12.5 Автоматичний телефонний зв'язок на залізничному транспорті

Принципи автоматичної комутації. Загальні відомості про системи АТС

Під комутацією розуміють процес утворення електричних трактів для передачі повідомлень між абонентськими пунктами. На мережі зв'язку комутація здійснюється комутаційними станціями, в які включаються абонентські пристрої. Комутація може здійснюватися вручну або автоматично. Ручна комутація зберіглася при організації міжміського зв'язку і виконується телефоністками ручних міжміських комутаторів. Автоматична комутація переважно розповсюджена на мережах зв'язку.

Можна виділити наступні способи комутації - комутацію каналів, пакетів, повідомлень.

Телефонні мережі дозволили накопичити досвід в області комутації каналів, тобто техніки встановлення з'єднань для двосторонніх обмінів інформацією в реальному часі. Телеграфні мережі виявилися джерелом досвіду в області комутації повідомлень, при якій зв'язок здійснюється без встановлення з'єднань. В цьому випадку повідомлення передаються по мережі з одного вузла до іншого, записуються на кожному вузлі, після чого відтворюються для передачі до наступного вузла.

Коли засоби зв'язку почали переводити на цифрову техніку, а окремі служби (чи послуги) зв'язку інтегрувати на основі цифрової техніки в єдиній мережі, не були забуті та отримали подальший розвиток обидва цих історичних режими комутації.

В теперішній час термін "комутація повідомлень" застарів, причому застаріли лише слова, але не сам процес зв'язку. Це легко зрозуміти, якщо уявити собі випадок передачі дуже довгого повідомлення. Таке повідомлення не тільки затримає наступні за ним короткі повідомлення, але й перевантажить накопичувач, що може призвести до втрати частини повідомлення. Тому перейшли від передачі і комутації повідомлень до передачі і комутації пакетів. В цьому випадку повідомлення розбивається на окремі блоки даних, які називають пакетами, і кожен такий блок передається самостійно. В результаті цього короткі повідомлення, які укладаються в один пакет, отримують перевагу, і доставляються швидше.

Важливо звернути увагу на те, що при використанні слова "пакет" необхідно проявляти обачність, оскільки це слово може вживатися як у широкому, так і у вузькому сенсі. У широкому сенсі слова пакетом часто називають будь-який блок даних, сформований для передавання цифровим каналом. Наприклад, у літературі це слово іноді застосовують навіть до комірок технології асинхронного режиму перенесення АТМ. У вузькому ж сенсі пакетом називається конкретний тип блоку даних, а саме: блок даних мережевого рівня багатошарової архітектури взаємодії відкритих систем. Такий пакет формується додаванням до блоку даних транспортного рівня заголовка пакета. Потім до пакета додається заголовок кадру, і отриманий після цього блок, званий кадром, передається на рівні каналу. Прикладом вживання слова пакет у такому вузькому сенсі є стандарт Х.25. Якщо пакет завдовжки, наприклад, 3840 розрядів, передається за допомогою технології АТМ, він має бути розбитий на 10 комірок. Звідси стає зрозумілим, як можна заплутати питання, застосувавши слово «пакет» до комірки АТМ (довелося б говорити, що пакет передається за допомогою пакетів).

Нині існують дві великі всесвітні мережі зв'язку, які взаємно збагачують, але й гостро конкурують між собою. Одна з них - комутована інтегральна мережа зв'язку загального користування, що працює за принципом комутації каналів. Інша - мережа Інтернет, що працює за принципом передавання і комутації пакетів.

Вид комутаційної станції залежить від виду комутованих повідомлень (мовлення, телеграми, передача даних); комутаційних приладів, що застосовуються в них; призначення мережі зв'язку (установча, міська, сільська, міжміська).

В залежності від виду комутованих повідомлень можна виділити: автоматичні телефонні станції, автоматичні телеграфні станції, центри комутації пакетів (ЦКП) та інтегральні станції. Останні дозволяють комутувати тракти, по яких передаються мовленнєві і телеграфні повідомлення, здійснюється передача даних.

Розглянемо АТС. За видами комутаційних приладів можна виділити електромеханічні, квазіелектронні та електронні АТС.

Електромеханічні АТС бувають декадно-крокові, координатні та релейні.

Декадно-крокові АТС (АТСДК) будували на основі щіткових шукачів, у яких комутаційним елементом є щітка і ламель контактного поля.

В координатних АТС (АТСК) використовуються спеціальні з'єднувачі, що називаються багаторазові координатні з'єднувачі, в яких комутаційний елемент утворюється рухомими контактними пружинами і нерухомими вертикальними шинами. Координатні АТС можна також будувати на базі інших з'єднувачів.

В релейних АТС комутація здійснюється з використанням окремих електромагнітних реле. Через великі розміри релейні АТС використовуються для малих груп абонентів (ємність 10-20 номерів). Доля таких станцій на мережі зв'язку залізниць дуже незначна.

В квазіелектронних АТС (АТСКЕ) комутація забезпечується малогабаритними швидкодіючими комутаційними приладами, з герметизованими контактами. До таких приладів відносяться герконові реле з електричним або магнітним утриманням контакті в замкнутому стані та з відкритими контактами, міні-МКС (miniswitch), реле ЕСК. В АТСКЕ використовуються електронні керуючі пристрої. У всіх електромеханічних і квазіелектронних АТС використовується просторове ділення каналів.

В електронних АТС (АТСЕ) комутаційні прилади і керуючі пристрої виконані з електронних елементів. Ці АТС будують з просторовим і з часовим розділенням каналів. В аналогових АТСЕ (з просторовим розділенням) комутаційними приладами є аналогові електронні контакти. АТСЕ з часовим розділенням каналів здійснюють комутацію цифрових сигналів (сигнали імпульсно-кодової модуляції - ІКМ), через що отримали назву цифрові АТС (АТСЦ). Найбільша частина електронних АТС - цифрові. 

Незалежно від виду до складу кожної АТС входить наступне обладнання: комутаційне поле, яке складається з комутаційних приладів і слугує для утворення електричних трактів передачі повідомлень; комплекти узгодження, які забезпечують сумісну роботу АТС з різними периферійними пристроями мережі (телефонні апарати, прилади сусідніх АТС і т.д.); пристрої прийому і передачі на інші станції цифр номера; пристрої управління роботою станції; генераторне обладнання, яке виробляє різні електричні сигнали, в часності, які слугують для оповіщення абонентів про встановлення з'єднання (сигнал відповіді станції, "зайнято", надсилання і контроль виклику); кросс (головний щит перемикання), на якому здійснюється довготривалі з'єднання між лінійними (абонентські, з'єднувальні лінії) та станційними (входи і виходи станційних приладів) колами; пристрої електроживлення станції.

Розглянемо узагальнену структурну схему АТС (дис.рис.нижче), на прикладі якої визначимо основні функції АТС.

На схемі показані наступні пристрої: КП - комутаційне поле; АК та ШК - абонентський і шнуровий комплекти, які забезпечують роботу разом з телефонними апаратами по лінії 2; В'К та ВК - вихідний та вхідний комплекти з'єднувальних ліній (ЗЛ), які слугують для взаємодії з іншими телефонними станціями; Р - регістр, який приймає номер абонента по лінії 1; ПУ - пристрої управління станцією, які формують і передають сигнали управління до різних пристроїв станції, а також приймають від них різні сигнали, що характеризують етапи з'єднання і роз'єднання; ГО - генератоне обладнання; К - кросс; УЕП - пристрої електроживлення станції; АЛ - абонентська лінія, В - виклик.

Алгоритм встановлення з'єднання між двома ТА, включеними в АТС, має наступні етапи. Абонент, що здійснює виклик, знімає з телефонного апарату ТА А трубку і на АТС передається виклик. Виклик фіксує ться в АК, і сигнал про виклик передається в ПУ. ПУ встановлює через КП з'єднання з регістром наступним шляхом: ТА А - АЛ - АК - КП - Р. З регістру Р абоненту передається сигнал відповіді станції (частота 425 Гц, безперервно), що означає, що абонент може набирати цифри номера. Під час набору номера цифри приймаються і запам'ятовуються в Р. По закінченні набору номера цифри передаються з Р в ПУ, після чого регістр вивільняється, а з'єднувальний шлях від АЛ А до Р порушується. ПУ по прийнятих цифрах визначає стан АЛ абонента, якого викликають (ТА Б) і з'єднувальних шляхів: (ТА А) - АЛ - АК - КП - ШК - КП - АК - АЛ (ТА Б). Якщо абонент Б вільний і є хоча б один з'єднувальний шлях від АЛ (А) до АЛ (Б), утворюється обраний з'єднувальний шлях (в комутаційному полі включаються відповідні комутаційні прилади). З ШК в бік АЛ (Б) передається викличний сигнал, а у бік АЛ (А) - контроль виклику. При відповіді абонента Б сигнал відповіді приймається у ШК. Припиняється надсилання виклику, і абоненти розмовляють. Після відбою з'єднувальний шлях порушується, а абоненту, який не зробив "відбій", надсилається сигнал "зайнято".

АТС координатної системи і квазіелектронні АТС

АТС координатної системи в порівнянні з декадно-кроковими станціями мають переваги, серед яких - надійність роботи, забезпечення багатопровідної комутації, невисокі капітальні та експлуатаційні витрати. Координатні АТС характеризуються використанням в якості пристроїв комутації багаторазових координатних з'єднувачів (БКЗ), блоковим принципом побудови, використанням ланкових структур в ступенях шукання, опосередкованим способом управління пристроями комутації з використанням регістрів і маркерів.

З'єднувач БКЗ є основним комутаційним приладом координатних АТС. В БКЗ використовуються контакти тиску (зазвичай із срібла), які забезпечують малий електричний опір. Конструктивно БКЗ представляє собою комплекс шукачів із загальним приводом. Привід складається з планок вибору та утримання, які переміщуються під дією електромагнітів. В результаті переміщення планок відбуваються з'єднання входів і виходів шукачів.

АТС при встановленні з'єднань між абонентами виконує дві основні задачі: відшукання потрібної лінії та утворення розмовного тракту. В АТС координатної системи ці функції виконують різні пристрої. Утворення розмовного тракту забезпечують БКЗ, а функція відшукування лінії реалізується шляхом загальних керуючих пристроїв - маркерів. Такий спосіб встановлення з'єднання називають обхідним.

Для зменшення часу зайняття маркерів і приладів розмовного тракту в координатних АТС використовується опосередковане (регістрове) керування. Регістри приймають знаки номера від абонентів, а потім передають їх послідовно швидкодіючим кодом в маркери. Для побудови маркерів та регістрів використовються електромагнітні реле та електронні елементи (транзистори і діоди).

Комутаційні пристрої координатної АТС зазвичай мають дволанкову або багатоланкову побудову і утворюють ступені шукання або одну загальну для всієї станції комутаційну систему.

Апаратура АТС виконується у вигляді блоків, які містять комутаційні та управляючі прилади відповідних ступенів шукання. Управляючі прилади можуть бути індивідуальними для кожного блоку, загальними для декількох або усіх блоків даного ступеню шукання або загальними для всієї АТС.

Існує декілька типів АТС координатної системи, які відрізняються між собою за конструкцією і комутаційними параметрами БКЗ, побудовою схеми станції, ємністю і принципами групоутворення блоків ступенів шукання, а також за ступенем централізації управління комутаційними приладами. АТСК 100/2000 використовується для установчих та сільських мереж, АТСК-У використовується на великих міських телефонних мережах. Ці станції знайшли своє застосування і на телефонній мережі залізничного транспорту.

Цифрові АТС

На цифровій АТС (АТСЦ) в комутаційному полі здійснюються з'єднання між часовими каналами цифрових з'єднувальних ліній, включених в станцію.

Станція АТСЦ (див.рис.нижче) включає в себе: цифрове комутаційне поле КПц, цифровий концентратор Кц, аналого-цифрові перетворювачі АЦП, абонентські комплекти АК, комплекти з'єднувальних ліній КЗЛ, мультиплексор МХ, сигнальні пристрої СП, герератор тональних сигналів ГТС, лінійне обладнання ЛО цифрових ЗЛ, пристрої управління ПУ та зовнішні пристрої ЗП.

В КПц включаються цифрові 32-канальні ЗЛ. Всередині КПц здійснюються міжканальні з'єднання у відповідності з вимогами абонентів на встановлення з'єднань. В АК включаються аналогові абонентські лінії. Через АЦП мовленнєві та інші аналогові сигнали перетворюються в сигнали ІКМ (імпульсно-кодової модуляції) і навпаки. При передачі мови від кожного АЦП до Кц передається цифровий потік 1 зі швидкістю 64 кбіт/с, який в Кц об'єднується з такими ж потоками від інших АЦП. В результаті на виході Кц утворюється цифровий потік 2 зі швидкістю 2048 кбіт/с, який містить 32 часових канальних інтервали, з яких 30 використовується для передачі мови, один для передачі сигналів управління і даних сканування АК і ще один для синхронізації ЦЗЛ. При прийомі мови в Кц від КПц приймається аналогічний потік зі швидкістю 2048 кбіт/с, який в Кц розподіляється між АЦП. Від Кц до кожного АЦП передається цифровий потік зі швидкістю 64 кбіт/с, який несе мовленнєву інформацію. Окрім об'єднання (мультиплексування) і розділення (демультиплексування) цифрових потокв, в Кц концентрується телефонне навантаження (в один Кц включається більше 30 абонентських ліній). Для об'єднання і розділення цифрових потоків зі швидкістю 64 кбіт/с використовується мультиплексор МХ. Генератор тональних сигналів передає через комутаційне поле до АЛ, аналогові ЗЛ, канали ЦЗЛ сповіщальні сигнали станції (готовність прийому номера), контролю посилання виклику, зайнято та ін. Лінійне обладнання здійснює перетворення лінійних первинних цифрових потоків у внутрішньостанційні потоки, які комутуються в КПц і навпаки. ПУ забезпечує встановлення з'єднань, автоматизацію технічного обслуговування та адміністрування станції.

Встановлення цифрових АТС на мережах залізниць є актуальним, що пояснюється, по-перше, універсальністю їх використання на мережах зв'язку, по-друге, тенденцією створення повністю цифрових мереж зв'язку. Крім того, на базі цифрових комутаційних станцій створюються цифрові мережі з інтеграцією обслуговування. Інтегральна мережа отримала в закордонній літературі позначення ISDN (Integrated Services Digital Network),

Розглянемо види інтеграції і доступів на мережі. цифрові комутаційні станції дозволяють об'єднати мережі телефонного, телеграфного зв'язку і передачі даних. На такій мережі може бути організований відеотелефонний зв'язок. На інтегральній мережі різні види повідомлень передаються з використанням загальних комутаційних станцій і ліній передачі.

На мережі з функціями ISDN повідомлення будь-якого виду передається від одного абонентського пункту до іншого в цифровому вигляді.

Абонентам інтегральної мережі надається широкий набір додаткових послуг, які діють по усій мережі (наприклад, можна організувати конференцзв'язок для абонентів, апарати яких включені в різні комутаційні станції мережі). На інтегральній мережі технічний персонал має можливість контролювати стан комутаційних станцій і систем передачі усієї мережі, а також управляти мережею з одного її пункту.

Дія додаткових послуг по усій мережі, централізація технічного обслуговування і управління мережею можливі при організації на інтегральній мережі загальних каналів сигналізації. По загальних каналах сигналізації, окрім сигналів, необхідних для встановлення з'єднання, передаються дані по наданню додаткових послуг з контролю і управління технічними засобами мережі.

Апаратура оперативно-технологічного зв'язку з часовою комутацією

Апаратура оперативно-технологічного зв'язку з часовою комутацією призначена для використання в якості розпорядчої станції диспетчерського телефонного зв'язку, а також виконавчої станції і комутатора місцевого телефонного зв'язку. Апаратура розрахована для роботи в системі відділкового зв'язку по групових телефонних каналах аналогових і цифрових систем передачі та фізичних лініях.

Структурна схема апаратури наведена на рисунку нижче, де позначено: ПП - периферійний процесор, ЦП - центральний процесор; ПЗ - пристрій з'єднання з пультами.

З пульта керівника (на робочих місцях диспетчерів) забезпечується: надсилання і прийом виклику по кожній з підключених до КС лінії; надсилання вибіркового, групового та циркулярного виклику по лінії диспетчерського зв'язку; надсилання сигналу вибіркового підключення стаціонарних радіостанцій поїзного радіозв'язку; прийом виклику голосом  по лінії диспетчерського зв'язку; надсилання вибіркового виклику по лінії станційного зв'язку; прийом викличного сигналу 1600 Гц; надсилання