Введение. Современное состояние и перспективы развития цифровых систем коммутации

Современное состояние и перспективы развития цифровых систем коммутации.

Цифровые системы коммутации являются в настоящее время самой значительной составляющей системы синхронной коммутации. Синхронная коммутация характеризуется жесткими (строгими) временными соотношениями при взаимодействии с окружающей телекоммуникационной средой.

В середине прошлого века была запатентована первая автоматическая телефонная станция с управлением с помощью ЭВМ, то есть с управлением по записанной программе. Одновременно с развитием вычислительной техники развивалась теория и практика программирования. Современная цифровая система коммутации - пример использования программного обеспечения высокой сложности, объем которого составляет миллионы машинных команд. Параллельно с коммутационной техникой развивались цифровые системы передачи сигналов на сетях общего пользования.

Цифровые коммутационные поля позволили создать единый цифровой тракт «передача-коммутация».

В начале 80-х годов прошлого века на базе цифровых систем передачи и цифровых систем коммутации началось создание цифровых интегральных сетей связи, которые позволяют поддерживать множество служб электросвязи. А именно: службы телефонной связи, телекса, факсимильной связи, телетекста, телефакса, телеконференций, передачи данных с коммутацией каналов, передачи данных с коммутацией пакетов и т.д.

Цифровые сети интегрального обслуживания предназначены доя предоставления пользователям услуг, называемых сервисом электросвязи.

РАЗДЕЛ 1. УПРАВЛЯЮЩИЕ КОМЛЕКСЫ

Студент должен: знать:

- направления использования вычислительной техники в отрасли электросвязи;

- особенности ЭУМ коммутационных станций;

- классификацию и состав управляющих систем;

- характеристику системы команд ЭУМ (классификацию, форматы основных типов команд, способы адресации),

- организацию запоминающих устройств;

- процедуры обращения к основной памяти,

- состав и принцип работы функциональных блоков ЭУМ;

-способы адресации и кодировании полай микрокоманд;

уметь:

- составлять упрощенные диаграммы перехода состояний цифровых систем коммутации,

- определять взаимодействие устройств учебной микро ЭВМ при выполнении команд различного функционального назначения и с различными способами адресации;

- представлять команды заданных фрагментов программы в машинных кодах 444-1, 33244,133333;

читать фрагменты листинга программы в машинных кодах;

• составлять структурные схемы ЗУ заданной емкости с использованием микросхем ПЗУ и ОЗУ;

определять состав управляющих сигналов по заданному формату микрокоманд; составлять алгоритмы основных видов команд;

- составлять микропрограммы по алгоритмам.

Тема 1.1. Характеристики ЭВМ

Состав ЭВМ. Характеристики ЭВМ. Классификация ЭВМ по назначению, архитектуре, быстродействию.

При изучении данной темы необходимо обратить внимание на состав ЭВМ; функции, выполняемые основными узлами ЭВМ, которые изложены в [),с 34-43; 2, с. 7-10].

Тема 1.2. Особенности использования ЭВМ в сфере управления

Узел коммутации как объект управления. Особенности электронных управляющих машин (ЭУМ) узлов коммутации. Понятие режима работы ЭУМ в реальном масштабе времени, многопрограммного режима, принципа приоритетности программ. Дисциплина обслуживания заявок. Состав и классификация управляющих систем. Понятие виртуальной памяти.

Описание принципов работы коммутационной станции с управлением по записанной программе при помощи диаграмм перехода состояний.

Коммутационное поле и комплекты (телефонная периферия) по отношению к ЭУМ являются управляемыми объектами. Весь цикл работы ЭУМ с телефонной периферией (ТП) можно условно разделить на три фазы: прием информации об изменении состояния объекта, обработка информации по обнаруженному событию, выдача периферийных управляющих сигналов с целью перевода объекта в новое состояние [1, с. 1.3-20; 2, с. 32,33,69-72].

Отличительными особенностями работы ЭУМ коммутационных станций (КС) являются: работа в реальном масштабе времени; связь с большим числом объектов; относительное постоянство программ; преобладание в программах логических операций над арифметическими, а также наличие специальных операций, которых нет в универсальных ЭВМ; круглосуточное функционирование в течение десятков лет. [I, с. 160-162; 2, с. 74-76].

ЭУМ КС работают в многопрограммном режиме. Это режим, при котором в памяти машины хранится много программ, и выполнение одной программы может быть прервано для перехода к выполнению другой с последующим выполнением прерванной программы. Порядок запуска программ во времени обеспечивается на основе соблюдения двух основных принципов: принципа запуска программ по заявкам и принципа приоритетности программ и заявок, который изложен в [1. с. 161-163; 2, с. 83-87].

В соответствии с основными группами сигналов и требованиями по сроч­ности запуска программ можно условно выделить пять приоритетных уровней. Количество приоритетных уровней и количество программ в уровнях зависит от аппаратных особенностей ЭУМ и от построения программного обеспечения.

Средством наглядного описания алгоритмов функционирования КС с программным управлением являются диаграммы перехода состояний [2, с. 66-69].

Тема 1.3. Система команд ЭУМ

Особенности системы команд ЭУМ. Классификация команд ЭУМ. Форматы основных типов команд. Способы адресации. Микропрограммы выполнения команд обработки и пересылки данных, передачи управления.

Особенностью системы команд ЭУМ является выполнение действий над целыми числами, преобладание логических операций и операций пересылки над арифметическими операциями. Классификация команд по основным признакам дана в [2, с. 10-15]. Информация о способах кодирования представлена в [1, с.90-94].

Выполнение команд организуется на основе принципа микропрограммного управления. Каждая из микрокоманд в течение одного такта машинного; времени обеспечивает выполнение одного или нескольких элементарных, машинных действий (микроопераций) [1, с. 89-93, 116-119; 2, с. 106-115].

Цикл команды представлен в [1, с. 88, рис. 3.2]. Пример выполнения команды с непосредственной адресацией показан в [1, с. 94-98; 2, с. 13-15].

Тема 1.4. Организация основной памяти

Классификации устройств памяти. Виды запоминающих элементов. Организация адресных запоминающих устройств с одномерной и двумерной адресацией. Организация модулей памяти и запоминающих устройств большой емкости (блочный принцип организации памяти).

Памятью называют функциональную часть ЭВМ, предназначенную для записи, хранения и выдачи данных. Принципы организации запоминающих устройств (ЗУ) даны в [ 1, с. 74-85,124-130;).

Виртуальная память (кажущаяся память ЭВМ) - система запоминающих устройств, организованных таким образом, что программист может рассматривать их как одну большую оперативную память, что существенного упрощает процедуру составления программ дня мультипрограммных ЭВМ.

С введением структурирования ПО появилась концепция виртуальной машины, т.е. вместе оборудование и программное обеспечение составляют виртуальную машину.

Тема 1.5. Процессоры ЭУМ

Виды процессоров. Структура центрального процессора Состав блока центрального управления. Классификация и форматы микрокоманд. Способы адресации микрокоманд. Способы кодирования полей микрокоманд. Состав к порядок работы управляющего автомата.

Состав арифметико-логического блока. Выполнение арифметических, логических операций.

Состав блока прерывания программ. Понятие о слове состояния программы и маске защиты от прерываний. Условия прерывания программы.

Процессор - основная часть ЭУМ, непосредственно осуществляющая процесс обработки данных и управляющая им. Общие принципы построения и работы одинаковы для всех процессоров. Порядок их работы определяется программами, хранящимися в ЗУ.

Структура центрального процессора и его основных блоков описана в [1, с. 34-43, 85-89; 2, с. 7-10]

Лабораторная работа № 1. Управляющий комплекс электронной станции

Цель работы: изучение состава и режимов работы ЭУМ Алгоритм

Функционирования ЭУМ на языке SDL.

Лабораторная работа № 2 Способы адресации и алгоритмы выполнения команд ЭУМ

Цель работы: исследование функционирования ЭУМ при выполнении команд с различными способами адресации, составление алгоритмов основных типов команд

Лабораторная работа № 3. Микропрограммы выполнения команд ЭУМ

Цель работы: создание микропрограмм основных типов команд.

Лабораторная работа № 4. Организация накопителей на базе ЗУ типа 3D

Цель работы: составление схем ЗУ с использованием ИМС.

Лабораторная работа №5. Организация основной памяти ЭУМ КС

Цель работы: анализ работы основной памяти ЭУМ КС.

РАЗДЕЛ 2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Студент должен:

знать:

- классификацию языков программирования;

- структуру и этапы разработки программного обеспечения;

- характеристики программного обеспечения;

- состав программного обеспечения коммутационной станции;

- структуру памяти данных;

- алгоритмы программ сканирования, поиска путей в коммутационном поле;

- особенности распределенного управления,

уметь:

- определять местонахождение и структуру абонентских данных;

- производить коррекцию абонентских данных;

- определять структуру таблиц пересчета номеров;

- определять местонахождение и структуру программных регистров, закрепленных за конкретным вызовом.

ТЕМА 2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Признаки языка: алфавит, синтаксис, семантика. Языки низкого уровня: машинный язык, ассемблер. Языки высокого уровни. Виды трансляции: компиляция, интерпретация, перевод на промежуточный язык.

Языки программирования для нужд коммутации.

Язык программирования — это средство для записи программ. Каждый язык определяется грамматическим описанием, которое включает в себя алфавит, синтаксис, семантику. Алфавит набор символов, используемых в языке. Синтаксис определяет правила составления выражений из символов языка. Семантика определяет содержание языка. Признаки языка даны в [2, с. 24-27].

Уровень языка определяется аппаратно-программными средствами, с помощью которых инструкции языка программирования переводятся на язык, понятный ЭВМ. Различают языки низкого и высокого уровней. Языки низкого уровня машинноориентированы и являются самыми высокооптимальными средствами программирования с точки зрения реализации программы и
использования памяти для ее хранения. Однако технология составления программ очень сложна, и производительность труда программистов низкая [2, с. 20-21]. Для упрощения технологии составления программ были созданы языки высокого уровня (ЯВУ) [2, с. 24-25].

Программа, записанная на ЯВУ, является исходной программой и переводится (транслируется) на машинный язык (объектная программа). Краткая характеристика языков программирования приведена в [2, с. 19].

Для перевода программ с ЯНУ используется три типа трансляции:

- прямая трансляция (компиляция) - полный перевод исходной программы;

- интерпретация (построчный перевод) - анализ, перевод и выполнение машинных команд последовательно по каждому оператору исходной программы;

- трансляция на промежуточный язык - перевод исходной программы на ассемблер, а затем - на машинный язык.

Описание видов трансляции дано в [2, с. 29-30].

Языками программирования для нужд коммутации являются: язык SDL, как средство описания процессов, протекающих в системе коммутации; язык CHILL, язык связи «человек-машина». Данный материал рассмотрен в [2, с.66-69,150-151].

Тема 2.2. Состав программного обеспечения (ПО)

Структура ПО: инструментальное, системное и прикладное. Этапы разработки ПО. Характеристики ПО: время реакции, структурность, адаптируемость, качество.

Система коммутационных программ: программы приема сигналов, обработки информации, выдачи периферийных команд. Структура памяти данных: таблицы абонентских, станционных и внестанционных данных; таблицы пересчета номеров; массивы состояний; регистры вызовов. Алгоритмы программ сканирования, поиска путей в коммутационном поле.

Особенности распределенного управления. Понятие местного и удаленного процессов. Понятие виртуальной машины.

ПО ЭУМ предназначено для обеспечения целенаправленной работы ЭУМ и представляет собой организованную совокупность взаимосвязанных и взаимодей­ствующих программ и соответствующих им данных. Структура, этапы разработки и характеристики ПО рассмотрены в [2, с. 39-41,44-65].

Система коммутационных программ (СК11) обеспечивает организацию процесса обслуживания вызова и наглядно представлена в виде информационно-логической схемы на рис. 4.5 в [1, с. 146-150].

Программы обслуживания вызова используют данные, которые отображают в памяти ЭУМ состояние объектов управления. В зависимости от периода изменения данные подразделяются на оперативные и полупостоянные.

К оперативным данным относятся: состояние комплектов, состояние коммутационного поля, состояние вызовов, заявки на обработку вызовов в

различных стадиях. Структура оперативных данных дана в [2, с. 74-86].

Полупостоянными данными являются абонентские характеристики (категории абонентов, тип телефонного аппарата), коды направлений связи, тип сигнализации в направлении. Структура организации этих данных представлена в [2, с. 87-91].

Алгоритмы программ сканирования и поиска путей в коммутационном поле рассмотрены в [2, с. 91-95, 104-109]. Понятие распределенного управления и его особенности даны в [1, с. 18-20,223-225; 2, с. 36-39].

РАЗДЕЛ 3, ИНТЕГРАЦИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ

Студен должен: знать:

- перспективы развития ЦСК;

- эволюцию цифровых систем передачи коммутационного оборудования;

- классификацию и состав оборудования ЦСК;

- характеристики видов цифровой коммутации;

- варианты включения абонентских линий в ЦСК;

- функции электронного абонентского стыка,

- характеристику первого и второго уровня интеграции (IDN и ISDN);

- виды сервиса, предоставляемого в сети с интеграцией обслуживания (ISDN);

- основные канальные структуры и виды доступа;

- характеристику эталонной модели взаимодействия открытых систем;

- принципы введения иовьтх услуг на телефонной сети общего пользования;

- назначение и виды систем сигнализации в сетях коммутации каналов и пакет ов;

- причины и виды «скольжений» в цифровых трактах;

- организацию сигнальных каналов на основе «сверхциклов»;

- структуру общего канала сигнализации (ОКС);

- виды и структуру сигнальных единиц в сигнализации ОКС № 7;

- характеристику методов синхронизации; уметь:

- определять местонахождение сигнального канала в сверхцикле;

- составлять кодовые комбинации циклического кода для контроля достоверности сигнальных единиц в ОКС № 7;

- определять форматы и коды сообщений подсистемы ISUP, параметры этих сообщений.

Темя 3.1. Состав оборудования цифровой системы коммутации (ЦСК)

Состав оборудования ЦСК: коммутационное попе, устройства сопряжения, управляющие устройства, устройства сигнализации и синхронизации. Виды цифровой коммутации: пространственная и временная. Включение абонентских линий в ЦСК, применение выносных устройств (концентраторов, мультиплексоров). Структуры системы подключения абонентов (звездообразная, лучевая, шлейфная, линейная). Организация абонентского интерфейса, функции BORSCHT Организация интерфейса цифровой соединительной линии.

Система коммутации обеспечивает установление соединения любого вида и представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для приема и распределения информации по направлениям связи. ЦСК используются на цифровых сетях с интеграцией обслуживания и обеспечивают коммутацию каналов и пакетов.

В состав оборудования ЦСК входит коммутационное поле (КП), управляющие устройства, устройства сопряжения, сигнализации и синхронизации. КП ЦСК строится на основе временного разделения каналов на базе ИКМ или различных комбинаций пространственного и временного разделения каналов [3, с. 9-17, 21,22; 4, с. 49-54, 57-61].

Функции управления установлением и разъединением различных видов соединений возлагаются на управляющую систему (УС). УС ЦСК реализуют централизованный, распределенный (Децентрализованный) или иерархический способ управления соединением и представляют собой несколько управляющих устройств (УУ), каждое из которых выполняет определенную часть функций по управлению установлением всех или определенной части соединений в пределах ЦСК [I, с. 11-13, 16-18; 2, с. 36-39].

В процессе обслуживания вызова осуществляется обмен управляющими сигналами и информацией между отдельными частями ЭУМ, управляющими устройствами ЭУС и периферийными устройствами с помощью устройств сопряжения (соединения), называемых интерфейсами. Интерфейсы могут быть системными [ 1, с. 14, 19-20, 29-34], периферийными [1, с. 23], внутренними [I, с. 35,41], ввода-вывода [1, с. 37-38, 82-85].

Устройства сигнализации (УС) обеспечивают формирование функциональ­ных сигналов, сопровождающих процессы установления соединения. В ЦСК различают УС, работающие по ОКС, по каналам ТЧ, по 16-му каналу систем ИКМ [3, с. 17-20].

Устройства синхронизации координируют работу УУ ЭУС [1, с. 88, 105,106; 3, с. 173-175].

Для включения абонентских линий в ЦСК используются выносные устройства - концентраторы, мультиплексоры. Концентраторы обеспечивают уменьшение капитальных затрат на абонентские линейные сооружения и могут быть удаленными и станционными. В концентраторах происходит аналого-

цифровое и цифро-аналоговое преобразование речевой информации. Пространственные мультиплексоры помимо преобразования аналоговых сигналов в цифровые осуществляют их объединение в цифровой поток, принятый для коммутации в ЦСК [3, с. 96-107]. Включение абонентских линий в ЦСК, организация абонентского интерфейса Функции BORSCHT, их реализация в абонентском комплекте DX-220 [3, с. 76-85]. Организация интерфейса цифровой соединительной линии [3, с. 85-90, 91-96].

Тема 3.2. Виды интеграции цифровых сетей

Развитие цифровых систем передачи (синхронные цифровые иерархии).

Применение цифровых коммутационных узлов на первичной сети.

Первый и второй тип интеграции сетей (IDN-Integrated Digital Network и ISDN- Integrated Services Digital Network). Модель ЦСИО цифровой сети с интеграцией обслуживания. Виды сервиса, предоставляемые пользователям ЦСИО: интерактивные и распределительные. Понятие об узкополосной и широкополосной ЦСИО.

Основные канальные структуры ЦСИО: каналы типа В, D, Н. Виды доступа к коммутационной станции: базовый доступ (ВШ) и первичный доступ (PRI).Передача данных, протоколы интерфейса пользователя, протоколы сигнализации.

Эталонная модель взаимодействия, открытых систем. Понятие об уровнях и протоколах взаимодействия. Сетевые режимы с предварительным установлением соединения и без предварительного установления соединения. Понятие о маршруте и маршрутизации. Способы передачи данных при коммутации пакетов: дейтаграммный и виртуальный канал. Понятие о быстрой коммутации пакетов.

Развитие узкополосной ЦСИО в широкополосную. Понятие об асинхронном режиме переноса информации (ATM — Asynchronous Transfer Mode). Структура транспортной сети ATM: уровень ATM и физический уровень. Структура сетей доступа, на основе мультиплексоров ввода-вывода, с использованием трактов STM (Synchronous Transport Module) - синхронных транспортных модулей. Кольцевые сети комбинированной структуры.

Введение новых услуг: дополнительные виды обслуживания предоставляемые сетью общего пользования, услуги предоставляемые на частных сетях, услуги предоставляемые для групп учрежденческих линий, услуги основанные на ISDN. Организация связи с мобильными объектами, системы персонального вызова. Понятие об интеллектуальной сети. Модель обслуживания вызова в интеллектуальной сети. Базовая архитектура интеллектуальной сети, варианты реализации сети на телефонной сети общего пользования.

Переход от аналоговой сети к цифровой осуществляется с внедрения в аналоговую сеть цифровых систем передачи и цифрового коммутационного оборудования на местных сетях.

На первом этапе построения интегральной сети создается цифровая телефонная сеть связи IDN, которая обеспечит передачу цифровых сигналов одного вида связи. На втором этапе сеть IDN переводится в интегральную
цифровую сеть ISDN, которая обеспечит установление соединений более чем одного вида связи.

По объему передаваемой информации телефонная сеть общего пользования намного превосходит все остальные нетелефонные виды электросвязи, поэтому цифровая сеть интегрального обслуживания (ЦСИС) строится на базе цифровой телефонной сети с ее цифровым каналом 64 кбит/с [5, с. 33-39].

Модель ЦСИС представлена в [3, с. 89-91; 5, с. 405-433]. Для организации передачи нетелефонных видов связи требуются каналы с более широкой полосой пропускания и для них строится широкополосная сеть, в которой коммутируются каналы кратные основному, т.е. п х 64 кбит/с, где п = 1,...,30 [ДЛ-1, с. 265-271;

3, с. 89-95; 5, с. 436-445].

Основная особенность ЦСИС - наличие потоков речевой и неречевой информации в одной и той же сети, поэтому на сети используются два типа каналов, работающих с разными скоростями. К первому типу относятся каналы В и Н, ко второму - D и В. Эталонная модель взаимодействия открытых систем содержит семь уровней и рассмотрена в [5, с. 181-187].

Взаимодействие систем цифровой коммутации может осуществляться в режиме:

- предварительного установления соединения, в этом случае для передачи пакетов от источника к месту назначения устанавливается соединение с получателем; в системах с предварительным установлением соединения определя­ется оптимальный путь для передачи данных, который называется маршрутом; функцию выбора маршрута выполняют маршрутизаторы;

- без предварительного установления соединения, в этом случае соединение между источником и получателем не устанавливается; пакеты с соответствующей адресной информацией просто помещаются в среду передачи, а, концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы находят получателя и доставляют ему пакеты.

Наиболее перспективной широкополосной сетью является сеть ATM. Сети ATM - это коммутируемые сети с предварительным установлением соединения и трансляции ячеек. ATM - это транспортная сеть, модель которой содержит три уровня: физический, уровень ATM и уровень адаптации ATM. [ДЛ-1, с. 13-33, 294-309; 5, с.452-464,405-422,464-476].

Тема 3.3. Сигнализация и синхронизация в цифровых сетях

Классификация систем сигнализации в сетях коммутации каналов и пакетов.

Область применения различных систем сигнализации. Включение каналов сигнализации в ЦСК. Организация сигнальных каналов на основе сверхциклов. Кодирование линейных сигналов и адресной информации.

\

Организация сигнализации по общему каналу сигнализации (ОКС). Структура системы ОКС. Элементы сети ОКС: звено сигнализации, пункт сигнализации, транзитный пункт сигнализации. Режимы работы в сети ОКС: связанный и
несвязанный. Сигнализации ОКС № 7. Виды и структуры сигнальных единиц в ОКС №7. Способы защиты и повышения достоверности информации в ОКС №7. Передача сигнальных единиц в ОКС ЛЬ 7. Взаимодействие систем коммутации с сигнализацией по общему каналу сигнализации ОКС М 7.

Синхронизация в цифровых сетях. Причины появления и виды «скольжений».

Способы увеличения времени между «скольжениями». Методы синхронизации: плезиохронный, взаимная и принудительная синхронизация.

Дата добавления: 2014-10-15