При построении сети связи вопросы коммутации сигналов всегда занимали одно из центральных мест. Если при этом процессы коммутации характеризуются жесткими (строгими) временными соотношениями, в смысле взаимодействия с окружающей телекоммуникационной средой, то такая коммутация считается синхронной.

Самой распространенной системой синхронной коммутации в настоящее время являются цифровые автоматические телефонные станции (АТС).

Появление цифровых АТС было обусловлено несколькими событиями в мире науки и техники XX века.

Первым этапным событием стало изобретение в средине 40-х годов транзистора, что явилось началом новой эры в электронике - эры полупроводниковых приборов. Стремительное развитие последних привело к созданию в 60-х годах интегральных микросхем. В настоящее время построение цифровых АТС без интегральных микросхем практически невозможно.

Далее, в конце 40-х годов в нескольких странах практически одновременно была изобретена и построена электронная вычислительная машина (ЭВМ). Уже в 1955 году (по другим данным - в 1956 г.) была запатентована схема управления автоматической телефонной станцией с помощью ЭВМ. Так была оформлена идея управления по записанной программе.

Параллельно с разритием вычислительной техники развивалась теория и практика программирования. Современная цифровая АТС - пример использования программного обеспечения внушительных размеров (несколько миллионов машинных команд) и достаточно высокой степени сложности.

В то же время (начало 50-х годов) интенсивно разрабатывались цифровые методы передачи сигналов в сетях связи общего пользования. В Северной Америке и Японии были разработаны 24-канальные, а в Европе - 32-канальные цифровые системы передачи. Специалисты связи быстро осознали преимущества цифрового представления сигналов при их передаче и обработке. Стремление создать единый цифровой тракт «передача - коммутация» привело к разработке цифровых коммутационных полей АТС.

В 60-х годах в лабораториях нескольких стран были построены и испытаны прототипы современных цифровых АТС. Поворотным пунктом стал 1970 год, когда во Франции на сети общего пользования была установлена первая транзитная цифровая АТС. В 70-х и первой половине 80-х годов о создании собственных цифровых АТС объявили все основные производители оборудования связи.

Начало 80-х годов можно также назвать началом современной революции в связи - на базе цифровых систем передачи и цифровых АТС во многих странах началось создание цифровых интегральных сетей связи.

Реализация всех этих идей на новой элементной базе (БИС и СБИС) привело к созданию современных цифровых АТС очень большой емкости: 200000 - 500000 абонентов.

Благодаря широкому внедрению цифровых АТС заметно снизились трудовые затраты на изготовление электронного коммутационного оборудования за счет автоматизации процесса их изготовления и настройки, уменьшились габаритные размеры и повысилась надежность оборудования за счет использования элементной базы высокого уровня интеграции. Также уменьшились объемы работ при монтаже и настройке электронного оборудования в объектах связи, существенно сократился штат обслуживающего персонала за счет полной автоматизации контроля функционирования оборудования и создания необслуживаемых станций. Значительно уменьшились металлоемкость конструкции станций, сократились площади, необходимые для установки цифрового коммутационного оборудования, а также повысилось качество передачи и коммутации. Были введены вспомогательные и до-

6 ВВЕДЕНИЕ

полнительные виды обслуживания абонентов. С внедрением цифровых АТС стало возможным создание на их базе интегрированных сетей связи, которые могли бы позволить обеспечить внедрение различных видов и служб электросвязи на единой методологической и технической основе.

Использование мощных микропроцессоров широкого применения позволяет применять последние достижения микропроцессорной технологии. Одни и те же функциональные блоки применяются для построения станций различного размера и назначения, что приводит к малому количеству типов печатных плат. Это в свою очередь упрощает обслуживание оборудования и сокращает объемы запасных частей. Благодаря этому, достигается высокая экономическая эффективность в диапазоне от очень малых до очень больших станций. Если необходимо увеличить емкость цифровой станции или ее трафик, достаточно добавить ограниченное количество компонентов.

Принципы модульности используются и в архитектуре программного обеспечения цифровых АТС. Модули, в основном, представляют собой компонуемые блоки для проектирования систем, компоновки, тестирования. Они определяются независимо от их физического размещения. Связь между модулями осуществляется с помощью сообщений внутреннего обмена. Операционная система обеспечивает передачу сообщений по их назначению. Данные хранятся и обрабатываются в станционной базе данных. При этом логическое построение данных и их использование модулями не зависит от физического размещения данных. Функцией системы управления базой данных является правильное размещение элементов данных, наиболее эффективный доступ к ним и обеспечение высокой степени надежности. Такой уровень модульности программного обеспечения открывает соответствующий уровень гибкости, необходимый для обеспечения адаптации к быстро меняющейся коммуникационной среде сегодняшнего дня.

С другой стороны, в течение определенного времени цифровые коммутационные системы еще будут работать в телефонных сетях совместно с аналоговыми станциями, аналоговыми системами передачи и другим аналоговым оборудованием.-Поэтому вопросы развития сети и стыков между станциями разных поколений тоже являются актуальной задачей.

Таким образом проблема построения, развития и функционирования цифровых АТС на сети связи включает в себя целый комплекс вопросов:

- построение коммутационного поля;

- программное обеспечение;

- алгоритмы управления цифровой АТС;

- взаимодействие с другим оборудованием сети и т.д.

Изложить эти вопросы подробно в одной работе просто невозможно, поэтому данная книга посвящена, главным образом, рассмотрению принципов синхронной цифровой коммутации, а также принципам построения и функционирования современных цифровых АТС.

Глава 1

Мультиплексирование цифровых сигналов

1.1. Классификация систем передачи и методов коммутации

До недавнего времени в телекоммуникациях существовало четкое разделение на системы коммутации и системы передачи. Однако сейчас, с развитием и повсеместным внедрением цифровой техники, наблюдается взаимопроникновение этих областей телекоммуникаций, что приводит к необходимости рассматривать передачу и коммутацию сигналов в системах электросвязи совместно. Для системного изложения последующего материала, введем некоторые определения.

Системой электросвязи будем называть совокупность технических средств, обеспечивающую образование линейного тракта и каналов передачи. В состав любой системы электросвязи входит передатчик, канал передачи и приемник. Системы электросвязи делятся на две группы: односторонние (передача информации осуществляется только от источника информации к абоненту, примером может служить радиовещание) и двухсторонние (примером может служить телефония).

Линейный тракт системы передачи включает совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигналов: 1) в пределах системы передачи; 2) в полосе частот; 3) со скоростью, определяемой номинальным числом каналов данной системы передачи.

Каналом передачи будем называть средство односторонней передачи сигналов. Несколько однонаправленных каналов могут использовать общий путь передачи, как в системах с объединением разделенных по частоте или по времени каналов, где каждому каналу выделяется отдельная полоса частот или отдельный временной интервал.

Часто каналы объединяются в пучки каналов - совокупность каналов, технически выполненные как единица направления обмена между частями системы электросвязи.

В свою очередь, пучки каналов могут подразделяться на подпучки - определенное количество каналов с близкими характеристиками (например, типом сигнализации, типом пути и др.).

Линией передачи телефонной сети называется совокупность цепей, линейных трактов однотипных или разнотипных систем передачи, имеющих общую среду распространения, а также линейных сооружений и устройств их обслуживания. Линия передачи может содержать один или несколько каналов.

В настоящее время в связи используются типовые каналы передачи, параметры которых нормализованы. Например, в телефонии: канал тональной частоты с эффективно передаваемой полосой частот 300...3400 Гц и цифровой канал со скоростью передачи 64 Кбит/с.

Задачей системы коммутации является создание требуемого пути (в телекоммуникациях - информационного тракта) между двумя любыми оконечными устройствами. Коммута-