Структура_ЦСК

1.

Структура цифровых
систем коммутации (ЦСК)

2.

Определение ЦСК. Границы понятия
1. Что такое ЦСК:
Цифровая система коммутации — это совокупность
технических и программных средств, предназначенных
для установления соединения между оконечными
устройствами (абонентами) на основе передачи цифровых
сигналов.
2. Отличие от АТС:
Термин «ЦСК» шире, чем «АТС». ЦСК может выполнять
функции транзитного узла, узла услуг, опорного
контроллера, в то время как АТС — частный случай ЦСК на
абонентском уровне.
3. Архитектурный принцип:
В основе архитектуры ЦСК лежит разделение функций:
Функции доступа:Сбор трафика, преобразование сигналов.
Функции коммутации: Непосредственная пересылка
данных.
Функции управления: Интеллектуальная обработка
вызовов.
Функции обслуживания: Диагностика, биллинг,
мониторинг.

3.

4.

Обобщенная функциональная модель
ЦСК
Архитектура «ядро — периферия»:
1. Абонентская периферия :
Терминация физических линий (аналог, ISDN BRI/PRI,
Ethernet).
Обработка аналогового сигнала: АЦП/ЦАП, компрессия,
подача вызывного напряжения.
Функция BORSCHT (Питание, Защита, Вызов, Шлейф,
Кодирование, Гибридная схема, Тестирование).
2. Сетевая периферия :
Интерфейсы соединительных линий (E1/T1, STM-1,
Ethernet).
Поддержка систем сигнализации (ОКС-7, DSS1, V5.x).
3. Коммутационное поле :
Безбуферная или буферная коммутация.
Коммутация каналов (TDM) или коммутация пакетов
(IP/ATM).
4. Управляющая система :
Многопроцессорная архитектура.
Базы данных абонентов и маршрутов.
5. Система синхронизации:
Тактовая сетевая синхронизация (ТСС).
Привязка к первичному эталонному генератору (ПЭГ).

5.

Структура подсистемы абонентского доступа
Абонентские линии — самый массовый ресурс. Их нельзя
подключать напрямую к центральному полю по принципу
«один вход — один выход». Это экономически
нецелесообразно. Поэтому применяется концентрация
нагрузки.
2. Групповое оборудование:
1. Абонентский комплект :
3. Типы интерфейсов доступа в современных ЦСК:
Индивидуальный модуль на каждую линию.
Схемы защиты от перенапряжений.
Кодек (PCM — импульсно-кодовая модуляция) с частотой
дискретизации 8 кГц, 8 бит на отсчет.
Регистр для приема номера (DTMF или декадный набор).
Важно: В современных ЦСК физический АК заменяется
Ethernet-портом (FXS/FXO через VoIP-шлюзы).
Z-интерфейс: Аналоговый двухпроводный (POTS).
U-интерфейс: Цифровой двухпроводный (ISDN).
S/T-интерфейс: Четырехпроводный цифровой (ISDN).
Ethernet: IP-телефония, Soft-клиенты.
Один групповой тракт (ИКМ-30, E1) на 60-120 абонентских
линий.
Статистическое мультиплексирование: используется
только при активном разговоре.

6.

Цифровое коммутационное поле.
Физика процесса
Коммутационное поле — это совокупность
коммутационных элементов (КЭ), обеспечивающих
передачу цифровых сигналов между входами и выходами
без искажения структуры информации.
2. Временная коммутация:
В ЦСК нет реле и движущихся контактов. Коммутация —
это процесс перезаписи данных из одной ячейки памяти в
другую.
Основана на сдвиге временного интервала (слота).
Структура: Речевая память + Управляющая память.
Алгоритм: Информация из входящего тайм-слота №5
записывается в ячейку памяти. Управляющая память
указывает, что считать эту ячейку нужно в момент таймслота №12 на выходе.
Типы коммутации в поле:
3. Комбинированные поля:
1. Пространственная коммутация:
Коммутационный элемент — матрица.
Входы и выходы — физические тракты.
Соединение: замыкание координат матрицы
(управляющий сигнал держит ключ открытым на время
сессии).
Пропускная способность: высокая, но зависит от
количества ключей.
T-S-T (Время-Пространство-Время): Самая
распространенная архитектура для ЦСК емкостью от 10
тыс. номеров.
S-T-S (Пространство-Время-Пространство): Применяется
для небольших выносных блоков.

7.

Архитектура
управляющей системы
Классификация:
1. Централизованное управление:
Один высокопроизводительный процессор (мэйнфрейм).
Все функции (вызов, биллинг, диагностика) выполняются
на одном ядре.
Недостаток: Низкая живучесть. Сбой процессора = отказ
всей станции.
Применение: Устаревшие модели ЦСК (EWSD, ранние
версии 5ESS).
2. Децентрализованное (распределенное) управление:
Многопроцессорная система.
Функции разбиты по модулям.
Пример: Отдельный процессор в абонентском блоке
снимает сигналы DTMF, центральный процессор
занимается только маршрутизацией.
3. Иерархия процессоров:
Процессоры периферии: Управляют АК и СК. Работают в
реальном времени (микросекундные задержки).
Групповые процессоры: Контроль групп модулей.
Центральный процессор: Глобальная маршрутизация,
взаимодействие с биллингом, синхронизация БД.
Процессор технической эксплуатации: OAM (Operations,
Administration, Maintenance). Связь с консолью
администратора.

8.

Программное
обеспечение ЦСК
Программное обеспечение ЦСК относится к классу RealTime Operating Systems (RTOS). Ошибки недопустимы
(требование 5 «девяток» надежности — 99.999%).
Структура ПО:
1. Системное ПО:
Ядро ОС (управление задачами, прерываниями).
Драйверы оборудования (порты, шины, кодеки).
Система реального времени с жестким приоритетом.
2. Прикладное ПО:
Модуль анализа номера.
Модуль маршрутизации.
Модуль тарификации.
3. Базы данных:
Статические данные (конфигурация плат, портов).
Динамические данные (состояние линии —
свободна/занята).
Абонентские данные (категории, услуги, тариф).
4. Технологическое ПО:
Системы мониторинга (SNMP, Syslog).
Средства трассировки вызова.

9.

Системы сигнализации в
структуре ЦСК
Коммутационное поле пересылает полезную нагрузку
(речь/данные). Но для того, чтобы поле знало, куда
пересылать, необходима сигнализация.
Взаимодействие элементов:
Абонентская сигнализация: Между телефоном и АК (DTMF,
импульсный набор).
Межстанционная сигнализация: Между двумя ЦСК.
Типы межстанционной сигнализации в структуре:
ОКС-7 (SS7): Выделенная сеть передачи управляющих
сообщений.
Структурный элемент в ЦСК: Модуль SCCP (Signaling
Connection Control Part).
Физика: Отдельный канал 64 кбит/с внутри потока E1 или
отдельный IP-интерфейс (SIGTRAN).
V5.2: Сигнализация между АТС и концентратором (Access
Network).

10.

Классификация ЦСК по структурной
реализации
1. Координатные (устаревшие):
Физическая коммутация многократным координатным
соединителем.
Не являются цифровыми в полном смысле (управление
электронное, среда — металл). Упоминаются для
исторического контакта.
2. Цифровые системы с временным разделением :
Классическая структура (слайды 2-8).
Коммутация каналов 64 кбит/с.
Жесткая привязка к тайм-слотам.
Примеры: EWSD, AXE-10, 5ESS, SI-2000.
3. Программные коммутаторы :
Разделение транспортного уровня и уровня управления
(архитектура NGN).
Структура:
Медиашлюз (MGW) — выполняет функцию
коммутационного поля, но коммутирует пакеты RTP, а не
слоты.
Контроллер медиашлюзов (MGC-Softswitch) — выполняет
функцию управления.
Сигнальный шлюз (SGW) — трансляция сигнализации.
4. Виртуализированные ЦСК:
Сетевое оборудование в виде виртуальных машин.
Коммутационное поле — стандартные гипервизоры и
балансировщики трафика.

11.

Технические характеристики структурных элементов
Для оценки масштабов ЦСК используются параметры:
1. Емкость коммутационного поля:
Измеряется в Эрлангах (трафик) или числе каналов.
Пропускная способность шин (Гбит/с).
2. Производительность управляющей системы:
Максимальное число вызовов в ЧНН (Call Attempts per
Second).
Время установления соединения (от 50 мс до 300 мс).
3. Доступность:
Резервирование (1+1, N+1).
MTBF (среднее время наработки на отказ) для ЦСК обычно
> 20 лет.
MTTR (среднее время восстановления) — до 2 часов.
4. Емкость абонентской базы:
Максимальное количество поддерживаемых абонентских
линий.
Максимальное количество одновременных соединений.

12.

Резервирование и
отказоустойчивость
Структурная особенность:
ЦСК — система, критичная к отказам. Поэтому в
структуру закладывается избыточность.
Объекты резервирования:
Коммутационное поле: Дублирование плоскостей
коммутации (Plane 0 и Plane 1).
Управляющие процессоры: Режим Hot Standby
(активный/резервный синхронизируются каждую
миллисекунду).
Источники синхронизации: Переключение на резервный
генератор.
Блоки питания: Диодная развязка, параллельная работа.
Типы переключений:
Автоматическое (по сбою аппаратуры).
Программное (команда администратора).
Безразрывное (hitless switching) — для полей и
синхронизации.

13.

Резюме по структуре ЦСК
Итоговое определение структуры:
Цифровая система коммутации представляет собой иерархическую,
территориально-распределенную
или
модульно-концентрированную
систему,
состоящую
из
периферийных
контроллеров
доступа,
неблокируемого или слабоблокируемого цифрового поля на основе T-S-T
архитектуры и многопроцессорной управляющей системы реального
времени с полным резервированием компонентов.
Без понимания этой структуры невозможна эксплуатация, масштабирование
или модернизация первичных сетей связи.