Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 621.395.65

УПРАВЛЕНИЕ КОММУТАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ В ИНТЕГРИРОВАННЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ

Тищенко И.А., Лубяный В.З.

Постановка проблемы. Задачей данной работы является выбор наиболее оптимального при реализации на современной элементной базе подхода к выполнению коммутации в мини-АТС.

Анализ последних достижений.

Изменение аппарат­ного устройства АТС вызвало измене­ние требований к коммутационному полю. В современных цифровых АТС, вместо коммутации физических це­пей, осуществляется коммутация синхрон­ной информации, т.е. устанавливается логическое (виртуальное) соединение между двумя абонентами. Такая смена задачи существенно упростила реализацию ком­мутационного поля на цифровых ИС, по­скольку емкость такого поля теперь в первую очередь зависит от быстродей­ствия микросхем. Емкость полнодоступ­ного неблокируемого коммутационного поля современных ИС порой достигает 10 тыс. каналов.

С применением современной эле­ментной базы абонентская емкость увеличилась в 10-20 раз, или, другими словами, замена оборудования АТС выс­вобождает около 60-90% ранее зани­маемой площади. Минимизация габа­ритов оборудования АТС позволила размещать их в «помещениях» площа­дью до 1 м2 и эксплуатировать их в не­обслуживаемом режиме [1].

Преимущество таких «выносных» АТС ощутимо в случае их расположе­ния в местах удаленного компактного размещения абонентов, что существен­но снижает затраты на прокладку до­полнительного кабеля и повышает ка­чество связи, поскольку, длина абонентской линии, которая подвержена по­мехам в области тональных частот, становится мини­мизированной. Высвободившиеся ка­бельные пары абонентского кабеля вполне пригодны для транспортиров­ки 30-канального телефонного потока непосредственно (для близких рассто­яний) с применением линейного кода HDB-3 (МЧПИ-3) или посредством xDSL модемов (для дальних расстояний) с применением линейного кода 2B1Q, QAM или других. Эффект также ощу­тим от замыкания внутреннего трафи­ка в самой выносной АТС, что, в слу­чае преобладания внутреннего трафи­ка, резко сокращает количество отка­зов на  предоставление соединения. Это объясняется тем, что для установ­ления одной внутренней связи  теперь не нужно занимать два канала связи в сторону опорной АТС, что, в свою оче­редь,  позволяет использовать их по прямому назначению – для установ­ления межстанционных связей. Функ­ция распределения трафика возлага­ется на виртуальный анализатор кода станции, который фактически реализован в виде программного обеспечения и исполняется в центральном управляющем устрой­стве. Такая гибкость позволяет создать АТС с определенным индексом и неопределенным (по номеру) местонахождением абонента, что весьма удобно при создании больших корпоративных сетей связи.

Если такую «выносную» станцию организовывает для себя фирма или предприятие это дает возможности для реализации некоторых полезных функций и такие станции называются офисные или мини-АТС. Именно в этом случае появляется возможность интеграции телефонных станций и компьютерной системы данной организации, что обеспечивает реализацию: записи телефонных переговоров, организацию конференций и автоматических диалоговых систем на основе синтеза и распознавания речи. Далее будет более подробно рассмотрен подход к выполнению коммутации в мини-АТС.

Изложение основного материала. В простейших мини-АТС коммутация сигналов осуществляется в аналоговой форме. Структура существующих аналоговых микросхем коммутации имеет вид решетки, обеспечивающей подключение любого из выводов группы X к любому из выводов группы Y. При построении мини-АТС на этих микросхемах рекомендуется [2] преобразовать каждый порт из двухпроводного в четырехпроводной, а затем подключать входы к  группе X, а выходы к группе Y. Такая схема обеспечивает полнодоступную коммутацию. Недостатком ее является рост объема схемы коммутации пропорциональный квадрату числа портов, что вызывает большие затруднения при наращивании числа абонентов.

Нельзя забывать о том, что число портов мини-АТС определяется, как сумма:

- числа абонентов;

- числа линий, соединенных с городской АТС;

- количества участников, организуемой конференции;

- количества портов для выдачи и анализа служебных каналов;

- числа портов, необходимых для регистрации речи.

Для уменьшения объема схемы коммутации используется идея шнуровых комплектов, которая появилась еще на заре развития телефонии. В этом случае все порты подключаются к X выводам коммутатора, причем преобразование порта из двухпроводного в четырехпроводной не обязательно. А выводы Y рассматриваются как шнуровые комплекты.

Для организации разговора между двумя абонентами необходимо  соответствующие порты подсоединить к одному и тому же шнуровому комплекту. То есть количество шнуровых комплектов определяет максимальное число одновременно ведущихся разговоров.

Для определения числа необходимых шнуровых комплектов рассмотрим математическую модель работы мини-АТС, представляющую из себя систему массового обслуживания (СМО) с отказами.

Данная задача была рассмотрена матема­тиком Эрлангом. Но в отличии от классической теории Эрланга, где интенсивность поступления заявок λ остаётся постоянной величиной, в нашем случае λ пропорциональна числу незадействованных портов.

Для начала построим граф состояний, представляющий собой так называемую  «схему гибели и размножения» [3]. Особенность этого графа в том, что все состояния системы можно вытянуть в одну цепочку, в которой каждое из средних состояний (S1, S2, …, Sk-1) связано прямой и обратной стрелкой с каждым из соседних состояний – правым и левым, а крайние состояния (S0, Sk) – только с одним соседним состоянием.   

 

Рис. 1 Граф состояния для схемы гибели и размножения

 

Пользуясь графом, выведем уравнение вероятности отказа. Его существование вытекает из того, что из каждого состояния можно перейти в каждое другое, и число состояний конечно.

 

(1)

 

где:

Pотк – вероятность того, что пришедшая заявка получит отказ (не будет обслужена);

μ – интенсивность обслуживания;

n – количество портов;

k – число шнуровых комплектов;

β – интенсивность поступления заявок от одного порта;

P0, P1, P2, …, Pk – финальные вероятности состояний.

В числителе данной формулы стоит произведение всех интенсивностей, стоящих у стрелок, ведущих слева направо (с начала и до данного состояния Sk), а в знаменателе  - произведение всех интенсивностей, стоящих у стрелок, ведущих справа налево (с начала и до Sk).

(2)

Для любого чётного n это выражение можно преобразовать к виду:

 

(3)

Подставив в Ротк значение Р0 получим:

 

(4)

В случае аналоговой коммутации происходит ограничение числа портов из-за необходимости увеличения количества микросхем и размера печатных плат, что приводит повышению уровня шума, вызванного электромагнитными наводками.

В настоящее время все мини-АТС, имеющие больше 15-20 портов, выпускаются с использованием цифровой коммутации сигналов. Сейчас вопрос преобразования звука в цифровой код и обратно решается всего одной ИС, а в ряде случаев ½ или ¼ частью ИС, т.е. одна ИС поддерживает 2 или 4 дуплексных канала преобразования. Такие ИС в отечественной терминологии называются кофидеками или кодеками, поскольку содержат кодер (АЦП), декодер (ЦАП) и фильтры (входной полосовой фильтр и ФВЧ) [1]. Также кодек выполняет функцию цифрового компандирования сигнала, что позволяет сократить объем транспортируемой информации в 1,5 раза.     

Применение в мини-АТС стандартных цифровых коммутаторов вряд ли целесообразно, поскольку их мощность намного превышает требуемую. Представляет интерес рассмотреть в качестве цифрового коммутатора микросхему коммутации конференций. В этом случае простой разговор двух абонентов рассматривается как конференция с двумя участниками. Такой подход дает следующие преимущества :

-   организация ряда конференций с произвольным количеством участников;

- возможность коррекции характеристик индивидуальных телефонных аппаратов и соединительных линий путем введения управляемых коэффициентов передачи для входного и выходного сигнала по каждому порту.

Все эти функции может выполнить микросхема МТ8924 [4], которая:

- поддерживает до 10 независимых конференций для 32 портов;

- как и все цифровые коммутаторы, работает с шиной ST-BUS производительностью 2.048 МБ/с, с которой легко согласуются кофидеки;

- обеспечивает цифровую регулировку коэффициента усиления (0/-3/-6 децибел) в каждом канале;

- имеет параллельный канал обмена с микропроцессором для управления устройством;

- реализует программируемое подавление шума;

- имеет аналоговый вход для произвольного аналогового сигнала, который может подаваться на порты;

- обладает низким энергопотреблением, благодаря CMOS технологии.

В отличие от полнодоступного коммутатора использование такой схемы может вызвать отказ обслуживания, вероятность которого рассчитана с помощью приведенной выше математической модели и показана на рис. 2. Как видим, эта вероятность находится на приемлемом уровне.

В современных мини-АТС, как правило, устанавливают микросхемы DSP (Digital Signal Processing), которые используются для распознавания и синтеза тональных сигналов, а возможно и речи. Поэтому возникает вопрос: можно ли на DSP выполнить коммутацию программными средствами, не применяя отдельных микросхем коммутации.

Для примера рассмотрим возможности сигнальных процессоров семейства Blackfin, которые созданы на базе архи­тектуры MSA (Micro Signal Architecture. Архитектура MSA позволила создать класс сигнальных процессоров, которые оптимизиро­ваны не только для выполнения высокоскоростной ци­фровой обработки сигналов в режиме реального вре­мени, но и функций управления/контроля, традицион­но выполняемых классическими микроконтроллерами [5]. Кроме того, сигнальные процессоры Blackfin отличают­ся большим набором периферийных контроллеров (PCI, USB 1.1, SPORT, UART, SPI, l2S, PPI, универсальных таймеров и т. п.), обеспечивающих связь с "внешним миром", а также большим объемом встроенной памяти.

Процессорное ядро сочетает традиционные вы­числительные устройства (MAC, ALU, DAG и другие), обычно применяемые в сигнальных процессорах, и, кроме того, его структура оптимизирована для выпол­нения RISC-подобных инструкций,  характерных для микроконтроллеров.

Благодаря использованию языков высокого уров­ня (C/C++) в процессорах семейства Blackfin, по сравнению с сигнальными процессора­ми аналогичного класса, упростился процесс созда­ния прикладных программ.

В контролле­ре порта SPORT реализован аппаратный компандер (А- или μ-закон) в соответствии с рекомендациями ITU (G.711). Через порт SPORT можно осуществлять многоканальную (до 128 каналов) передачу данных согласно протоколам, рекомендованным в стандар­тах Н.100, Н.110, MVIP-90 и HMVIP.

В этом случае рассмотренные выше функции, выполняемые микросхемой конференций, может выполнить модуль программного обеспечения DSP, причём с улучшенным качеством:

- количество портов увеличено до 128;

- поддерживается произвольное число конференций произвольного числа участников;

- обеспечивается расширенный диапазон и большую точность установки коэффициентов усиления.

Структурная схема такого программного модуля, осуществляющего расчёт отсчёта выходного сигнала для каждого порта, приведена на рисунке 2. Всего необходимо выполнить ≈10расчётов в секунду. Для реализации этого модуля требуется  10%-15% производительности DSP, что не мешает выполнению обычно возлагаемых на него задач. Микросхемы DSP в отличии цифровых коммутаторов и микросхем конференции производятся большими тиражами, а поэтому значительно дешевле последних, несмотря на их сложную структуру. Кроме того, исключается необходимость применения дополнительного микропроцессора для осуществления логического управления
мини-АТС.

 

Рис. 2 Структурная схема модуля организации конференций на DSP

 

Связь между вероятностью отказа Ротк и количеством портов n для классической задачи Эрланга (k=6) и модели мини-АТС (k=6 и k=10) показана на графике (рис. 3), построенном с помощью математического пакета MathCAD.

Выводы.

Таким образом на основе анализа трех подходов к выполнению коммутации в мини-АТС (аналоговая коммутация, цифровая коммутация на микросхемах конференций, цифровая коммутация на микросхемах DSP) можно сделать следующие выводы.

1. Переход к цифровой коммутации позволяет увеличить число абонентов и улучшить качество их обслуживания.

2. На основе математической модели мини-АТС рассчитана вероятность отказов в обслуживании, которая значительно отличается от величины получаемой по классической формуле Эрланга.

3. Аналоговая мини-АТС, имеющая 6 каналов коммутации может обслуживать до 20 абонентов, в то время как цифровая мини-АТС, построенная на основе схемы конференций легко обслуживает более 40 абонентов.

4. Показана целесообразность выполнения коммутации с помощью программного модуля организации конференций, входящего в состав программы работы цифрового сигнального процессора.

Рис. 3  Кривая зависимости между вероятностью отказа Ротк и количеством портов n

Вероятностью отказа Ротк = 0 для цифровой коммутации на микросхемах DSP.

 

In clause methods of performance of commutation in office ATS are analyzed. The mathematical model of work office ATS, being system of mass service with refusals is considered. Communication between probability of refusal Pr and quantity of ports for office ATS which as shown considerably differs from classical problem Erlang is found. Curves of the given dependence are resulted on the schedule. Opportunities of realization of digital commutation of signals on microcircuits for realization of conferences and DSP are considered. The block diagram of the program module of the organization of conferences on DSP is offered.

 

1.                  И. Шостак «Этапы перехода к цифровой телефонии и их особенности», CHIP NEWS Украина, №8, 2004, с. 6.

2.                  Е.С. Вентцель «Исследование операций: задачи, принципы, методология», Москва: «Наука», Главная редакция физ.-мат. литературы, 1988.

3.                  Application of the MT8804A 8x4 Analog Switch Array. Application Note MSAN-101. – MITEL, July 1993.

4.                  MT8924 PCM Conference Circuit (PCC). Datasheets. – MITEL, April 1994.

2.                  В. Орхименко «Blackfin – сигнальные процессоры для мобильных приложений», Электронные компоненты и системы, №3, 2004, с.20.  

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Информационно-измерительные системы

Ковальов О.І. Вимірювання у процесно-орієнтованих стандартах

Полякова М.В., Ищенко А.В., Худайбердин Э.И. Порогово-пространственная сегментация цветных текстурированных изображений на основе метода JSEG

Дзюбаненко А. В. Организация компьютерных систем для анализа изображений

Гордеев Б.Н., Зивенко А.В., Наконечный А.Г. Формирование зондирующих импульсов для полиметрических измерительных систем

Богданов А.В., Бень А.П., Хойна С.И. Релаксация обратного тока диодов Шоттки после их магнитно-импульсной обработки (МИО)

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Проектирование измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Оптимизированная модель измерителя доб-ротности варикапов

Руднєва М.С., Кочеткова О.В., Задорожній Р.О. Принципи побудови оптимальної структури інформаційно-вимірювальної системи геометричних розмірів об’єктів в діапазоні від 1 нм до 1000 нм

Биленко М.С., Рожков С.А., Единович М.Б. Идентификация деформаций пе-риодических структур с использованием систем технического зрения

Рашкевич Ю.М., Ковальчук А.М., Пелешко Д.Д. Афінні перетворення в модифікаціях алгоритму RSA шифрування зображень

Дидык А.А., Фефелов А.А, Литвиненко В.И., Шкурдода С.В., Синяков Ф. В. Классификация масс-спектров с помощью кооперативного иммунного алгоритма

Клименко А.K. Обратная модель для решения задач в системах с многосвязными динамическими объектами

Завгородній А.Б. Порівняльне дослідження твердотільних і рідиннофазних об'єктів методом газорозрядної візуалізації

Голощапов С.С., Петровский А.В., Рожко Ж.А., Боярчук А.И. Измерение доб-ротности колебательного контура на основе метода биения частот

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С. Диагностирование критерия безопасности при заполнении замкнутых объемов СПЖ косвенным методом

Долина В.Г. Проблеми підвищення точності рефрактометра на основі прозорих порожнистих циліндрів.

Самков О.В., Захарченко Ю.А. Застосування алгоритму клонального відбору для побудови планів модернізації авіаційної техніки

Попов Д.В. Метод формування регламентів технічного обслуговування повітряних суден

Казак В.М., Чорний Г.П., Чорний Т.Г. Оцінювання готовності технічних об’єктів з урахуванням достовірності їх контролю

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования цифрового измерителя добротности варикапов

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Технические аспекты проектирования устройства для разбраковки варикапов по емкостным параметрaм и добротности

Сосюк А.В. Інтелектуальний автоматизований контроль знань в системах дистанційного навчання

Соколов А.Є. Деякі аспекти систезу комп’ютеризованої адаптивної системи навчання

Полякова М.В., Волкова Н.П., Іванова О.В. Сегментація зображень стохастичних текстур амплітудно-детекторним методом у просторі вейвлет-перетворення

Луцкий М.Г., Пономаренко А.В., Филоненко С.Ф. Обработка сигналов акустической эмиссии при определении положения сквозных дефектов

Литвиненко В.И., Дидык А.А., Захарченко Ю.А. Компьютерная система для решения задач классификации на основе модифицированных иммунных алгоритмов

Лубяный В.З., Голощапов С.С. Прямоотсчетные измерители расхождений емкостей

Беляев А.В. Построение навигации для иерархических структур в WEB-системах и системах управления WEB-сайтом

Терновая Т.И., Сумская О.П., Слободянюк И.И., Булка Т.И. Контроль качества тканей специального назначения с помощью автоматических систем.

Шеховцов А.В. Інформаційний аспект: розпізнавання образів індивідуума.

Полякова М.В. Определение границ сегмента упорядоченной текстуры на изображении с однородным фоном с помощью многоканального обнаружения пачки импульсов.

Литвиненко В.И. Прогнозирования нестационарных временных рядов с помощью синтезируемых нечетких нейронных сетей

Ковриго Ю.М., Мисак В.Ф., Мовчан А.П., Любицький С.В. Автоматизована система діагностики генераторів електростанцій

Браїловський В.В., Іванчук М.М., Ватаманюк П.П., Танасюк В.С. Керований детектор імпульсного ЯКР спектрометра

Забытовская О.И. Построение функции полезности по экспериментальным данным.

Шиманські З. Апаратні засоби сегментації мовного сигналу

Хобин В.А., Титлова О.А. К вопросу измерения парожидкостного фронта в дефлегматоре абсорбционно-диффузионной холодильной машины (АДХМ)

Фефелов А. А. Использование байесовских сетей для решения задачи поиска места и типа отказа сложной технической системы

Слань Ю. М., Трегуб В. Г. Оперативна нейромережна ідентифікація складних об’єктів керування

Ролик А.И. Модель управления перераспределением ресурсов информационно-телекоммуникационной системы при изменении значимости бизнес-процессов

Кириллов О.Л., Якимчук Г.С., Якимчук С.Г. Изучение электрического поля с помощью датчика измерителя электростатического потенциала на модели замкнутого металлического объема

Грицик В.В. Застосування штучних нейронних мереж при проектуванні комп’ютерного зору.

Гасанов А.С. Информационные технологии построения систем прогнозирования отказов

Шеховцов А.В., Везумский А.К., Середа Е.С. Алгоритм сжатия информации без потерь: модифицированный алгоритм LZ77

Ходаков В.Е., Жарикова М.В., Ляшенко Е.Н. Методы и алгоритмы визуализации пространственных данных на примере моделирования распространения лесных пожаров.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Обобщённые масштабные функции с компактным носителем в задаче сегментации изображений упорядоченных текстур. – C. 75 – 84.

Полторак В.П., Дорогой Я.Ю. Система распознавания образов на базе нечеткого нейронного классификатора.

Литвиненко В.И. Синтез радиально-базисных сетей для решения задачи дистанционного определения концентрации хлорофилла.

Бражник Д.А. Управление совмещением изображения объекта в сцене и эталонного изображения.

Бабак В.П., Пономаренко А.В. Локализация места положения сквозных дефектов по сигналам акустической эмиссии.

Мороз В. В. R-D проблема и эффективность систем сжатия изображений.

Крылов В.Н., Полякова М.В., Волкова Н.П. Контурная сегментация в пространстве гиперболического вейвлет-преобразования с использованием математической морфологии.

Квасников В.П., Баранов А.Г. Анализ влияния дестабилизирующих факторов на работу биканальной координатно-измерительной машины.

Казак В.М., Гальченко С.М., Завгородній С.О. Аналіз можливості застосування імовірнісних методів розпізнавання для виявлення пошкоджень зовнішнього обводу літака.

Корниенко-Мифтахова И.К.,Филоненко С.Ф. Информационно-измерительная система для анализа характеристик динамического поведения конструкций.

Тверезовский В.С., Бараненко Р.В. Модель измерителя емкости с линейной шкалой измерений.

Полякова М.В., Крылов В.Н. Мультифрактальный метод автоматизированного распознавания помех на изображении.

Рожков С.О., Федотова О.М. Алгоритм розпізнавання дефектів тканин для автоматичної системи контролю якості.

Бражник Д.А. Использование проективного преобразования для автоматизации обнаружения объектов.

Ходаков В.Є., Шеховцов А.В., Бараненко Р.В. Математичні аспекти створення автоматизованої системи „Реєстр виборців України”