Устройство коммутации абонентских устройств

Устройство коммутации абонентских устройств (УКАУ) относится к коммутационным системам и может найти применение в системах обмена речевой информацией.
Известен абонентский терминал связи (заявка № 98109147/09 от 19.05.1998), недостатком которого является невысокий уровень функциональных возможностей данного терминала связи.
Известна ручная телефонная станция средней емкости П-194М1, описанная в книге «Военные коммутационные системы и телефония», под ред. Л.П. Щербины, Ленинград, 1990, стр. 223-228, недостатками которой являются невысокий уровень функциональных возможностей, невысокая достоверность передачи речевой информации в условиях наличия паразитных электромагнитных наводок.
Известен коммутатор телефонной связи, описанный в патенте РФ № 2380851 H04М 3/56, недостатком которого является невысокий уровень функциональных возможностей, невысокая достоверность передачи речевой информации в условиях наличия паразитных электромагнитных наводок.
Известен абонентский комплекс для пункта управления, описанный в патенте РФ № 118815, H04M 3/06, недостатками которого являются невысокий уровень функциональных возможностей.
Известен абонентский комплекс для пункта боевого управления, описанный в патенте РФ №119551, H04M 3/06, недостатками которого являются невысокий уровень функциональных возможностей.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является устройство кроссовой коммутации бесшнурового типа, описанное в книге «Военные коммутационные системы и телефония», под ред. Л.П. Щербины, Ленинград, 1990, стр. 250 - 253, принятое за прототип.
Укрупненная структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:
1 - коммутационное поле (КП);
2 - управляющее устройство (УУ);
3 - пульт оператора кросса.
Устройство-прототип содержит коммутационное поле 1, первый выход которого соединен с первым входом управляющего устройства 2, первый выход управляющего устройства 2 соединен с первым входом коммутационного поля 1, второй выход управляющего устройства 2 соединен с входом пульта оператора кросса 3, выход пульта оператора кросса 3 соединен со вторым входом управляющего устройства 2. Входы-выходы с первого по тридцатый коммутационного поля 1 являются четырехпроводными каналами тональной частоты (ТЧ); входы-выходы с тридцать первого по шестидесятый коммутационного поля 1 являются четырехпроводными линиями соединения с оконечными аппаратными; входы-выходы с шестьдесят первого по восьмидесятый коммутационного поля 1 являются пятипроводными передаточными линиями; входы-выходы с восемьдесят первого по восемьдесят восьмой коммутационного поля 1 являются линиями, образующими до четырех транзитных соединений.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Коммутационное поле 1 представляет собой прямоугольную матрицу, в вертикали которой подключаются 30 линий к оконечным аппаратным, 10 передаточных линий каналов и 4 транзитных комплекта удлинителей, включаемых в 8 вертикалей, а в горизонтали - 30 каналов и 10 передаточных линий.
Управляющее устройство 2 предназначено для управления коммутационным полем 1 в соответствии с адресной информацией, принятой от оператора кросса.
Пульт оператора кросса 3 предназначен для ввода адресной и командной информации в УУ 2, отображения состояния каналов и линий, а также для подключения переговорно-вызывных устройств, переговорно-испытательных устройств и измерительных приборов.
Недостатками устройства-прототипа являются значительные весовые и габаритные характеристики, невысокая достоверность передачи речевой информации в условиях наличия паразитных электромагнитных наводок.
Задача - улучшение технических характеристик устройства, при снижении габаритных и весовых характеристик.
Для решения поставленной задачи в устройство коммутации абонентских устройств, содержащее устройство управления, согласно полезной модели, введено устройство соединения с внешними абонентскими устройствами (ВАУ), состоящее из последовательно соединенных устройства соединения с ВАУ по 4-проводным линиям тональной частоты (ТЧ), устройства соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ, устройства соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ и устройства соединения с ВАУ подвижного узла связи (ПУС), причем соединения перечисленных устройств являются двунаправленными; выход-вход устройства управления соединен с входом-выходом устройства соединения с ВАУ, являющимся входом-выходом устройства соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ, выходы-входы которого со второго по седьмой являются выходами-входами с первого по шестой устройства соединения с ВАУ; выходы-входы со второго по седьмой устройства соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ являются выходами-входами с седьмого по двенадцатый устройства соединения с ВАУ; выходы-входы со второго по седьмой устройства соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ являются выходами-входами с тринадцатого по восемнадцатый устройства соединения с ВАУ; выход-вход устройства соединения с ВАУ ПУС является девятнадцатым выходом-входом устройства соединения с ВАУ, причем выходы-входы с первого по девятнадцатый устройства соединения с ВАУ 1 являются соответствующими выходами-входами устройства коммутации абонентских устройств; при этом устройство управления содержит центральный процессор (ЦП), выход-вход которого соединен с одиннадцатым входом-выходом коммутатора, выход-вход которого является выходом-входом устройства управления, входы-выходы коммутатора с первого по десятый являются соответствующими входами-выходами устройства управления, кроме того, входы-выходы устройства управления с первого по шестой являются соответствующими с первого по шестой входами-выходами устройства и предназначены для подключения соответствующих абонентских пультов по интерфейсу Ethernet; седьмой вход-выход устройства управления является седьмым входом-выходом устройства и предназначен для соединения с устройством речевой связи по интерфейсу Ethernet; восьмой вход-выход устройства управления является восьмым входом-выходом устройства и предназначен для соединения с устройством управления и сопряжения по интерфейсу Ethernet; девятый вход-выход устройства управления является девятым входом-выходом устройства и предназначен для подключения вычислительного комплекса объекта размещения устройства по интерфейсу Ethernet; десятый вход-выход устройства управления является десятым входом-выходом устройства и служит для соединения с внешними абонентскими устройствами подвижного узла связи по интерфейсу Ethernet.
Структурная схема устройства коммутации абонентских устройств приведена на фиг. 2, где обозначено:
1 - устройство соединения с внешними абонентскими устройствами (ВАУ);
1.1 - устройство соединения с ВАУ по 4-проводным линиям тональной частоты (ТЧ);
1.2 - устройство соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ;
1.3 - устройство соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ;
1.4-устройство соединения с ВАУ подвижного узла связи (ПУС) по интерфейсу E1;
2 - устройство управления (УУ).
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные устройство управления 2 и устройство соединения с ВАУ 1, состоящее из последовательно соединенных устройства соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ1.1, устройства соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ1.2, устройства соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ1.3 и устройства соединения с ВАУ подвижного узла связи по интерфейсу E1 1.4. Причем соединения перечисленных устройств 1.1-1.4 являются двунаправленными. Вход-выход устройства соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ 1.1 является входом-выходом устройства соединения с ВАУ 1. Выходы-входы с первого по девятнадцатый устройства соединения с ВАУ 1 являются с первого по девятнадцатый выходами-входами устройства коммутации абонентских устройств.
Входы-выходы устройства управления 2 с первого по шестой являются соответствующими с первого по шестой входами-выходами устройства и предназначены для подключения соответствующих абонентских пультов по интерфейсу Ethernet (на фиг. 2 не показаны);
седьмой вход-выход устройства управления 2 является седьмым входом-выходом устройства и предназначен для соединения с устройством речевой связи по интерфейсу Ethernet (на фиг. 2 не показано);
восьмой вход-выход устройства управления 2 является восьмым входом-выходом устройства и предназначен для соединения с устройством управления и сопряжения по интерфейсу Ethernet (на фиг. 2 не показано);
девятый вход-выход устройства управления 2 является девятым входом-выходом устройства и предназначен для подключения вычислительного комплекса объекта размещения устройства по интерфейсу Ethernet (на фиг. 2 не показан);
десятый вход-выход устройства управления 2 является десятым входом-выходом устройства и служит для соединения с внешними абонентскими устройствами подвижного узла связи по интерфейсу Ethernet (на фиг. 2 не показаны).
Структурная схема устройства управления 2 приведена на фиг. 3, где обозначено:
2.1 - центральный процессор (ЦП);
2.2 - коммутатор.
Устройство управления 2 содержит ЦП 2.1, выход-вход которого соединен с одиннадцатым входом-выходом коммутатора 2.2, выход-вход которого является выходом-входом устройства управления 2. Входы-выходы коммутатора 2.2 с первого по десятый являются соответствующими входами-выходами устройства управления 2.
Структурная схема устройства соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ 1.1 приведена на фиг. 4, где обозначено:
1.1.1 - коммутатор;
1.1.2 - цифровой сигнальный процессор (ЦСП);
1.1.3.1-1.1.3.6 - с первого по шестой кодеки соответственно.
Устройство соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ 1.1 содержит коммутатор 1.1.1, вход-выход которого является входом-выходом устройства соединения 1.1, первый выход-вход коммутатора 2.1 является первым выходом-входом устройства соединения 1.1. Второй выход-вход коммутатора 1.1.1 соединен с входом-выходом ЦСП 1.1.2, выход-вход которого соединен с входами-выходами с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6 кодеков. При этом выход-вход третьего кодека 1.1.3.3 является вторым выходом-входом устройства соединения 1.1, выход-вход второго кодека 1.1.3.2 является третьим выходом-входом устройства 1.1; выход-вход первого кодека 1.1.3.1 является четвертым выходом-входом устройства 1.1; выход-вход шестого кодека 1.1.3.6 является пятым выходом-входом устройства 1.1; выход-вход пятого кодека 1.1.3.5 является шестым выходом-входом устройства 1.1; выход-вход четвертого кодека 1.1.3.4 является седьмым выходом-входом устройства 1.1.
При этом выходы-входы со второго по седьмой устройства соединения 1.1 являются выходами-входами с первого по шестой устройства соединения с ВАУ 1.
Структурная схема устройства соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ 1.2 приведена на фиг. 5, где обозначено:
1.2.1 - коммутатор;
1.2.2 - ЦСП;
1.2.3.1-1.2.3.6 - с первого по шестой кодеки соответственно.
Устройство соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ 1.2 содержит коммутатор 1.2.1, вход-выход которого является входом-выходом устройства соединения 1.2, первый выход-вход коммутатора 1.2.1 является первым выходом-входом устройства соединения 1.2. Второй выход-вход коммутатора 1.2.1 соединен с входом-выходом ЦСП 1.2.2, выход-вход которого соединен с входами-выходами с первого 1.2.3.1 по шестой кодеков 1.2.3.6. При этом выход-вход третьего кодека 1.2.3.3 является вторым выходом-входом устройства соединения 1.2, выход-вход второго кодека 1.2.3.2 является третьим выходом-входом устройства 1.2; выход-вход первого кодека 1.2.3.1 является четвертым выходом-входом устройства 1.2; выход-вход шестого кодека 1.2.3.6 является пятым выходом-входом устройства 1.2; выход-вход пятого кодека 1.2.3.5 является шестым выходом-входом устройства 1.2; выход-вход четвертого кодека 1.2.3.4 является седьмым выходом-входом устройства 1.2.
При этом выходы-входы со второго по седьмой устройства соединения 1.2 являются выходами-входами с седьмого по двенадцатый устройства соединения с ВАУ 1.
Структурная схема устройства соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ 1.3 приведена на фиг. 6, где обозначено:
1.3.1 - коммутатор;
1.3.2 - ЦСП;
1.3.3.1-1.3.3.6 - с первого по шестой кодеки, соответственно.
Устройство соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ 1.3содержит коммутатор 1.3.1, вход-выход которого является входом-выходом устройства соединения 1.3, первый выход-вход коммутатора 1.3.1 является первым выходом-входом устройства соединения 1.3. Второй выход-вход коммутатора 1.3.1 соединен с входом-выходом ЦСП 1.3.2, выход-вход которого соединен с входами-выходами с первого 1.3.3.1 по шестой кодеков 1.3.3.6. При этом выход-вход третьего кодека 1.3.3.3 является вторым выходом-входом устройства соединения 1.3, выход-вход второго кодека 1.3.3.2 является третьим выходом-входом устройства 1.3; выход-вход первого кодека 1.3.3.1 является четвертым выходом-входом устройства 1.3; выход-вход шестого кодека 1.3.3.6 является пятым выходом-входом устройства 1.3; выход-вход пятого кодека 1.3.3.5 является шестым выходом-входом устройства 1.3; выход-вход четвертого кодека 1.3.3.4 является седьмым выходом-входом устройства 1.3.
При этом выходы-входы со второго по седьмой устройства соединения 1.3 являются выходами-входами с тринадцатого по восемнадцатый устройства соединения с ВАУ 1.
Структурная схема устройства соединения с ВАУ ПУС 1.4 приведена на фиг. 7, где обозначено:
1.4.1 - коммутатор;
1.4.2 - ЦСП;
1.4.3 - приемопередатчик Е1.
Устройство соединения с ВАУ ПУС 1.4 содержит коммутатор 1.4.1, вход-выход которого является входом-выходом устройства соединения 1.4. Выход-вход коммутатора 1.4.1 подключен к входу-выходу ЦСП 1.4.2, выход-вход которого соединен входом-выходом приемопередатчика Е11.4.3, выход-вход приемопередатчика Е1 1.4.3является выходом-входом устройства соединения с ВАУ ПУС 1.4.
При этом выход-вход устройства соединения 1.4 является девятнадцатым выходом-входом устройства соединения с ВАУ 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Устройство коммутации абонентских устройств (УКАУ) предназначено для работы на объектах и представляет собой усилительно-коммутационное устройство, обеспечивающее всех абонентов объекта внутренней связью и выход каждого из абонентов на внешние средства проводной связи.
УКАУ обеспечивает подключение до шести абонентских пультов по интерфейсу Ethernet, передачу речевой информации шести абонентам дальней связи по четырехпроводным линиям ТЧ, шести внешним абонентским устройствам, которые подключают по четырехпроводным линиям ТЧ, шести внешним абонентским устройствам, которые подключают по двухпроводным линиям ТЧ.
Обмен речевой и управляющей информацией между всеми устройствами, входящими в состав УКАУ, осуществляется по интерфейсу Ethernet соответствующему стандарту IEEEStd 802.3-2002.
Устройство управления 2 работает следующим образом.
Микросхема Ethernet коммутатора 2.1 работает под управлением ЦП 2.1, который обеспечивает переключение режимов работы коммутатора 2.2, устанавливает приоритеты обработки пакетов. Кроме того, ЦП 2.1 хранит базу данных подключенных оконечных устройств, управляет запросами на подключение к оконечным устройствам, обеспечивает решение конфликтов при доступе пользователей к общим ресурсам.
Коммутатор 2.2, входящий в устройство управления 2, выполнен на микросхеме Ethernet, которая обеспечивает подключение следующих оконечных устройств:
шесть абонентских пультов;
устройство речевой связи;
устройство управления и сопряжения;
вычислительный комплекс (ВК) объекта размещения;
внешние абонентские устройства подвижного узла связи (ПУС).
По сети Ethernet поступают пакеты с речевыми данными на первый - шестой входы-выходы коммутатора 2.2 от абонентских пультов, на седьмой вход-выход коммутатора 2.2 - от устройства речевой связи, на восьмой вход-выход коммутатора 2.2 - от устройства управления и сопряжения средства связи, на девятый вход-выход коммутатора 2.2 - от вычислительного комплекса объекта размещения средства связи, на десятый вход-выход коммутатора 2.2 - от внешних абонентских устройств подвижного узла связи.
В зависимости от адреса, указанного в заголовке пакета Ethernet, коммутатор 2.2 осуществляет коммутацию поступившего пакета на одно из подключенных к нему устройств:
устройство соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ 1.1;
устройство соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ 1.2;
устройство соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ 1.3;
устройство соединения с ВАУ ПУС 1.4,
либо предает их в ЦП 2.1 устройства управления 2.
ЦП 2.1 на основании информации, поступившей от абонентского пульта или от других внешних устройств, проверяет доступность запрашиваемой линии связи.
В случае если запрашиваемая абонентом пульта или других внешних устройств линия связи занята, ЦП 2.1 отправляет на пульт или соответствующее внешнее устройство пакет управляющей информации с отказом в установлении связи.
В случае если запрашиваемая абонентом пульта или другого внешнего устройства линия связи свободна, ЦП 2.1 отправляет:
на устройство, обеспечивающее работу с данной линией связи, команду послать вызов и установить связь между абонентом пульта или другого внешнего устройства и линией связи;
на пульт или другое внешнее устройство - команду установить связь между абонентом пульта или другого внешнего устройства и линией связи, а также адрес устройства и номер линии связи.
После этого обмен речевыми данными происходит между устройством и пультом или других внешним устройством напрямую без участия ЦП 2.1.
Устройство соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ 1.1 обеспечивает возможность подключения до шести ВАУ по четырехпроводным линиям ТЧ.
Основными функциональными узлами данного устройства являются:
коммутатор 1.1.1 осуществляет коммутацию пакетов, содержащих команды управления и речевые данные, на основе Ethernet адресов отправителя и получателя, содержащихся в заголовке Ethernet пакета;
ЦСП 1.1.2 - обеспечивает обмен речевыми данными между сетью Ethernet и шестью подключенными кодеками с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6, выполняет необходимую обработку речевой информации для передачи по каналам ТЧ, управляет работой кодеков с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6;
кодеки с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6 выполняют преобразование полученной информации в аналоговую форму и передают ее в линии ТЧ.
Устройство соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ 1.2 обеспечивает возможность подключения до шести ВАУ по четырехпроводным линиям ТЧ.
Основными функциональными узлами данного устройства являются:
коммутатор 1.2.1 - осуществляет коммутацию пакетов, содержащих команды управления и речевые данные, на основе Ethernet адресов отправителя и получателя, содержащихся в заголовке Ethernet пакета;
ЦСП 1.2.2 - обеспечивает обмен речевыми данными между сетью Ethernet и шестью подключенными кодеками с первого 1.2.3.1 по шестой 1.2.3.6, выполняет необходимую обработку речевой информации для передачи по каналам ТЧ, управляет работой кодеков с первого 1.2.3.1 по шестой 1.2.3.6;
кодеки с первого 1.2.3.1 по шестой 1.2.3.6 выполняют преобразование полученной информации в аналоговую форму и передают ее в линии ТЧ.
Устройство соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ 1.3.1 обеспечивает возможность подключения до шести ВАУ по двухпроводным линиям ТЧ.
Основными функциональными узлами данного устройства являются:
коммутатор 1.3.1 - осуществляет коммутацию пакетов, содержащих команды управления и речевые данные, на основе Ethernet адресов отправителя и получателя, содержащихся в заголовке Ethernet пакета;
ЦСП 1.3.2 - обеспечивает обмен речевыми данными между сетью Ethernet и шестью подключенными кодеками с первого 1.3.3.1 по шестой 1.3.3.6, выполняет необходимую обработку речевой информации для передачи по каналам ТЧ, управляет работой кодеков с первого 1.3.3.1 по шестой 1.3.3.6;
кодеки с первого 1.3.3.1 по шестой 1.3.3.6 выполняют преобразование полученной информации в аналоговую форму и передают ее в линии ТЧ.
Устройство соединения с ВАУ ПУС 1.4 обеспечивает возможность подключения до двадцати ВАУ по линии Е1.
Основными функциональными узлами данного устройства являются:
коммутатор 1.4.1 осуществляет коммутацию пакетов, содержащих команды управления и речевые данные, на основе Ethernet адресов отправителя и получателя, содержащихся в заголовке Ethernet пакета;
ЦСП 1.4.2 - обеспечивает обмен речевыми данными между сетью Ethernet и приемопередатчиком Е11.4.3.
Приемопередатчик Е11.4.3 под управлением ЦСП 1.4.2 обеспечивает преобразование полученных речевых данных для передачи их по линии Е1.
Пакеты с речевыми данными попадают на ЦСП 1.1.2-1.4.2 устройств соединения с ВАУ с 1-го по 4-е соответственно.
Например, в устройстве соединения с ВАУ по 4-проводным линиям ТЧ 1.1 ЦСП 1.1.2 на основании данных, содержащихся в заголовке пакета, направляет содержащие речевые данные на один из соответствующих кодеков с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6. С выхода одного из кодеков с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6 речевые данные, преобразованные в аналоговую форму, передают в подключенную линию связи.
Речевые данные из линии связи поступают на кодеки с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6, где преобразуются в цифровую форму. С выходов кодеков с первого 1.1.3.1 по шестой 1.1.3.6 речевые данные поступают в ЦСП 1.1.2, который обеспечивает их накопление в течение 10 мс. ЦСП 1.1.2 формирует из накопленных речевых данных пакет Ethernet и передает его на пульт или другое внешнее устройство, абонент которого использует данную линию связи.
В других устройствах соединения с ВАУ дальней связи по 4-проводным линиям ТЧ 1.2, соединения с ВАУ по 2-проводным линиям ТЧ 1.3, работа осуществляется аналогично.
В устройстве соединения с ВАУ ПУС 1.4 коммутатор 1.4.1 осуществляет коммутацию пакетов, содержащих команды управления и речевые данные, на основе Ethernet адресов отправителя и получателя, содержащихся в заголовке Ethernet пакета. ЦСП 1.4.2 обеспечивает обмен речевыми данными между сетью Ethernet и приемопередатчиком Е11.4.3. Приемопередатчик Е11.4.3 под управлением ЦСП 1.4.2 обеспечивает преобразование полученных речевых данных для передачи их по линии Е1.
Коммутатор 2.2 может быть реализован, например, на микросхеме KS8999 ф. Micrel.
Коммутаторы 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1, 1.4.1 могут быть реализованы, например, на микросхеме KSZ8842 ф. Micrel.
В качестве ЦП 2.1 может быть использована, например, микросхема AT91SAM9XE512 ф. Atmel.
ЦСП 1.1.2, 1.2.2, 1.3.2, 1.4.2 могут быть выполнены, например, на микросхеме TMS320VC5509 ф. TexasInstruments.
Кодеки 1.1.3.1-1.1.3.6, 1.2.3.1-1.2.3.6, 1.3.3.1-1.3.3.6 могут быть реализованы, например, на микросхеме TLV320AIC14 ф. TexasInstruments.
Приемопередатчик Е11.4.3 может быть выполнен, например, на микросхеме MT9076BB1 ф. Microsemi.
Данная элементная база обладает минимальными весовыми и габаритными характеристиками и минимальным энергопотреблением.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство коммутации абонентских устройств обеспечивает более высокую надежность, лучшие весовые и габаритные характеристики, меньшую вероятность ошибок, более высокую степень защиты от паразитных электромагнитных наводок за счет применения технологии Ethernet. При этом обеспечивается коммутация до 38 абонентов, из них восемнадцать - по двухпроводным или по четырехпроводным каналам тональной частоты.