PART_2 (Коммутатор цифровых каналов системы передачи)

ГЛАВА 2

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

1. СРАВНЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ С ЦИФРОВОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТЬЮ КОМПАНИИ “МТУ-ИНФОРМ”

Прежде всего необходимо отметить, что обе системы имеют в своей основе кольцевой принцип построения сети, что обеспечивает преимущества по сравнению с радиальной схемой построения сети (см. Введение). Основным отличием проектируемой системы от сети, построенной по принципу Синхронной Цифровой Иерархии, является снижение минимальной пропускной способности канала до 2,048 Мбит/с, это накладывает определенные условия на построение устройств обеспечивающих работу сети. Вторым важным отличием проектируемой системы является децентрализация управления, которая позволяет использовать устройства системы независимо от центрального узла управления, что в конечном итоге позволяет продолжить работу сети при выходе из строя центрального управляющего элемента, и тем самым повысить надежность системы вцелом.

3.2 РАССМОТРЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Исходя из назначения устройства, можно представить устройство в виде некоего блока, который обеспечивает пространственно-временную коммутацию 256^ти входящих цифровых каналов, в соответствии с сигналами УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ, и выравнивает входящие групповые каналы по циклам. Структурная схема такого устройства показана на рисунке 3.1.

БЛОК

КОММУТАЦИИ

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Шина обмена с внешним контроллером управления

- 2,048 Мбит/с

- Шины обмена

Рис. 3.1 Общее строение устройства коммутации.

Для обеспечения циклового выравнивания входящих групповых каналов в БЛОКЕ КОММУТАЦИИ необходим специальный блок, отвечающий за выравнивание (назовем этот блок БЛОКОМ КОММУТАЦИИ И ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ), а для синхронизации необходимо выделить синхроимпульсы цикловой и сверхцикловой синхронизации. Тогда структурная схема примет вид, показанный на рис. 3.2. Этот вариант укрупненной структурной схемы включает в себя дополнительно БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА.

БЛОК

КОММУТАЦИИ И ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ

БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Шина обмена с внешним контроллером управления

- 2,048 Мбит/с

- Шины обмена

Рис. 3.2 Укрупненная структурная схема проектируемого устройства.

Далее необходимо рассмотреть принцип коммутации разноименных временных каналов, как отмечалось во Введении, коммутация сводится к перестановке импульсов из одной временной позиции в другую. Но в данном случае такая перестановка возможна только в одном групповом канале, а нам необходимо скоммутировать 8 групповых каналов, т.е. помимо временной коммутации необходима еще и пространственная. Такие требования существенно усложняют проектируемое устройство и поэтому необходимо рассмотреть возможность исключения пространственной коммутации, этого можно добиться объединением входящих групповых каналов в один общий канал с пропускной способностью 16,384 Мбит/c.

2,048 [Мбит/с] * 8 = 16,384 [Мбит/с]. (3.1)

Такое преобразование канала должен выполнять специальный БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ОБЩЕГО КАНАЛА, тогда вся коммутация будет осуществляться только во временной области и это упростит решение задачи построения коммутационного блока. До этого блока необходимо выровнять входящие каналы по циклам, поэтому цикловое выравнивание следует выполнять в отдельном БЛОКЕ ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ. При таком построении схемы на выходе БЛОКА КОММУТАЦИИ будет сформирован общий канал со скоростью передачи 16,384 Мбит/с, его необходимо разделить на 8 исходящих групповых каналов, для этого требуется БЛОК ОБРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ. Структурная схема, отвечающая вышеперечисленным требованиям, изображена на рис. 3.3.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

• 2,048 Мбит/с

• 16,384 Мбит/с

• Шины обмена

Шина обмена с внешним контроллером управления

Рис. 3.3 Первичный вариант структурной схемы.

При всех достоинствах данного построения, у этой структурной схемы существует недостаток, который заключается во внутреннем умножении тактовой частоты в 8 раз, что накладывает свой отпечаток на построение устройства в целом. В качестве прототипа мне была предложена следующая схема построения устройства (см. рис. 3.4), здесь предложено распараллелить общий канал на 2 канала, по которым поступают четные и нечетные импульсы, это позволяет снизить умножение частоты в два раза, другими словами пропускная способность каждого из внутренних каналов составляет 8,192 Мбит/с.

( 2,048 [Мбит/с] * 8 ) / 2 = 8,192 [Мбит/с]. (3.2)

Такое построение схемы позволяет частично компенсировать недостатки предыдущей схемы и в конечном итоге снизить требования к быстродействию отдельных элементов схемы. В структурной схеме прототипа была реализована возможность объединения нескольких блоков со сходными функциями в один. В результате преобразования блоки ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ, ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА и БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ОБЩЕГО КАНАЛА были объединены в БЛОК ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОДА ИКМ-30/32. А БЛОК ОБРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ был переименован в БЛОК ОБРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОДА. Преобразованная структурная схема устройства коммутации представлена на рис. 3.4.

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Шина обмена с внешним контроллером управления

• 2,048 Мбит/с

• 8,192 Мбит/с

• Шины обмена

Рис. 3.4 Структурная схема прототипа.

Логичным продолжением рассмотренных вариантов структурных схем, на мой взгляд, является вариант схемы, где общий канал распараллеливается на 8 каналов, что позволяет снизить внутреннюю пропускную способность каналов до 2,048 Мбит/с и, соответственно, не производить внутреннего умножения частоты. Это позволяет существенно снизить требования к быстродействию внутренних элементов и упростить схемотехнику устройства. При детальном рассмотрении структуры можно заметить, что для обеспечения циклового выравнивания входящих групповых каналов необходимо запомнить информацию из этих каналов, приходящую в разное время, а затем начать считывание информации по сигналу синхронизации из УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. Как показано во Введении, для выполнения временной коммутации также необходимо запомнить приходящую информацию, а затем считывать эту информацию в порядке соответствующим карте коммутации. Отсюда несложно сделать вывод о целесообразности объединения блоков ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ и КОММУТАЦИИ, а БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА можно оставить в виде отдельного блока. Такая структурная схема представлена на рис. 3.5.

Рассмотрим подробнее назначение блоков и их отличия от прототипа:

1. БЛОК ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ предназначен для приема 8^ми входящих групповых каналов формата ИКМ – 30/32 их последующего выравнивания, временного уплотнения и коммутации. По сравнению с прототипом такое объединение функций позволило снизить внутреннюю частоту с 8192 кГц до 2048 кГц, т.е. в четыре раза, а задержку передачи информации с 2 – 3 циклов в прототипе, до 1 - 2 за счет объединения функций коммутации и выравнивания в одном блоке. Снизить внутреннюю частоту до тактовой частоты входного сигнала стало возможным из-за пространственного распараллеливания разрядов уплотненного общего канала и передачи этих разрядов по параллельной шине. А так как все восемь разрядов информационного канала всегда коммутируются по одному адресу, то пространственной коммутации не требуется, а весь процесс коммутации сводится, как показано выше лишь к перестановке канала из одной временной позиции в другую.

2. БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА предназначен для выделения из информационных каналов потока ИКМ – 30/32 сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации, которые позволяют синхронизировать работу устройства в целом и выровнять входящие групповые каналы. Этот блок принципиально не отличается от аналогичного блока в прототипе.

3. БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДЯЩИХ КАНАЛОВ предназначен для преобразования скоммутированного уплотненного временного канала в 8 выходных групповых каналов и вставки в них служебных каналов, пришедших из УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. Принципиальным отличием от аналогичного блока в прототипе является отсутствие повышенной тактовой частоты входящего уплотненного канала и наличие 8^ми разрядной шины на входе блока.