Системи комутації в електрозв’язку

P_ГШ=( w(a-c)_екв)³⁷⁸⁰=0,9238³⁷⁸⁰=8,46·10^-131

Видно, що втрати телефонного сполучення на цій ділянці набагато менші за нормативні - отже, є резерв для оптимізації параметрів системи комутації.

Щодо ділянки лінійного шукання, то тут в даному випадку справедливо все, що було розраховано для попередньої структури, але є таке зауваження. На відміну від Т-елемента, який зазвичай має однакову кількість входів та виходів, ST-елемент може мати неоднакову кількість. У нашій схемі - 10 входів та 10 виходів, але після оптимізації може бути інакше. Тож в загальному випадку навантаження на вихідний пучок треба розраховувати, виходячи з співвідношення кількості входів та виходів:

(5.4)

Де y_кі- навантаження одного канального інтервалу на вході в останню ланку;

k_i- кількість канальних інтервалів в напрямку одного абонентського концентратора;

n- кількість входів останньої ланки;

m- кількість виходів останньої ланки.

Загальне навантаження пучка лінійного шукання буде таким:

Ерл

Очевидно, що за умов однакової кількості входів та виходів навантаження буде таким самим, як і для структури T-S-Т, і втрати будуть так само більші за нормативні: P=0,01. Так же само потрібна оптимізація за втратами на ступеню лінійного шукання.

5.4 Розрахунок для структури ST-SТ-SТ

Імовірнісний граф для структури ST-SТ-SТ (яка насправді перетворилася в структуру ST-SТ), зображений на рисунку 4.14, розраховується ще простіше, ніж для попередньої. Від точка „А” до точки „с” включено 378 паралельних ребер, кожне по w1=0,724. Еквівалентні втрати будуть такі:

w'=0.724³⁷⁸=9.58·10^-54

Це є втрати на ступеню групового шукання - тому що далі, за точкою „с” вже починається лінійне шукання. Навантаження на ньому таке ж саме, як і в схемі ST-S-ST, і так само не відповідає нормативу: P=0,01. Отже, висновок щодо структури ST-ST буде аналогічний висновку щодо структури ST-S-ST: втрати на ступеню групового шукання набагато менші, ніж треба за нормативом, а на ступеню лінійного шукання - набагато більші. Загальні втрати - більші за норматив, треба проводити оптимізацію.

6. Оптимізація структурних параметрів схеми комутаційного поля

Цілком зрозуміло, що задачею розрахунку є підтвердження того, що наскрізні втрати телефонного сполучення від абонента до абонента будуть відповідати нормативу: Р=0,002. Але загальні втрати, які складаються з втрат на трьох ділянках, в сумі дають цифру більшу для всіх схем ЦКП, в основному, за рахунок лінійного шукання - таблиця 6.1. Зверніть увагу, що для структури S-T-S втрати ступенів ГШ та ЛШ рахуються разом. Отже, наступний етап - оптимізація параметрів, яка буде мати свої відмінності залежно від схеми та показників втрат, отриманих під час розрахунку.

Таблиця 6.1 Показники втрат для ступенів шукання

6.1 Оптимізація ЦКП для структури S-Т-S

Можуть бути два основні підходи до оптимізації системи комутації. Перший - міняти співвідношення входів та виходів S-елементів. Для зменшення втрат можна встановити у ланці „А” S-елемент, у якого кількість виходів буде більша за кількість входів. У таблиці 6.1 показано хід оптимізації для різних значень кількості входів ланки А. Кількість виходів - завжди 12.

Таблиця 6.2 Оптимізація кількості входів ланки А для структури S-T-S

Як видно, для того, щоби досягнути нормативного показника втрат, треба побудувати ЦКП з розширенням телефонного потоку вдвічі - кожний комутатор ланки А буде розмірності 6х12, а в ланці В потрібно буде 12 комутаторів 12х12. Ланка С буде складатися з 144 комутаційних елементів типу Т, ланка D буде така ж сама, як і В, а ланка Е - як А. Зверніть увагу, що резерву для подальшої оптимізації у поля немає - подальше зменшення кількості входів ланки А призведе до того, що у ланці В не вистачить входів, адже конструктивний параметр S-елемента - 12 входів-виходів згідно завдання. Оптимізовану структурну схему ЦКП для останнього варіанта оптимізації зображено на рисунку 6.1.

Рисунок 6.1 - Оптимізована структурна схема ЦКП для 1 варіанту

Другий підхід до оптимізації - зменшення навантаження на абонентський концентратор. Цей спосіб не такий ефективний, тому що самі концентратори та лінії первинного доступу працюватимуть з меншим коефіцієнтом використання, але в деяких випадках, коли вичерпано можливості оптимізації ЦКП, можна запропонувати такий підхід. У таблиці 6.2 показано хід оптимізації для різних значень розміру абонентської групи. Кількість входів комутатора ланки А завжди однакова - 12.

Таблиця 6.3 Оптимізація розміру абонентської групи для структури S-T-S

Як видно з таблиці, потрібного показника втрат можна досягнути тільки при кількості абонентів одного концентратора 78, при цьому комутаційна здатність S-елемента використовується повністю - так само подальшого резерву оптимізації немає. Для довідки можна також навести навантаження канального інтервалу первинного потоку для розміру абонентської групи 78 - воно дорівнює 0,209 Ерл, що свідчить про дуже низький коефіцієнт використання лінійного обладнання.

Рисунок 6.2 - Оптимізована структурна схема ЦКП для 2 варіанту

Мета оптимізації досягнута - показник втрат відповідає нормативній цифрі, тому можна на цьому зупинитися і далі порівняти показник складності для обох варіантів. Втім, і так з першого погляду видно, що 1 варіант буде кращий за 2 - він відрізняється тільки тим, що має меншу кількість входів ланки А та виходів ланки Е, решта показників однакова.

6.2 Оптимізація ЦКП для структури Т-S-S-T

Структура Т-S-S-T теоретично може бути оптимізована так само, як і S-T-S - через співвідношення входів та виходів S-елементів. Але в конкретному даному випадку поміняти кількість входів-виходів неможливо - втрати при цьому перевищать норму. Тому для даної структурної схеми прийнятна тільки оптимізація через розмір абонентської групи. Звернімо увагу, що не відповідає нормі показник втрат на ступеню лінійного шукання - за рахунок того, що навантаження на канальний інтервал на виході ЦКП несе в собі не тільки абонентське навантаження, але й те, що приходить зі з'єднувальних ліній. Отже, для того, щоби втрати на ступеню лінійного шукання відповідали нормі, треба зменшити вихідне навантаження з абонентського концентратора, тобто, зменшити розмір абонентської групи. Хід оптимізації показано в таблиці 6.3.

Таблиця 6.3 Оптимізація розміру абонентської групи для структури T-S-T

Зверніть увагу - в результаті оптимізації втрати на ступеню ЛШ більші за розрахункові, але загальні втрати відповідають нормативу - 0,002. Має значення цифра загальних втрат; якщо втрати на ступенях ПШ та ГШ менші за нормативні, то можна дозволити більші втрати на ЛШ. Структурну схему ЦКП, отриману в результаті оптимізації, зображено на рисунку 6.3.

Рисунок 6.3 - Структурна схема оптимізованого ЦКП структури T-S-S-T

До цієї схеми є такі зауваження. Схема є двозв'язною, в ній у ланках В та С по 7 елементів, значить, треба по 14 вихідних портів на кожному елементі, але їх є тільки по 12; для побудування схеми не вистачає 2 вихідних портів. Можна розв'язати проблему так: між елементами ланок В та С буде не однакова кількість ліній. Наприклад, до елементів з 1 по 5 буде підключено по 2 лінії, а до елементів 6 та 7 - по 1 лінії. Зрозуміло, що такі лінії можуть бути перевантажені; але ж і кількість вхідних ліній ЦКП трохи більша за потрібну. Для заданої кількості абонентів треба 79 мультиплексованих ліній, а 7 елементів по 12 ліній - це 84 лінії. Отже, можна до елементів 6 та 7 підключити не по 12, а по 10 мультиплексованих ліній. Через це як вхідне, так і вихідне навантаження буде менше за розрахункові значення, тому проблема втрат буде не така гостра. В реальній системі комутації проблема розв'язується також і тим, що до таких блоків підключають з'єднувальні лінії з меншим навантаженням.

6.3 Оптимізація ЦКП для структури SТ-S-ST

Для структури SТ-S-ST підхід до оптимізації дещо відрізняється від Т-S-T. Показники втрат майже такі самі, для даної структурної схеми прийнятна оптимізація через розмір абонентської групи, але можлива оптимізація ще й співвідношення кількості входів та виходів ланки А (і, відповідно, ланки С). Показник втрат на ступеню лінійного шукання перевищує норму, і так само показник втрат на ступеню групового шукання набагато менший за норму. Спочатку проведемо оптимізацію повністю аналогічно структурі T-S-S-T. Хід оптимізації показано в таблиці 6.4.

Таблиця 6.4 Оптимізація розміру абонентської групи для структури ST-S-ST

Тепер, на відміну від структури T-S-S-T, можна провести ще одно коло оптимізації - за кількістю виходів ланки А. Цілком очевидно, що можна зменшувати кількість виходів ланки А, поки еквівалентний показник втрат від точки А до точки С не сягне значення, близького 1, тому що він підноситься до ступеня 3780. Розмір групи визначено у попередньому колі - 180 абонентів. Хід оптимізації відображено у таблиці 6.5.

Таблиця 6.5 Оптимізація кількості виходів ланки А для структури ST-S-ST

Як видно, оптимізація дозволила суттєво зменшити кількість елементів ланки В - вартість такого поля буде набагато менша за первинний варіант. Структурну схему оптимізованого варіанта ЦКП відображено на рисунку 6.4

Рисунок 6.4 - Структурна схема оптимізованого ЦКП структури ST-S-ST

6.4 Оптимізація ЦКП для структури SТ-ST

Структура SТ-ST за логікою свого побудування схожа на структуру T-S-S-T - вона така ж симетрична та модульна, в неї немає центральної ланки. Тому вона оптимізується тільки за розміром абонентської групи - бо кількість виходів ланки А залежить від кількості S-елементів ланки В, і на неї впливати в даному випадку не можливо. Для того, щоби втрати на ступеню лінійного шукання відповідали нормі, треба зменшити вихідне навантаження з абонентського концентратора, тобто, зменшити розмір абонентської групи. Хід оптимізації показано в таблиці 6.6.

Таблиця 6.6 Оптимізація розміру абонентської групи для структури ST-ST

Можна побачити: потрібного показника втрат на ступеню лінійного шукання можна досягти тільки при розмірі абонентської групи 183 абонента, але при такому розмірі потрібно буде 11 комутаторів ланки А. В той же час зі структурної схеми видно, що на 10-портових ST-елементах таку структуру без розширення побудувати неможливо, адже кількість елементів ланки В не може перевищувати кількість виходів ланки А. Висновок: оптимізація показала, що потрібна структура з розширенням, наприклад, ST-ST-ST-ST. В той же час здоровий глузд підказує: додавати до структури ще два ST-елементи - це значно збільшити вартість системи комутації, й до того ж додаткові ST-елементи вносять додаткову затримку проходження сигналу. З цієї точки зору більш розумно додати не ST-елемент, а, наприклад S-елемент з 11 портами, або, якщо таких мультиплексорів у продажу немає, додати 2 ланки S-елементів з 10 портами. Зрозуміло, що це означає, що фактично структура буде відповідати не варіанту з полем ST-ST-ST, а іншому - з полем ST-S-ST. Тоді подальша оптимізація призведе до такого ж результату, як у п.6.3. Остаточний висновок: найкращі результати дає не та структура, що задана, а інша - з додатковою ланкою на S-елементах.

7. Структурні схеми елементів та розрахунок показника складності

Для порівняння між собою різних варіантів побудування комутаційного поля використовують так званий “показник складності” - він відображає відносну вартість побудування схем і враховує кількість точок комутації S-елементів (або ST-елементів), та обсяг пам'яті, потрібний для побудування Т-елементів (або ST-елементів). Для розрахунку показника складності треба скласти структурні схеми відповідних елементів.

7.1 Структурні схеми та показники складності окремих елементів

Т-елемент побудовано на запам'ятовуючих пристроях - один для пам'яті інформації, другий - для пам'яті управління. Структурну схему наведено на рисунку 7.1.

Рисунок 7.1 - Структурна схема Т-елемента

Оскільки в ЦКП треба опрацьовувати 504 канальні інтервали, то пам'ять інформації та пам'ять управління будуть мати по 504 комірки. Пам'ять інформації буде 8-бітовою - тому що саме така розрядність інформаційного слова. Пам'ять управління буде 9-бітовою - тому що вона має адресувати 504 комірки пам'яті інформації. Розрядність пам'яті управління визначається за формулою 7.1.

(7.1)

де k_i - кількість канальних інтервалів мультиплексованого потоку.

Для побудування комутаційного Т-елемента відповідно нашого завдання треба такий обсяг пам'яті в бітах - за формулою 7.2.

(7.2)

N_b = 504·(8+9)=8568 біт

S-елемент побудовано на мультиплексорах або на демультиплексорах, залежно від того, чого в нього більше - входів чи виходів. Якщо входів менше, ніж виходів, то S-елемент більш економічно можна побудувати на демультиплексорах; на рисунку 7.2 зображено структуру елемента для ланки А комутаційного поля S-S-T-S-S. Якщо входів більше, ніж виходів, то більш економічно на мультиплексорах; на рисунку 7.3 зображено структуру елемента для ланки Е.

Структура комутаційного елемента на рисунку 7.2 має 6 демультиплексорів з 12 портами - це 6·12=72 точки комутації, а на рисунку 7.3 - 6 мультиплексорів з 12 портами, також 72 точки комутації. В обох елементах для управління треба 6 блоків пам'яті на 504 комірки, розрядність - для адресації 12 портів треба 4 біти. Загальний обсяг пам'яті для S-елемента буде такий:

N_b=6·504·4=12096 біт

Рис.7.2 - S-елемент на демультиплексора

Рис.7.3 - S-елемент на мультиплексорах

Для S-елемента показник складності розраховується за формулою 7.3 - як сума кількості точок комутації та обсягу пам'яті з урахуванням цінового коефіцієнта, який за ринковими цінами дещо умовно приймається рівним 100.

(7.3)

Де N_x - кількість точок комутації

N_b - обсяг пам'яті в бітах

k_ц - ціновий коефіцієнт

Показник складності для S-елемента буде:

Якщо кількість входів та виходів однакова, як у ланках В та D, то не має значення, за якою схемою будувати S-елемент. У цих ланках елементи мають по 12 входів та виходів, точок комутації буде N_x=12·12=144, біт пам'яті буде N_b=12·504·4=24192, показник складності буде:

ST-елемент може бути побудовано на мультиплексорах та запам'ятовуючих пристроях - це є своєрідний “гібрид” між S-елементом та Т-елементом. Побудування його трохи відрізняється залежно від того, чого в нього більше - входів чи виходів. Якщо входів більше, ніж виходів, то ST-елемент ліпше побудувати за схемою “послідовний запис - довільне читання”, яку зображено на рисунку 7.4. Якщо навпаки, виходів більше, ніж входів, то - за схемою “довільний запис-послідовне читання”, яку зображено на рисунку 7.5. В будь-якому випадку, елемент буде складатися з пам'яті розмовної інформації, в якій буде стільки стовпчиків, скільки є ліній на вході (у випадку послідовного запису) або на виході (у випадку послідовного читання), а також з пам'яті управління, в якій буде стільки стовпчиків, скільки є ліній на вході або на виході у відповідному випадку. Кількість рядків і в пам'яті розмовної інформації, і в пам'яті управління буде однакова й дорівнювати кількості канальних інтервалів. Розрядність слова інформаційної пам'яті відповідає розрядності потоку розмовного тракту (у нашому випадку - 8), а розрядність пам'яті управління залежить від кількості комірок інформаційної пам'яті аналогічно Т-елементу і розраховується за формулою 7.4. В даному випадку кількість стовпців буде 10.

 (7.4)

Де k_i - кількість канальних інтервалів мультиплексованого потоку

n_л - кількість ліній на вході або виході (кількість стовпців пам'яті)

Рисунок 7.4 - ST-елемент типу “послідовний запис - довільне читання”

Рисунок 7.5 - ST-елемент типу “довільний запис-послідовне читання”

Показник складності ST-елемента розраховується так само, як і показник складності попередніх елементів - на підставі точок комутації та обсягу пам'яті. Кількість точок комутації визначається параметрами мультиплексора, який перетворює послідовний код на паралельний - він має кількість входів, відповідну кількості входів ST-елемента, та кількість виходів, відповідну розрядності інформаційного слова, так само й демультиплексор. Кількість точок комутації буде за формулою 7.5.

(7.5)

де r_інф - розрядність інформаційного слова

n - кількість входів ST-елемента

m - кількість виходів ST-елемента

Таким чином, кількість точок комутації для ST-елемента буде N_x=8·(10+6)=128 і в тому, і в іншому випадку. Обсяг пам'яті розраховується на підставі структурної схеми елемента - розрядності та кількості стовпців/рядків у пам'яті інформації та управління. Для ST-елемента, зображеного на рисунку 7.4, обсяг пам'яті буде такий:

N_b=378·(10·8+6·12)=57456

Для ST-елемента, зображеного на рисунку 7.5, обсяг пам'яті буде такий же самий - в нього такі ж самі масиви пам'яті інформації та управління. Якщо обрати тип елемента, який не відповідає співвідношенню кількості входів та кількості виходів, то обсяг пам'яті буде більший, це не є економічно. Показник складності буде такий:

7.2 Розрахунок та порівняння показників складності для ЦКП в цілому

На підставі структурних схем комутаційних елементів розрахуємо показники складності для початкової схеми ЦКП (структура S-S-T-S-S) та для оптимізованої. Початкова схема складалась з 6 S-елементів на 12 входів та 12 виходів у ланках А та Е, також 12 S-елементів на 6 входів-виходів у ланках В та D, і ще 72 Т-елементів. Показники складності будуть такі - таблиця 7.1. Для ланки С (Т-елемент) обсяг пам'яті поділено на ціновий коефіцієнт.

Таблиця 7.1. Розрахунок показника складності для первинної структури S-S-T-S-S

Після оптимізації параметри та кількість елементів помінялися, нові показники складності відображено в таблиці 7.2.

Таблиця 7.2. Розрахунок показника складності для оптимізованої структури S-S-T-S-S

Як видно, показник складності збільшився у 1.9 рази - це є витрати, які довелося понести за те, щоб якість телефонного зв'язку відповідала нормативній.

Тепер порахуємо той же самий показник для структури T-S-S-T. У таблиці 7.3 наведено дані для первинної структури, а у таблиці 7.4 - для оптимізованої.

Таблиця 7.3. Розрахунок показника складності для первинної структури T-S-S-T

Таблиця 7.4. Розрахунок показника складності для оптимізованої структури T-S-S-T

Як видно, загальний показник складності збільшився в 1,1 рази. Порівняно зі структурою S-S-T-S-S оптимальна структура T-S-S-T є економічнішою - головним чином, за рахунок того, що елементи пам'яті у 100 разів дешевші за мультиплексори.

Тепер порахуємо те ж саме для структури ST-S-ST. Дані для первинної та оптимізованої структури наведено у таблицях 7.5 та 7.6 відповідно.

Таблиця 7.5. Розрахунок показника складності для первинної структури ST-S-ST

Таблиця 7.6. Розрахунок показника складності для оптимізованої структури ST-S-ST

Ми не розглядали показник складності структури ST-ST, але ж її оптимізація показала, що найкраще вона зводиться до структури ST-S-ST, тому й немає в даному випадку сенсу рахувати показник. Як бачимо, загальний показник складності зменшився в 1,2 рази, і з усіх схем є найкращим. Висновок можна зробити такий: за умов прийнятого цінового коефіцієнта для заданої кількості абонентів та апаратних характеристик обладнання оптимальним буде побудування центрального комутаційного поля за структурою ST-S-ST з параметрами, які відображено на рисунку 6.4 та у таблиці 7.6.

Однак цей теоретичний розрахунок практично втілюється в життя з деякою корекцією - в промислових системах ЦКП будується за структурою ST-S-S-ST. Така структура не є оптимальною з точки зору мінімізації показника складності, але набагато краще з точки зору модульності та масштабування - вона дозволяє продавати обладнання покупцям з розрахунком на те, що вони будуть розширяти свій бізнес у галузі зв'язку та додавати до своєї системи комутації модулі один за одним. Як звичайно, маркетингові міркування впливають на процес сильніше за інженерні.

Таблиця 7.7 Варіантів для групи А

Таблиця 7.8 Варіантів для групи Б

Таблиця 7.9 варіантів для групи В

Перелік джерел

1. Баркун М.А., Ходасевич О.Р. Цифровые системы синхронной коммутации. М.: Эко-Трендз, 2001, 188 с.

2. Беллами Дж.К. Цифровая телефония. М.: Эко-Трендз, 2004, 640 с.

3. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика - М.: Радио и связь, 1996, 272 с.

4. Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика - М.: Связь, 1979. - 224 с.

5. Лекции по курсу "Теория телетрафика" - Уляновский государственный технический университет

Додаток А

Форма для розрахунку місткового графа.

Размещено на Allbest.ru