней связи от абонентов АТСК-100/2000 независимо от назначения станции индекс выхода не набира-

ется. Практически на сетях оборудованных станциями АТСК-100/2000 и АТС

на которых использованы трёхзначные абонентские регистры. Индексом вы-

хода на сеть района принята цифра «9». Вызов спецслужб района осуществля

ется набором этого индекса, а затем номера спецслужбы 01-09; вызов АМТС

набором индекса «9», а затем индекса выхода на АМТС.

При открытой системе нумерации без индекса выхода на сеть района внут-

ристанционная связь на всех станциях СТС, за исключением ЦС, осуществля

ется набором сокращённых трёхзначных номеров. Внутристанционная связь

абонентов ЦС и межстанционная связь всех АТС сети осуществляется набо-

ром пятизначных номеров без набора индекса выхода на сеть района. Для вы

зова спецслужб райцентра абоненты всех станций сети набирают сокращен-

ные номера спецслужб 01-09, а для выхода на АМТС – индекс «8».

Закрытую систему нумерации можно применять на телефонных сетях, обо

рудованных сельскими АТС с пятизначными абонентскими регистрами. Таки

ми станциями являются АТСК-100/2000, АТСК-100/2000У и АТСК-50/200М.

Станция АТСК-50/200 поступает на эксплуатацию с трёхзначными абонент-

скими регистрами. Но на стативах абонентского оборудования станции име-

Узел коммутации пакетов – это ретрансляционная система, распределяющая блоки данных в соответствии с их адресацией.

Узел коммутации пакетов имеет достаточно сложную структуру:

Протоколы на физическом уровне, канальном уровне и сетевом уровне могут быть как одинаковыми, так и различными. Вместе с основной частью узел содержит и управляющую часть, которая обеспечивает управление узлом и взаимодействует с административной системой.

Сетевые процессы обеспечивают коммутацию и маршрутизацию пакетов по адресам их назначения. Все каналы, подходящие к узлу, используются коллективным образом.

Узел смешанной коммутации

Узел смешанной коммутации – это ретрансляционная система, обеспечивающая как коммутацию каналов, так и коммутацию пакетов. Узел смешанной коммутации имеет комплексную структуру:

Сетевые процессы осуществляют коммутацию пакетов. Коммутация каналов осуществляется физическими процессами.

Узел интегральной коммутации

Узел интегральной коммутации - ретрансляционная система, осуществляющая быструю передачу пакетов. Узел интегральной коммутации в отличие от узла коммутации пакетов передает по нужному маршруту кадры либо ячейки без просмотра их содержимого. Осуществляется сквозная коммутация. Операция ретрансляции выполняется только при помощи аппаратуры без использования программного обеспечения. Благодаря этому узел интегральной коммутации обеспечивает скоростную коммутацию данных. Узлы строятся на основе баньяновых сетей либо матричных коммутаторов.

Коммутатор

Наиболее простую структуру имеет коммутатор. Это связано с тем, что он соединяет друг с другом только каналы передачи данных, образуя необходимую физическую базу тракта передачи информации между абонентскими системами. В том случае, когда к коммутатору подходит более двух каналов, он выполняет функции, связанные с коммутацией информации. Коммутация осуществляется прозрачным образом, т.е. без какой-либо обработки этой информации. Во всех случаях (при любом числе соединяемых каналов) коммутатор обеспечивает усиление передаваемых сигналов и корректирует крутизну их фронтов. Коммутатор не имеет буферов. Поэтому он прозрачен для информации. Более того, коммутатор требует, чтобы скорости передачи данных по соединяемым каналам были одинаковы. Физические процессы выполняемые коммутатором реализуются аппаратно.

Ретрансляционные системы, преобразующие протоколы Шлюз

Наиболее сложной из систем преобразующих протоколы является шлюз. Он обеспечивает взаимодействие двух или более информационных сетей с различными «штабелями» протоколов семи уровней. Следует отметить, что шлюзы чаще всего используются в тех случаях, когда нужно объединить информационные сети, созданные по различным фирменным стандартам. Когда же проектируется группа сетей в соответствии со стандартами ISO, целесообразен другой подход. В этом случае в соединяемых сетях протоколы уровней 4-7 делаются одинаковыми. Это позволяет для соединения сетей использовать не шлюзы, а более простые ретрансляционные системы - маршрутизаторы, мосты.

Маршрутизатор

Задачей маршрутизатора является обеспечение взаимодействия коммуникационных подсетей. Последние характеризуются лишь тремя уровнями протоколов. Маршрутизатор “не знает” протоколов уровней 4-7 и является прозрачным для них. В его задачу входит преобразование протоколов трех нижних уровней. Иногда в информационных сетях маршрутизаторы связывают части коммуникационной подсети, в которых используются одинаковые протоколы уровней 1-3. В этих случаях в маршрутизаторах, именуемых узлами коммутации пакетов, преобразование протоколов не выполняется. Здесь сетевые процессы осуществляют лишь коммутацию и маршрутизацию информации. В соединяемых узлами подсетях должна быть осуществлена общая адресация абонентских систем.

Мосты предназначены для соединения частей сетей, различных типов каналов передачи данных, например циклического кольца с моноканалом. Любой канал определяется протоколами уровней 1-2, поэтому логическая структура моста имеет двухуровневую структуру. Канальные процессы здесь преобразуют протоколы обоих уровней. При использовании мостов в соединяемых подсетях должны быть согласованы структура адресов и размер кадров.

Более сложные интеллектуальные мосты наряду с указанными задачами выполняют также роль фильтров, не пропуускающих сквозь себя пакеты, не адресованные другой части сети.

В каждом интеллектуальном мосте содержится небольшая база данных, в которую записываются адреса систем обоих подсетей. Контрольная сумма, предназначенная для проверки кадра, используется не только на входе моста, но и на его выходе. Это позволяет предотвращать появление ошибок внутри моста. Благодаря простоте выполняемых функций мосты имеют относительно несложную структуру и работают с высокой скоростью. Форматы данных и размеры этих блоков мост не изменяет.

Мосты не имеют механизмов управления потоками. Поэтому, если входной поток кадров больше выходного, то буферы переполняются и кадры выбрасываются. Нередко кадры, которые в течение заданного времени не могли быть переданы, также ликвидируются.

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.

Рассмотрим в данной статье основные методы коммутации в сетях.

В традиционных телефонных сетях, связь абонентов между собой выполняется с помощью коммутации каналов связи. В начале коммутация телефонных каналов связи выполнялась вручную, далее коммутацию выполняли автоматические телефонные станции (АТС).

Аналогичный принцип используется и в вычислительных сетях. В качестве абонентов выступают территориально удаленные вычислительные машины в компьютерной сети. Физически не представляется возможным предоставить каждому компьютеру свою собственную некоммутируемую линию связи, которой они пользовались бы в течении всего времени. Поэтому практически во всех компьютерных сетях всегда используется какой-либо способ коммутации абонентов (рабочих станций), выполняющий возможность доступа к существующим каналам связи для нескольких абонентов, для обеспечения одновременно нескольких сеансов связи.

Коммутация - это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.

Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).

Рассмотрим три основные наиболее распространенные способы коммутации абонентов в сетях:

• коммутация каналов (circuit switching);
• коммутация пакетов (packet switching);
• коммутация сообщений (message switching).

Коммутация каналов

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети. В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.

Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.

Достоинства коммутации каналов:

• постоянная и известная скорость передачи данных;
• правильная последовательность прихода данных;
• низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть.

Недостатки коммутации каналов:

• возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения;
• нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей;
• обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.

Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.

При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.

Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.

Коммутация пакетов - это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet). Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Достоинства коммутации пакетов:

• более устойчива к сбоям;
• высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;
• возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи.

Недостатки коммутации пакетов:

• неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети;
• переменная величина задержки пакетов данных;
• возможны потери данных из-за переполнения буферов;
• возможны нарушения последовательности прихода пакетов.

В компьютерных сетях применяется коммутация пакетов.

Cпособы передачи пакетов в сетях:

• Дейтаграммный способ – передача осуществляется как совокупность независимых пакетов. Каждый пакет двигается по сети по своему маршруту и пользователю пакеты поступают в произвольном порядке.
• Достоинства: простота процесса передачи.
• Недостатки: низкая надежность засчет возможности потери пакетов и необходимость программного обеспечения для сборки пакетов и восстановления сообщений.
• Логический канал - это передача последовательности связанных в цепочки пакетов, сопровождающихся установкой предварительного соединения и подтверждением приема каждого пакета. Если i-ый пакет не принят, то все последующие пакеты не будут приняты.
• Виртуальный канал – это логический канал с передачей по фиксированному маршруту последовательности связанных в цепочки пакетов.
• Достоинства: сохраняется естественная последовательность данных; устойчивые пути следования трафика; возможно резервирование ресурсов.
• Недостатки: сложность аппаратной части.

В данной статье мы рассмотрели основные методы коммутации в вычислительных сетях, с описание каждого метода коммутации с указанием достоинст и недостатков.

Глава 7. Принципы построения систем коммутации.

§ Структура и классификация коммутационных узлов

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. Коммутация осуществляется на коммутационных узлах (КУ), являющихся составными частями сети электросвязи.

Абонентские устройства сети соединяются с КУ абонентскими линиями. КУ, находящиеся на территории одного населен­ного пункта, соединяются соединительными линиями. Если КУ 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. 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 коммутационном узле 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 (КУ) представляет собой комплекс оборудования, предназначенного для приема, обработки и распре­деления поступающей информации. Наиболее типичным примером КУ является коммутационная станция, в которую включа­ются абонентские и соединительные линии. Упрощенная струк­турная схема коммутационного узла представлена на рис.

Рис. Структура коммутационного узла

Для выполнения своих функций КУ должен иметь в своем составе следующие основные блоки :

Коммутационное поле (КП) - представляет собой сово­купность коммутационных приборов, с помощью которых обеспечивается соединение включенных в станцию абонент­ских и соединительных линий.

Управляющее устройство (УУ) - предназначено для управления процессом установления соединений. В его со­став входит аппаратура для приема, формирования и переда­чи управляющей информации. На основании информации о номере вызываемого абонента или направлении связи, при­нятой от источника вызова, УУ включает соответствующие элементы коммутационного поля, в результате чего осуще­ствляется соединение между соответствующими входом и выходом.

Блоки соединительных линий (БСЛ), через комплекты со­единительных линий (КСЛ) которых подключаются линии свя­зи от (к) других КУ посредством аналоговых или цифровых соединительных линий (СЛ). При использовании однонаправлен­ных СЛ разделяют входящие и исходящие КСЛ.

Блоки абонентских линий (БАЛ), через абонентские ком­плекты (АК) которых к станции подключаются абонентские линии.

В состав оборудования КУ также входят дополнительные блоки :

Кросс - устройство ввода и вывода линий.

Шнуровые комплекты (ШК), которые в АТС координат­ного типа служат для питания телефонных аппаратов, а также приема и посылки служебных сигналов в процессе установле­ния соединения.

Источники электропитания .

Приборы контроля за работой оборудования .

Приборы учета параметров нагрузки .

На коммутационных узлах могут устанавливаться соедине­ния следующих видов:

внутристанционное - соединение осуществляется между абонентами данной телефонной станции;

исходящее - соединение устанавливается по инициативе абонента данной станции с абонентом другой станции через со­единительную линию;

входящее - соединение устанавливается с абонентом дан­ной станции по вызову, поступившему по соединительной ли­нии от другой станции;

транзитное - на данной станции коммутируются две сое­динительные линии с целью соединения абонентов других станций.

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).

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов )и управления процессами установления соединения на АТС применяются коммутационные приборы.

Коммутационным прибором (КПр) называется уст­ройство, обеспечивающее скачкообразное изменение про­водимости электрических цепей на определенный проме­жуток времени. Различают коммутационные приборы кон­тактные и бесконтактные .

В контактных приборах проводимость меняется путем замыкания и размыкания контактов, включенных в электрическую цепь. В бескон­тактных приборах изменение проводимости достигается изменением какого-либо параметра (сопротивления, индук­тивности или емкости) одного из элементов электрической цепи. Изменение проводимости электрических цепей в коммутационном приборе осуществляется коммутацион­ным элементом (КЭ) .

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т.д.), по­этому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, кото­рые объединены в коммутационную группу . При этом комму­тационные элементы переключаются одновременно под влия­нием управляющего сигнала.

По способам управления КПр можно разделить на прибо­ры ручной и автоматической коммутации. Приборы ручной коммутации управляются механическим воздействием челове­ка (ключи, кнопочные переключатели, телефонные гнезда и штепселя). Приборы автоматической коммутации управляют­ся электрическими сигналами.

В коммутационном приборе в зависимости от числа входных и выходных линий может быть установлено раз­личное число коммутационных групп. Совокупность ком­мутационных групп, обеспечивающая коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора.

Местоположение коммутационной группы в коммутацион­ном поле прибора (или в коммутационном блоке, постро­енном из нескольких приборов) называется точкой комму­тации .

Для коммутации электрических цепей используются при­боры, которые обеспечивают два устойчивых состояния своих коммутационных элементов (или групп). При этом электриче­ская цепь, проходящая через КЭ, в одном состоянии разом­кнута (т.е. закрытое состояние), а в другом замкнута (откры­тое состояние).

Коммутационные приборы различаются между собой структурными и электрическими параметрами.

К структурным параметрам относятся: число входов n, число выходов m, доступность входов D по отношению к выходам, число одновременно коммутируемых электриче­ских цепей (проводность), свойство памяти. Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации T ,число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных со­единений.

К электрическим параметрам коммутационных прибо­ров относятся: сопротивление коммутационного элемента в закрытом (разомкнутом) состоянии и открытом (замкнутом) состоянии отношение которых называется комму­тационным коэффициентом ; время переключе­ния КЭ из одного состояния в другое; вносимое затухание в разговорный тракт; уровень шумов; напряжение питания; величина тока, необходимого для переключения КЭ; потреб­ляемая мощность.

Некоторые коммутационные приборы обладают свой­ством памяти ,т.е. способностью сохранять рабочее со­стояние после прекращения подачи управляющего воздей­ствия. Это позволяет сократить расход электроэнергии для поддержания рабочего состояния прибора. Для возвращения прибора в исходное состояние требуется новое управ­ляющее воздействие.

Используемые в настоящее время коммутационные прибо­ры по структурным параметрам можно разделить на четыре типа:

1. Коммутационные приборы типа реле (1 x 1) имеют один вход и один выход.

2. Коммутационные приборы типа искатель (1 x m )име­ют один вход n = 1 и m выходов.

3. Коммутационные приборы типа многократный соеди­нитель n (1 x m ) имеют n входов и nm выходов.

4. Коммутационные приборы типа соединитель (n x m )имеют n входов и m выходов.

Посредством коммутационных приборов строятся ком­мутационные блоки, ступени искания и коммутационное поле автоматических телефонных (телеграфных и др.) станций и узлов, управляющие устройства, линейные и служебные ком­плекты.