Комутація каналів

Комутація каналів має на увазі утворення безперервного складеного фізичного каналу з послідовно з'єднаних окремих канальних ділянок для прямої передачі даних між вузлами. Окремі канали з'єднуються між собою комутаторами, які можуть встановлювати зв'язок між будь-якими кінцевими вузлами мережі. У мережі з комутацією каналів перед передачею даних завжди необхідно виконати процедуру встановлення з'єднання, у процесі якої й створюється складений канал.

Наприклад, якщо мережа, зображена на рис.4.1, працює за технологією комутації каналів, то вузол 1, щоб передати дані вузлу 7, насамперед повинен передати спеціальний запит на встановлення з'єднання комутатору А, вказавши адресу призначення 7. Комутатор А повинен вибрати маршрут утворення складеного каналу, а потім передати запит наступному комутатору, у цьому випадку Е. Потім комутатор Е передає запит комутатору F, а той, у свою чергу, передає з вузлу 7. Якщо вузол 7 приймає запит на встановлення з'єднання, він направляє по вже встановленому каналу відповідь вихідному вузлу, після чого складений канал вважається скомутованим і вузли 1 і 7 можуть обмінюватися по ньому даними, наприклад, вести телефонну розмову.

Комутатори, а також з'єднуючі їхні канали повинні забезпечувати одночасну передачу даних декількох абонентських каналів. Для цього вони повинні бути високошвидкісними й підтримувати яку-небудь техніку мультиплексування абонентських каналів.

В наш час для мультиплексування абонентських каналів використовують три техніки:

• техніка частотного мультиплексування (Frequency Dіvіsіon Multіplexіng, FDM);

• техніка мультиплексування з поділом часу (Tіme Dіvіsіon Multіplexіng, TDM);

• техніка мультиплексування по довжині хвилі (Wawe Division Multіplexіng, WDM).

Комутація каналів на основі частотного мультиплексування

Техніка частотного мультиплексування каналів (FDM) була розроблена для телефонних мереж, але застосовується вона й для інших видів мереж, наприклад мереж кабельного телебачення. Розглянемо особливості цього виду мультиплексування на прикладі телефонної мережі.

Мовні сигнали мають спектр шириною приблизно в 10 000 Гц, однак основні гармоніки укладаються в діапазон від 300 до 3400 Гц. Тому для якісної передачі мови досить утворити між двома співрозмовниками канал зі смугою пропущення в 3100 Гц, що і використовується в телефонних мережах для з'єднання двох абонентів. У той же час смуга пропущення кабельних систем із проміжними підсилювачами, що з'єднують телефонні комутатори між собою, звичайно становить сотні кілогерців, а іноді й сотні мегагерц. Однак безпосередньо передавати сигнали декількох абонентських каналів по широкополосному каналі неможливо, тому що всі вони працюють у тому самому діапазоні частот і сигнали різних абонентів змішаються між собою так, що розділити їх неможливо.

Для поділу абонентських каналів характерна техніка модуляції високочастотного несучого синусоїдального сигналу низькочастотним мовним сигналом (рис.4.2). Ця техніка подібна до техніки аналогової модуляції при передачі дискретних сигналів модемами, тільки замість дискретного вихідного сигналу використовуються безперервні сигнали, породжувані звуковими коливаннями. У результаті спектр модульованого сигналу переноситься в інший діапазон, що симетрично розташовується щодо несучої частоти й має ширину, що приблизно збігається із шириною сигналу, що модулює.

Рис.4.2. Модуляція мовним сигналом

Якщо сигнали кожного абонентського каналу перенести у свій власний діапазон частот, то в одному широкополосному каналі можна одночасно передавати сигнали декількох абонентських каналів.

На входи FDM-комутатора надходять вихідні сигнали від абонентів телефонної мережі. Комутатор виконує перенос частоти кожного каналу у свій діапазон частот. Звичайно високочастотний діапазон ділиться на смуги, які приділяються для передачі даних абонентських каналів (рис.4.3). Щоб низькочастотні складові сигналів різних каналів не змішувалися між собою, смуги роблять шириною в 4 кгц, а не в 3,1 кгц, залишаючи між ними страховий проміжок в 900 Гц. У каналі між двома FDM-комутаторами одночасно передаються сигнали всіх абонентських каналів, але кожний з них займає свою смугу частот. Такий канал називають ущільненим.

Рис.4.3. Комутація на основі частотного ущільнення

Вихідний FDM-комутатор виділяє модульовані сигнали кожної несучої частоти й передає їх на відповідний вихідний канал, до якого безпосередньо підключений абонентський телефон.

У мережах на основі FDM-комутації прийнято кілька рівнів ієрархії ущільнених каналів. Перший рівень ущільнення утворять 12 абонентських каналів, які становлять базову групу каналів, що займає смугу частот шириною в 48 кгц із границями від 60 до 108 кгц. Другий рівень ущільнення утворять 5 базових груп, які становлять супергрупу, зі смугою частот шириною в 240 кгц і границями від 312 до 552 кгц. Супергрупа передає дані 60 абонентських каналів тональної частоти. Десять супергруп утворять головну групу, що використається для зв'язку між комутаторами на більших відстанях. Головна група передає дані 600 абонентів одночасно й жадає від каналу зв'язку смугу пропущення шириною не менш 2520 кгц із границями від 564 до 3084 кгц.

Комутатори FDM можуть виконувати як динамічну, так і постійну комутацію. При динамічній комутації один абонент ініціює з'єднання з іншим абонентом, посилаючи в мережу номер викликуваного абонента. Комутатор динамічно виділяє даному абонентові одну з вільних смуг свого ущільненого каналу. При постійній комутації за абонентом смуга в 4 кгц закріплюється на тривалий строк шляхом настроювання комутатора по окремому вході, недоступному користувачам.

Принцип комутації на основі поділу частот залишається незмінним і в мережах іншого виду, міняються тільки границі смуг, виділюваних окремому абонентському каналу, а також кількість низкошвидкісних каналів в ущільненому високошвидкісному.