Коммутационная схема типа впв. Аналоговые коммутаторы и мультиплексоры в устройствах на микросхемах. Появление коммутатора как такового

Системы распределения информации имеют конечное число каналов для обслуживания вызовов между абонентами. При поступлении очередного вызова система связывает один из своих входов с одним из выходов с помощью коммутационных устройств. Соединение нескольких коммутационных устройств в единую схему связи называется схемой коммутации. Различают два вида схем коммутации: полнодоступная и неполнодоступная.

При полнодоступном включении каждый вход схемы коммутации может быть соединен через коммутационные устройства с любым выходом (каналом связи) (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема полнодоступного включения

Очевидно, что для реализации такой схемы необходимо коммутационных устройств и большое число линий связи между ними. На практике редко удается реализовать данную схему включения из-за высокой стоимости ее реализации. Одним из способов сокращения стоимости оборудования является способ соединения входов с выходами с помощью неполнодоступного включения. В этом случае заданному входу , доступны не все каналы связи, а лишь некоторые. Причем в совокупности всем входам доступны все выходы. Различают идеально неполнодоступные схемы (рис. 4.2 а) и схемы ступенчатого включения (рис. 4.2 б, в).

При идеальном неполнодоступном включении каждой -й нагрузочной группе доступна только одна группа выходов .

При ступенчатом включении каждой -й нагрузочной группе может быть доступно две и более группы каналов связи. Следовательно, идеальное неполнодоступное включение является частным случаем схемы ступенчатого типа. Различают два вида схем ступенчатого типа: неравномерные (рис. 4.2 б) и равномерные (рис. 4.2 в).

При неравномерном ступенчатом включении каждой -й нагрузочной группе соответствует разное число групп выходов. Соответственно при равномерном ступенчатом включении число групп выходов, подключенных к соответствующей группе входов, равно.

Рис. 4.2. Виды неполнодоступного включения:

а) – идеальное неполнодоступное включение;

б) – неравномерное ступенчатое включение;

в) – равномерное ступенчатое включение

Анализ рис. 4.2 показывает, что благодаря ограничению доступа удается сократить число коммутационных устройств и линий связи. Например, для схемы рис. 4.2 а, число коммутационных устройств составит величину , которая будет меньше величины в случае полнодоступного включения, причем минимум объема коммутационного оборудования достигается при и .

Для реализации схем рис. 4.2 б и в необходимо больше коммутационных устройств, чем для схемы рис. 4.2 а, но при этом обеспечивается более высокая пропускная способность для различных нагрузочных групп. Соответственно вероятность того, что заявка застанет все каналы занятыми, становится меньше, а качество обслуживания в целом выше.

Таким образом, для реализации разных схем включения необходим разный объем коммутационного оборудования. Причем наибольшие затраты имеют место при реализации полнодоступных коммутационных схем, а меньшие – при идеальных неполнодоступных схемах. При этом объем оборудования требуется тем меньше, чем больше имеется нагрузочных групп при неизменном числе каналов связи.

Недостатком однозвенной схемы включения является большой объем коммутационных устройств, требуемых для соединения входов с выходами. Причем с увеличением входов или выходов, число устройств коммутации возрастает многократно. Поэтому на практике чаще применяют двухзвенные, трехзвенные и т.п. системы, которые позволяют получить заметную экономию в объеме коммутационного оборудования.

Особенности многозвенных коммута-циионных схем заключаются в том, что соединение входов и выходов осуществляется не только с помощью точек коммутации, но и с помощью так называемых промежуточных линий, т.е. соединений между различными коммутаторами системы (рис. 4.4). В качестве примера рассмотрим двухзвенную коммутационную схему на 100 входов и 24 выхода. Все выходы разобьем на 4 группы, а входы на 10 групп. Причем каждая группа входов и выходов включена в отдельный коммутатор (рис. 4.5).

Второй формой реализации многозвенной коммутационной схемы со звеньями пространственной и временной коммутации является структура, приведенная на . Эту коммутационную схему обычно называют схемой время - пространство - время. Информация, поступающая по каналу входящего тракта с ВРК , задерживается на входящем звене временной коммутации до тех пор, пока не будет найден соответствующий свободный путь через звено пространственной коммутации.

В этот момент информация будет передана через звено пространственной коммутации на соответствующее выходное звено временной коммутации, где она будет храниться до тех пор, пока не наступит временной интервал, в котором требуется осуществить передачу данной информации. Предполагая, что на звеньях временной коммутации обеспечивается полнодоступность (т. е. все входящие каналы могут быть соединены со всеми исходящими), при установлении соединения на звене пространственной коммутации можно использовать любой временной интервал. В функциональном смысле звено пространственной коммутации как бы повторяется (копируется) по одному разу для каждого внутреннего временного интервала Это иллюстрирует вероятностный граф схемы ВПВ , приведенный на .

Важной особенностью коммутационной схемы ВПВ , на которую следует обратить внимание, является то, что звено пространственной коммутации работает с разделением времени независимо от внешних трактов с ВРК . По существу, число временных интервалов работы звена пространственной коммутации l не должно совпадать с числом временных интервалов с внешних трактов с ВРК .
Если звено пространственной коммутации является неблокирующейся коммутационной схемой, то блокировка в схеме ПВП может возникать в тех случаях, когда нет свободных внутренних временных интервалов звена пространственной коммутации, в течение которых промежуточная соединительная линия, ведущая от входящего звена временной коммутации, и промежуточная соединительная линия, ведущая к исходящему звену временной коммутации, одновременно свободны. Очевидно, что вероятность блокировки будет минимальней, если число временных интервалов звена пространственной коммутации l будет выбрано достаточно большим. Действительно, проводя прямую аналогию с трехзвенными пространственными коммутационными схемами, схему ПВП можно считать неблокирующейся, если l=2c-1. Общее выражение для вероятности блокировки для коммутационной схемы ВПВ , отдельные звенья которой (В, П, В) являются неблокирующимися, имеет вид

Где - коэффициент временного расширения (l/с), l - число временных интервалов работы звена пространственной коммутации.
Сложность реализации ВПВ -коммутации можно рассчитать по следующей формуле

Cтруктура ВПВ более сложная, чем структура ПВП . Заметим, однако, что в коммутационной схеме ВПВ используется временная концентрация, а в схеме ПВП - пространственная. По мере того, как будет расти использование входящих соединительных линий, будет уменьшаться степень возможной концентрации. Если окажется, что нагрузка входящих каналов достаточно высока, то для поддержания заданного значения вероятности блокировки в коммутационных схемах ВПВ и ПВП необходимо вводить расширение соответственно в первой - временное, во второй - пространственное. Поскольку реализация временного расширения значительно дешевле, чем пространственного, то при высоком использовании каналов коммутационная схема ВПВ окажется более экономичной, чем схема ПВП . На приведены зависимости сложности реализации схем ПВП и ВПВ от использования входящих каналов.

Как видно из , коммутационные схемы ВПВ имеют четко выраженное преимущество перед схемами ПВП в области больших значений использования каналов. Для коммутационных схем малой емкости более предпочтительной оказывается структура ПВП . Возможно, что выбор конкретной архитектуры в значительно большей степени будет зависеть от других факторов, таких как модульность, простота организации тестирования, легкость наращивания емкости. Одним из моментов, который обычно выделяют, отдавая предпочтение структуре ПВП , является относительно более простые требования к организации управления схемами ПВП , чем схемами ВПВ . Для станций большой емкости с большой нагрузкой необходимость преимущественного использования структуры ВПВ становится совершенно очевидной. В подтверждение справедливости этого утверждения можно привести систему № 4 ESS со структурой ВПВ , которая является самой большой по емкости коммутационной схемой, построенной до настоящего времени.
Коммутационные схемы типа ВПППВ . Если звено пространственной коммутации схемы ВПВ оказывается достаточно большим по емкости, что приводит и к дополнительному увеличению сложности управляющего устройства, то для уменьшения общего числа точек коммутации звено пространственной коммутации заменяется многозвенной схемой. На приведена структура типа ВПВ , когда звено пространственной коммутации заменено трехзвенной схемой.

Поскольку три соседних звена являются звеньями пространственной коммутации, то эту структуру иногда называют коммутационной схемой ВПППВ. Сложность реализации схемы ВПППВ можно определить следующим образом:

Результаты показывают, что коммутационные схемы сверхбольшой емкости могут быть реализованы с использованием методов цифровою временного разделения на вполне приемлемом для практики уровне сложности. В середине 60-х годов стало очевидно, что на телефонной сети США необходимо использовать коммутационные схемы именно такой емкости. Поскольку для реализации сопоставимой с ними по емкости восьмизвеннои схемы пространственной коммутации потребовалось бы порядка 10 млн. точек коммутации, то традиционная технология, используемая при построении систем с пространственным разделением, была срезу же отвергнута, и фирма Bell System приступила к разработке системы № 4 ESS. Это была первая цифровая коммутационная система телефонной сети США, введенная в эксплуатацию в 1976 г. Система № 4 ESS (коммутационная схема типа ВПППВ) имеет емкость 107 520 соединительных линий, обеспечивает вероятность блокировки менее 0,005 при вероятности занятия канала 0,7 (11).

mstheme>

При появлении в конце 80-х начале 90-х годов быстрых протоколов, производительных персональных компьютеров, мультимедийной информации и разделении сети на большое количество сегментов классические мосты перестали справляться с работой. Обслужи вание потоков кадров между теперь уже несколькими портами с помощью одного процессорного блока требовало значительного повышения быстродействия процессора, а это довольно дорогостоящее решение.

Более эффективным оказалось решение, которое и «породило» коммутаторы: для обслуживания потока, поступающего на каждый порт, в устройство ставился отдельный специализированный процессор, который реализовывал алгоритм прозрачного моста. По сути, коммутатор - это мультипроцессорный мост, способный параллельно продвигать кадры сразу между всеми парами своих портов. Но если при добавлении процессорных блоков компьютер не перестали называть компьютером, а добавили только прилагательное «мультипроцессорный», то с мультипроцессорными мостами произошла метаморфоза - во многом по маркетинговым причинам они превратились в коммутаторы. Нужно отметить, что помимо процессоров портов коммутатор имеет центральный процессор, который координирует работу портов, отвечая за построение общей таблицы продвижения, а также поддерживая функции конфигурирования и управления коммутатором.

Со временем коммутаторы вытеснили из локальных сетей классические однопроцессорные мосты. Основная причина этого - существенно более высокая производительность, с которой коммутаторы передают кадры между сегментами сети. Если мосты могли даже замедлять работу сети, то коммутаторы всегда выпускаются с процессорами портов, способными передавать кадры с той максимальной скоростью, на которую рассчитан протокол. Ну а добавление к этому возможности параллельной передачи кадров между портами предопределило судьбу и мостов, и коммутаторов.

Производительность коммутаторов на несколько порядков выше, чем мостов - коммутаторы могут передавать до нескольких десятков, а иногда и сотен миллионов кадров в секунду, в то время как мосты обычно обрабатывали 3-5 тысяч кадров в секунду.

За время своего существования уже без конкурентов-мостов коммутаторы вобрали в себя многие дополнительные функции, родившиеся в результате естественного развития сетевых технологий. К этим функциям относятся, например, поддержка виртуальных сетей (VLAN), агрегирование линий связи, приоритезация трафика и т. п. Развитие технологии производства заказных микросхем также способствовало успеху коммутаторов, в результате процессоры портов сегодня обладают такой вычислительной мощностью, которая позволяет им быстро реализовывать весьма сложные алгоритмы обработки трафика, например выполнять его классификацию и профилирование.

Технология коммутации сегментов Ethernet была предложена небольшой компанией Kalpana в 1990 году в ответ на растущие потребности в повышении пропускной способности связей высокопроизводительных серверов с сегментами рабочих станций. У коммутатора компании Kalpana при свободном в момент приема кадра состоянии выходного порта задержка между получением первого байта кадра и появлением этого же байта на выходе порта адреса назначения составляла всего 40 мкс, что было гораздо ниже задержки кадра при его передаче мостом.

Структурная схема коммутатора EtherSwitch, предложенного фирмой Kalpana, представлена на рис. 1.

Рис. 1 Структура коммутатора EtherSwitch компании Kolpana

Каждый из 8 портов 10Base-T обслуживается одним процессором пакетов Ethernet (Ethernet Packet Processor, EPP). Кроме того, коммутатор имеет системный модуль, который координирует работу всех процессоров ЕРР, в частности ведет общую адресную таблицу коммутатора. Для передачи кадров между портами используется коммутационная матрица. Она функционирует по принципу коммутации каналов, соединяя порты коммутатора. Для 8 портов матрица может одновременно обеспечить 8 внутренних каналов при полудуплексном режиме работы портов и 16 - при дуплексном, когда передатчик и приемник каждого порта работают независимо друг от друга.

При поступлении кадра в какой-либо порт соответствующий процессор ЕРР буферизует несколько первых байтов кадра, чтобы прочитать адрес назначения. После получения адреса назначения процессор сразу же приступает к обработке кадра, не дожидаясь прихода остальных его байтов.

1. Процессор ЕРР просматривает свой кэш адресной таблицы, и если не находит там нужного адреса, обращается к системному модулю, который работает в многозадачном режиме, параллельно обслуживая запросы всех процессоров ЕРР. Системный модуль производит просмотр общей адресной таблицы и возвращает процессору найденную строку, которую тот буферизует в своем кэше для последующего использования.

2. Если адрес назначенля найден в адресной таблице и кадр нужно отфильтровать, процессор просто прекращает записывать в буфер байты кадра, очищает буфер и ждет поступления нового кадра.

3. Если же адрес найден и кадр нужно передать на другой порт, процессор, продолжая прием кадра в буфер, обращается к коммутационной матрице, пытаясь установить в ней путь, связывающий его порт с портом, через который идет маршрут к адресу назначения. Коммутационная матрица способна помочь только в том случае, если порт адреса назначения в этот момент свободен, то есть не соединен с другим портом данного коммутатора.

4. Если же порт занят, то, как и в любом устройстве с коммутацией каналов, матрица в соединении отказывает. В этом случае кадр полностью буферизуется процессором входного порта, после чего процессор ожидает освобождения выходного порта и образования коммутационной матрицей нужного пути.

5. После того как нужный путь установлен, в него направляются буферизованные байты кадра, которые принимаются процессором выходного порта. Как только процессор выходного порта получает доступ к подключенному к нему сегменту Ethernet по алгоритму CSMA/CD1, байты кадра сразу же начинают передаваться в сеть. Процессор входного порта постоянно хранит несколько байтов принимаемого кадра в своем буфере, что позволяет ему независимо и асинхронно принимать и передавать байты кадра (рис. 2).

Рис 2. Передача кадра через коммутационную матрицу

Описанный пособ передачи кадра без его полной буферизации получил название коммутации «на лету» (on-the-fly), или «напролет» (cut-through). Этот способ представляет собой, по сути, конвейерную обработку кадра, когда частично совмещаются во времени несколько этапов его передачи.

1. Прием первых байтов кадра процессором входного порта, включая прием байтов адреса назначения.

2. Поиск адреса назначения в адресной таблице коммутатора (в кэше процессора или в общей таблице системного модуля).

3. Коммутация матрицы.

4. Прием остальных байтов кадра процессором входного порта.

5. Прием байтов кадра (включая первые) процессором выходного порта через коммутационную матрицу.

6. Получение доступа к среде процессором выходного порта.

7. Передача байтов кадра процессором выходного порта в сеть.

На рис. 3 подставлены два режима обработки кадра: режим коммутации «на лету» с частичным совмещением во времени нескольких этапов и режим полной буферизации кадра с последовательным выполнением всех этапов. (Заметим, что этапы 2 и 3 совместить во времени нельзя, так как без знания номера выходного порта операция коммутации матрицы не имеет смысла.)

Рис. 3. Экономия времени при конвейерной обработке кадра: a - конвейерная обработка,
б - обычная обработка с полной буферизацией

Как показывает схема, экономия от конвейеризации получается ощутимой. Однако главной причиной повышения производительности сети при использовании коммутатора является параллельная обработка нескольких кадров.

Этот эффект иллюстрирует рис. 4, на котором показана идеальная в отношении производительности ситуация, когда четыре порта из восьми передают данные с максимальной для протокола Ethernet скоростью в 10 Мбит/с. Причем они передают эти данные на остальные четыре порта коммутатора не конфликтуя: потоки данных между узлами сети распределились так, что для каждого принимающего кадры порта есть свой выходной порт.

Если коммутатор успевает обрабатывать входной трафик при максимальной интенсивности поступления кадров на входные порты, то общая производительность коммутатора в приведенном примере составит 4 х 10 = 40 Мбит/с, а при обобщении примера для Депортов - (N/2) х 10 Мбит/с. В таком случае говорят, что коммутатор предоставляет каждой станции или сегменту, подключенному к его портам, выделенную пропускную способность протокола.

Рис. 4. Параллельная передача кадров коммутатором

Естественно, что в сети не всегда складывается описанная ситуация. Если двум станциям, например станциям, подключенным к портам 3 и 4, одновременно нужно записывать данные на один и тот же сервер, подключенный к порту 8, то коммутатор не сможет выделить каждой станции по 10 Мбит/с, так как порт 8 не в состоянии передавать данные со скоростью 20 Мбит/с. Кадры станций будут ожидать во внутренних очередях входных портов 3 и 4, когда освободится порт 8 для передачи очередного кадра. Очевидно, хорошим решением для такого распределения потоков данных было бы подключение сервера к более высокоскоростному порту, например Fast Ethernet или Gigabit Ethernet.

Нередко встречаются практические ситуации, когда необходимо обеспечить управление нагрузкой (например, осветительными лампами) по проводам с нескольких пультов. Первое, что приходит в голову, это решить подобную задачу «в лоб»: использовать множество проводов, ровно столько, сколько требуется для очевидного решения проблемы. В то же время понятно, что чем больше проводов, чем они длиннее, тем дороже и сложнее получается линия передачи или коммутации, тем меньше ее надежность, тем выше вероятность повреждения.

На рис. 15.1 приведена простая схема организации двухсторонней связи с использованием телеграфной азбуки [Р 7/84-39]. На приемной и передающей сторонах использованы одинаковые генераторы звуковой частоты, нагруженные на телефонные капсюли. Эти капсюли связаны между собой двухпроводной линией связи. Каждый из них одновременно является монитором (устройством контроля) собственного сигнала и индикатором звуковых сигналов, вырабатываемых корреспондентом. Очевидно, чем длиннее линия, тем выше ее электрическое сопротивление, тем выше потери сигнала в ней, соответственно, уменьшается и громкость принимаемого от корреспондента сигнала.

Если расстояние между корреспондентами не столь велико, в качестве одного из проводов линии при работе летом в полевых условиях можно использовать «землю». Для этого в землю вбивают металлический штырь, к которому присоединяют провод. На приемной стороне выполняют аналогичные действия. В качестве провода линии может быть использована и металлическая арматура, трубы, если связь происходит в пределах одного здания.

Генераторы передающей и приемной сторон питаются от отдельных источников питания — гальванических элементов напряжением 1,5 В. Для включения генераторов использованы телеграфные ключи S1 и S2. При отсутствии ключа аналог можно сделать из подручных материалов или использовать для этих целей кнопки. Специальных выключателей питания устройство не требует: эту функцию выполняют телеграфные ключи.

Для полноценного пользования телеграфной связью необходимо, как минимум, месяц осваивать телеграфную азбуку. Поэтому более привлекательными являются системы проводной телефонной связи. На рис. 15.2 — 15.4 приведены варианты практической реализации такой связи.

На рис. 15.2 показана типовая схема организации простейшего варианта проводной связи при использовании усилителя низкой частоты любого типа (см. главу 4). В качестве обратимых преобразователей звука (громкоговоритель — микрофон) используются обычные широко распространенные звуко-излучающие головки электродинамического типа. Для этих же целей можно использовать и телефонные капсюли, громкоговорители радиотрансляционной сети без каких-либо переделок.

Интересно, что наиболее простую линию связи можно организовать, соединив длинными проводами пару громкоговорителей радиотрансляционной сети. Громкость сигнала, разумеется, будет не столь высока, однако какого-либо источника питания для организации связи не требуется.

Переключатели SA1.1 и SA1.2 сдвоены и установлены на стороне одного из абонентов, который и производит поочередное их переключение с приема на передачу. Этим обстоятельством, конечно же, уменьшаются возможности второго абонента.

Практическая схема осуществления двухпроводной связи по схеме рис. 15.2 приведена на рис. 15.3. В качестве усилителя низкой частоты использован однокаскадный усилитель на транзисторе КТ315. Устройство питается от батареи напряжением 9 В. Выключатель питания на схеме не показан.

Устройство двухпроводной телефонной связи описано в книге П. Величкова и В. Христова (рис. 15.4). Оно подключается в двухпроводную линию, имеет собственный источник питания, отключаемый при помощи переключателя SA1. Одновременно этот переключатель (кнопка) позволяет переключать телефонную трубку (в которой собрано устройство) с приема на передачу. В режиме приема батарея, питающая усилитель, отключена. Устройство может находиться в состоянии «на прием» неограниченно долго. При нажатии кнопки SA1 включается двухкаскадный усилитель низкой частоты. Телефонный капсюль становится микрофоном, линия, с подключенными телефонами абонентов, является его нагрузкой. Преимуществом такого схемного решения является то, что количество телефонных трубок (число абонентов), подключенных к линии, не ограничено, но обычно не более десяти.

Помимо организации линии связи не менее актуальным является вопрос, касающийся равноправной возможности управления нагрузками с нескольких пультов. Такого рода задачи встречаются в сельском хозяйстве или в быту при необходимости включения освещения на входе в длинный коридор и выключения света при выходе из него. Существует много схемных решений, позволяющих выполнить эту задачу с использованием минимального количества проводов. С некоторыми из них можно познакомиться на рис. 15.5 — 15.11.

Устройство (рис. 15.5) позволяет включать/выключать ток в нагрузке с двух (или более) пультов управления при использовании источника постоянного тока [Р 2/73-48]. В схеме использовано свойство полупроводникового диода проводить ток только при одной полярности приложенного напряжения. Переключатели SA1 и SA2, установленные на противоположных сторонах линии, позволяют менять полярность питающего напряжения. Соответственно, при смене полярности диод будет закрыт, и ток через нагрузку не пойдет. Включение (переключение положения) любого из переключателей вновь сменит полярность и обеспечит тем самым «правильное», прямое подключение диода в разрыв линии, и протекание тока через нагрузку. В качестве нагрузки (рис. 15.5) может быть использован звуковой генератор либо светодиод с ограничительным резистором. Для самостоятельной доработки схемы рекомендуется подумать, каким образом можно управлять нагрузкой при помощи трех или более пультов управления.

Для многопультовой коммутации нагрузки, например, осветительных ламп, от источника постоянного или переменного тока могут быть использованы схемы, приведенные на рис. 15.6 и 15.7. Переключатели SA1 и SA2, а также SA3 позволяют независимо друг от друга включать/выключать свет в длинном коридоре. В этой схеме использовано три провода.

Четырехпроводные линии двухпультового управления приведены на рис. 15.8 и 15.10. Схема коммутации трех нагрузок по двум проводам показана на рис. 15.9.

Схемы (рис. 15.8 и 15.9) выполнены с использованием реле. Это усложняет устройство, однако позволяет использовать для линии управления провода малого сечения, поскольку ток управления реле, и ток, расходуемый на питание нескольких осветительных ламп, отличаются в сотни раз.

Для проверки работоспособности приведенных на рис. 15.5 — 15.8 схем питание на них можно подать от низковольтного выпрямителя, а взамен ламп накаливания для индикации использовать цепочку светодиод — резистор (рис. 15.8). Величина гасящего резистора R (в кОм) может быть вычислена по формуле:

Совершенно иной принцип управления нагрузкой при помощи неограниченного числа последовательно включенных пультов — кнопок показан на рис. 15.11.

В исходном состоянии напряжение сети через гасящий конденсатор С1 и резистор R1 подается на выпрямитель (VD1 — VD4). На выходе выпрямителя включен стабилитрон, ограничивающий напряжение на схеме управления до 15 В. Параллельно стабилитрону включен резистор R2 и конденсатор С2 (небольшой эмкости), кроме этого, через диод VD5 подключен конденсатор СЗ большой емкости (1000 мкФ), параллельно которому подключены последовательно соединенные тиристор VS1 и обмотка реле К1. Управляющий электрод тиристора подключен к катоду диода VD5.

При кратковременном нажатии на любую из кнопок SB напряжение питания отключается, конденсатор С2 мгновенно разряжается через резистор R2, а управляющий электрод тиристора через этот резистор подключается к конденсатору СЗ. При разряде конденсатора СЗ тиристор отпирается. Реле срабатывает и своими контактами включает нагрузку. Поскольку напряжение питания после отпускания кнопки вновь подается на схему, конденсатор СЗ поддерживается в заряженном состоянии, а тиристор в проводящем. Для отключения нагрузки необходимо нажать и удерживать около секунды любую из кнопок управления. Конденсатор СЗ полностью разрядится, тиристор запрется, реле и нагрузка отключатся.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

При большом числе пользователей более эффективны схемы коммутации, содержащие много звеньев. На рис. 2.3. приведена двухзвенная схема коммутации. Для определения

областей применения сравним эту и предыдущую схемы по числу тре­буемых точек коммутации.

Рис. 2 Двухзвенная коммутационная схема

На рис. 2 приняты следующие
обозначения: -

я - число входов в матрицу

звена А; г - число матриц звена А; т - число промежуточных ли­ний между звеньями А и В; s - количество входов в матри­цу звена В; к- число выходов из матрицы

звена В; /- связность.

Связность - это число проме­жуточных линий, которые соединя­ют одну определенную матрицу зве­на А с одной определенной матри­цей звена В. Пусть необходимо коммутировать N входов с М выходами. Тогда будут соблю­даться следующие условия:

для полнодоступной коммутационной схемы число точек коммутации равно NM;

для неполнодоступной схемы коммутации число точек коммутации равно r{nm) + (m/f) (fa);

число коммутаторов звена А (г) зависит от требуемого общего числа входов N и составляет г = N/n;

Число коммутаторов звена В (m/f) зависит от требуемого общего числа выходов М, т.е. m/f=M/k.

Тогда число точек коммутации неполнодоступной коммутационной схемы будет равно Nm + Ms. Тем самым определяется условие того, что многозвенная коммутационная схема более эффективна, чем однозвенная: число коммутационных точек в ней должно быть мень­ше, чем в полнодоступной

Последнему условию может соответствовать множество сочетаний параметров комму­тационных схем, но для всех из них справедливы соотношения

т/М< 1 и s/N< 1 (гдеN, M, m, s 0).

Эти требования означают, что число выходов матрицы звена А не должно быть больше общего числа выходов всей коммутационной схемы М, а число входов звена В не должно быть больше общего числа входов в коммутационную схему N.

Такое условие выполняется для всех реальных задач. Число выходов матриц, которые используются для малых станций (100...500 входов и тот же диапазон числа выходов) варьи­руется от 4 до 8, а для больших емкостей (4000...300 000 входов и выходов) используются матрицы, имеющие 512 выходов. Из приведенных данных следует, что в современных теле­фонных станциях однозвенные коммутационные схемы во много раз менее экономичны, чем многозвенные. Однако небольшое число входов в коммутационную матрицу не позво­ляет построить коммутационную двухзвенную схему с достаточно большим числом выхо­дов. Для этих случаев применяются многозвенные схемы (рис. 3).

Рис. 3 Пример построения 4-звенной коммутационной схемы 512x512

На рис. 3 показан блок, содержащий 8 коммутационных матриц 8x8. Он имеет общее число входов N = 64 и выходов М = 64. Для увеличения числа входов и выходов строится схема из 8 блоков, которая позволяет увеличить число входов и выходов до N = М = 512.

Показанная на рис. 3 схема коммутации имеет равное количество входов и выходов, однако, для построения телефонных систем применяются различные типы блоков. Они различаются не только параметрами коммутаторов и числом каскадов, но и назначением. Например, известно, что уровень загрузки абонентских линий довольно низок (за исключе­нием таксофонов, линий с терминалами сети Интернет). В среднем они используются на 10-15%. Для межстанционных линий, стоимость которых очень высока, необходимо увели­чить интенсивность использования и тем самым снизить требования по числу линий, выде­ляемых для заданной группы абонентов. Поэтому для включения абонентских линий при­меняются специальные схемы с концентрацией (рис. 2.5).

Рис.4 Концентрация нагрузки на звене А: а) 2-звенная схема с концентрацией; б)пример создания матрицы с концентрацией

Для этого применяются матрицы, которые имеют число входов большее, чем число выхо­дов. Это может достигаться конструктивно или путем запараллеливания выходов (рис. 4). В цифровых системах коммутации широко применяются варианты, когда концентрация пу­тем запараллеливания делается на абонентских (терминальных) комплектах, что вносит до­полнительные удобства. При рассмотрении вопросов построения терминальных комплектов будут рассмотрены и такие варианты.