-1 تعريف شبكه‌هاي مخابراتي و بررسي يك شبكه تلفي ساده

شبكه‌هاي مخابراتي جهت انتقال سيگنال‌ها از نقطه‌اي به نقطه ديگر بكار مي‌روند. بهترين مثال يك شبكه مخابراتي، شبكه تلفن است و ساده‌ترين شبكه تلفن از يك تلفن به ازاي هر مشترك تشكيل شده است. مسير ارتباطي بين اين دو تلفن را يك رابط (link) مي‌گوييم.

شكل 1-1 ساده‌ترين شبكه تلفن

در صورتي كه هر دو مشترك فوق بتوانند با يكديگر ارتباط داشته باشند، آن را خط دوطرف مي‌ناميم. هرگاه بخواهيم اين شبكه را گسترش دهيم، براي هر مشترك جديد نياز به يك رابط جديد داريم شكل 2 يك شبكه تلفن با چهار مشترك به همراه تجهيزات موردنيا آ ن را توصيف مي‌كند.

شكل 2-1 يك شبكه تلفن با چهار مشترك

همانطور كه مشاهده مي‌كنيم، توسعه شبكه از دو مشترك به بالا باعث اضافه شدن وسيله‌اي ديگر به نام سوئيچ شده است كه تعيين كننده مقصد مكالمه هر كدام از مشتركين مي‌باشد. در صورتي كه بخواهيم شبكه فوق را باز هم گسترش دهيم، تعداد رابطه‌ها افزايش مي‌يابد يا يك تقريب را مي‌توان گفت هرگاه تعداد N مشترك تلفني داشته باشيم، در اين صورت تعداد رابطه‌‌ها N²/2 خواهد شد. مثلاً اگر 10000 مشترك تلفني در اين شبكه موجود باشد، در اين صورت تعداد رابطه‌هاي موجود 500000=2/² 10000 خواهد شد. پس با اين روش امكان توسعه شبكه در مقياس وسيع وجود ندارد.

2-1 مركز تلفن

در شبكه‌هاي عملي مبناي تمركز تمام سوئيچ‌ها در يك محل به نام مركز سوئيچينگ و تخصيص دادن تنها يك رابط به ازاي هر مشترك گذاشته شده است.

شكل 3-1 يك مركز تلفن محلي براي تمركز تمامي سوئيچ‌ها

هر سه كلمه مركز سويئيچينگ و مركز تلفن اشاره به يك مفهوم دارند. هر كدام از رابطه‌ها كه به مركز متصل مي‌گردد، تشكيل يك حلقه (LOOP) بين مركز و مشترك ايجاد مي‌كند. رابط‌هاي مشتركين از طريق كابل وارد مركز تلفن مي‌شود. جهت افزايش قابليت انعطاف اتصال بين رابط‌ها در كابل و تجهيزات مركز تلفن از وسيله‌اي به نام Main Distribution Frame (MDF) استفاده مي‌شود. از طرفي MDF محلي مناسب براي تست نيز مي‌باشد. در MDF تجهيزات حفاظتي ولتاژ و فيوز نيز بكار رفته است. هر مركز تلفن تعداد رابط‌هاي محدودي را شامل مي‌شود. مثلاً يك مركز تلفن با ظرفيت 100 شماره تنها مي‌تواند به 100 مشترك سرويس دهد. بنابراين با گسترش شبكه‌هاي تلفني و بالا رفتن تعداد مشتركين بايستي بين مراكز تلفن نيز از طريق مراكز ديگر ارتباط برقرار كنيم. در اين حال به مراكزي كه به تعداد محدودي از مشتركين مثلاً 10000 تا سرويس مي‌دهند، مراكز محلي (Local Exchange) و به مراكزي كه بين مراكز محلي ارتباط برقرار مي‌كند. مراكز اوليه (Primary center) و به مراكزي كه بين مراكز محلي ارتباط برقرار مي‌كنند، مراكز ثانويه (Secondary center) و نهايتاً به مراكزي كه بين مراكز ثانويه ارتباط برقرار مي‌كنند، مراكز بين‌المللي (International exchanges) مي‌گويند.

شكل 4-1 ارتباط بين مراكز كوچكتر با بزرگتر را در يك شبكه وسيع

3-1 تقسيم‌بندي شبكه‌هاي تلفني و نحوه ارتباط آنها با يكديگر

مي‌توان در يك طبقه‌بندي كلي شبكه‌ها را به دو دسته عمومي و خصوصي تقسيم كرد. شبكه‌هاي عمومي قابل استفاده توسط مردم مي‌باشد، ولي شبكه‌هاي خصوصي به شركت‌ها يا افراد جهت استفاده خصوصي آن‌ها تخصيص داده مي‌شود. شبكه‌هاي خصوصي را Private Branch Exchange (PBX) مي‌نامند. گاهي اوقات به PABX, PBX نيز مي‌گويند. شبكه‌هاي خصوصي تمام وظايف شبكه‌هاي عمومي را دارند. به رابط‌هاي بين يك شبكه خصوصي و عمومي يا دو شبكه خصوصي، ترانك (Trunk) به واسطه‌اي گفته مي‌شود كه ارتباط دهنده محيط درون و برون PBX است)، مي‌گويند.

همانطور كه از جمله فوق استنباط مي‌شود، سه نوع ترانك وجود دارد:

1. ترانك شهري يا O.C ترانك كه جهت ارتباط PBX با مراكز تلفن شهري است.
2. ترانك خصوصي به يا Tie Trunk (Tie به معناي گره زدن مي‌باشد. خطوطي هستند كه دو مركز را به طور خصوصي به هم وصل مي‌كنند) كه جهت ارتباط بين مراكز خصوصي بدون واسطه قرار گرفتن C.O است.
3. ترانك متصل كننده دو C.O به يكديگر كه از لحاظ سخت‌افزاري با Tie Trunk تفاوتي نمي‌كنند. در اين حالت از ديدگاه PABX مركز تلفن محلي، يك مركز تلفن شهري C.O (Central Office) است. PABX بر حسب نياز مي‌تواند يك يا چند ترانك متصل شونده به مركز تلفن شهري را به خود اختصاص دهد.

شكل 5-1 مثال ارتباط يك PBX با مركز تلفن شهري

شكل بالا كه صرفاً يك مثال از PBX است، نشان مي‌دهد كه اين مركز خصوصي چهار خط C.O ترانك و مثلاً 100 مشترك داخلي دارد. مثال ديگري است كه در طي آن سه مركز PBX از طريق خطوط Tie Trunk به طور خصوصي به يكديگر مرتبط مي‌شوند و با مراكز شهري خود نيز توسط رابط‌هاي C.O ترانك در ارتباط‌اند.

شكل 6-1 ارتباط خصوصي سه مركز تلفن

4-1 انواع ترانك

در تقسيم‌بندي ديگري ترانك‌ها مي‌توانند به صورت يك جهته يا دو جهته عمل كنند. در ترانك دو جهته هم امكان برقراري تماس از سمت مركز فرضي A به سمت مركز فرضي B (خارج شونده Out Going) و هم امكان تماس از سمت مركز B به سمت مركز A (وارد شونده In Comming) است. در مثال زير، ترانك‌هاي بكار رفته در دو مركز A و B هر دو به صورت بيرون رونده (Out Going) و وارد شونده (In Coming) عمل مي‌كند.

شكل 7-1 يك ترانك دوجهته

در ترانك يك جهته تنها امكان برقراري تماس از دست يكي از دو مركز A و B ميسر است.

شكل 8-1 امكان برقراري تماس در ترانك يك جهته از يك سمت

مثالي از ترانكي كه مي‌تواند به صورت دو طرفه عمل كند، CEPT و E&M است. اين ترانك‌ها به صورت يك جهته يا دوجهته، و در حالت يك جهته به صورت In Coming و Out Going مي‌توانند برنامه‌ريزي شوند. مثالي از حالت يك طرفه از ترانك ديگري به نام D.O.D Trunk هم مي‌توان استفاده كرد. البته ترانك D.O.D به صورت دو طرفه هم استفاده مي‌گردد، منتها در EC512 يك طرفه آن استفاده شده است. شكل زير تا حدي مطلب را روشن مي‌كند.

شكل 9-1

5-1 آناليز يك مكالمه

براي معرفي سيستم‌هاي سوئيچينگ در ابتدا لازم است كه مراحل يك مكالمه تلفني مورد بررسي قرار گيرد. به طور كلي يك مكالمه تلفني از 10 مرحله تشكيل شده است. در شكل زير يك مكالمه از ديد مشترك و مركز بررسي شده است.

مركز تلفن * exchange *

حال توضيح مختصري راجع به مراحل مي‌دهيم:

1. با برداشتن گوشي توسط مشتركين سيگنال Off Hook ساخته مي‌شود. اين سيگنال به مركز اطلاع مي‌دهد كه بايد آماده اداره كردن يك مكالمه تلفني باشد.
2. در مرحله دوم بايد مشترك مربوطه در مركز شناسايي شود. هر مشترك شماره خاصي دارد كه در حافظه ذخيره شده و توسط آن شناخته مي‌شود.
3. هنگامي كه سيگنال تقاضاي مكالمه توسط مركز دريافت شد ، بايستي يك سري تجهيزات عمومي به اين مشترك اختصاص داده شود. اين تجهيزات به دو دسته تقسيم مي‌شوند:

الف) تجهيزات دائمي

ب) تجهيزات موقتي

تجهيزات دائمي در تمام طول مكالمه موردنياز مي‌باشند. مثلاً‌ تخصيص فضاي حافظه كه در طول مكالمه جزئيات را ذخيره مي‌كند.

تجهيزات موقتي فقط در زمان شروع به كار كردن (Set up) مكالمه موردنياز است. مثلاً محلي كه براي ذخيره رقم‌هاي شماره تلفن كه ضمن مشخص كردن مسير مكالمه در شبكه، مقصد را نيز مشخص مي‌كند. پس از آنكه تمام اين فضاهاي حافظه تخصيص داده شد. سيگنال بوق آزاد (Dial Tone) به سمت مشترك شماره گيرنده ارسال مي‌شود تا مشخص كند كه مركز آماده دريافت شماره تلفن است. امكان غيرقابل دسترس بودن خط نيز در اين مرحله صورت مي‌گيرد.

4. مشترك شماره گيرنده بعد از دريافت بوق آزاد (Dial Tone) با شماره‌گيري، شماره‌ها را به سمت مركز ارسال مي‌كند. رقم‌ها به صورت سيگنال به مركز فرستاده شده و در آنجا ذخيره مي‌شود.
5. در اين مرحله سيستم كنترلي مي‌بايستي شماره‌هاي دريافتي را آناليز كرده تا مسير مكالمه مشخص شود.
6. در اين مرحله ورودي و خروجي از ديد مركز مشخص مي‌باشد. كار بعدي انتقال يك مسير بين آنها از طريق سوئيچ‌‌هاي مركزي مي‌باشد. در داخل كنترل سيستم، الگوريتم‌هاي خاصي جهت انتخاب مسير سوئيچ‌ها مهيا مي‌باشد. هر سوئيچ در مسير انتخاب شده بايد چك شود كه آيا در حال استفاده است يا نه؟ در صورتي كه سوئيچ آزاد باشد، ربوده و Seize مي‌شود.
7. براي ادامه كار بايد سيگنالي به مركز فرستاده شود. اگر اين مشترك محلي باشد ارسال ولتاژ زنگ، تلفن مشترك مربوطه را فعال مي‌كند، كافيست. در غيراينصورت بايد سيگنالي به مركز بعدي فرستاده شود تا آن را جهت كارهاي مربوطه فعال كند. در اين حال بوق برگشت زنگ به مشترك مبداء ارسال مي‌شود.
8. در اين مرحله مشترك مقصد با برداشتن گوشي خود سيگنال پاسخي را به مركز تلفن ارسال مي‌كند. به دنبال دريافت اين سيگنال، مركز سيگنال برگشت زنگ و ارسال ولتاژ زنگ را از دو مشترك مبدا و مقصد قطع مي‌كند و پس از آن امكان مكالمه بين اين دو برقرار مي‌شود.
9. هنگامي كه مكالمه در حال انجام است، عمل نظارت به صورت دائم انجام مي‌گيرد تا هم هزينه‌ها محاسبه گردد و همچنين وضعيت سيگنال پاك كننده (Clear) بررسي شود.
10. در اين مرحله با گذاشتن گوشي مبداء يا مقصد، فضاهاي حافظه موجود آزاد شده و اتصالات مربوطه هم آزاد مي‌گردند.

فصل دوم

اساس سيستم‌‌هاي سوئيچينگ ديجيتال

1-2 تكنيك مالتي پلكسينگ

براي درك راحت سيستم‌‌هاي سوئيچينگ ديجيتال ابتدا بايستي مفاهيم پايه شرح داده شود. از اين توجه شما را معطوف به روش مالتي پلكس (Multiplex) مي‌كنيم. فرض كنيد كه قصد داريم n سيگنال را از مبدا A به مقصد B برسانيم. ابتدايي‌ترين روشي كه ممكن است به ذهن برسد، استفاده از n رابط مي‌باشد.

شكل 1-2 ابتدايي‌ترين روش ممكنه جهت انتقال سيگنال از A به B

استفاده از روش فوق هنگامي كه تعداد سيگنال‌‌ها افزايش مي‌يابد، مناسب نيست، چرا كه تعداد رابط‌ها افزايش مي‌يابد و به دنبال آن هزينه‌ها و فضاي اختصاصي جهت انجام اين كار بيشتر مي‌شود. استفاده از سيستم مالتي پلكس اين مشكل را حل مي‌كند. با استفاده از اين روش انتقال يك گروه از سيگنال‌ها روي يك مسير واحد تحقق مي‌پذيرد. يك سيستم مالتي پلكس شامل اين سيگنال ورودي است كه با يكديگر تركيب شده و يك سيگنال مالتي‌پلكس را مي‌سازد. اين سيگنال روي مسير انتقال منتقل شده و سپس n سيگنال در انتهاي مسير از يكديگر تفكيك مي‌شوند. يه عمل تفكيك‌ كردن سيگنال‌ها از يكديگر دي مالتي پلكس (De Multiplex) گويند.

شكل 2-2 يك سيستم مالتي پلكس

براي سادگي، شكل فوق يك مسير يك طرفه (Half Duplex) را نشان مي‌دهد. در صورتي كه تجهيزات لازم در مبداء و مقصد هر كدام شامل يك Multiplexer و De Multiplex مي‌باشند. اين كار جهت برقراري ارتباط دوطرفه (Full Duplex) مي‌باشد. روش‌هاي مختلفي براي مالتي پلكس كردن موجود است كه مهمترين آنها Frequency Division Multiplexing (FDM) و Time Division Multiplexing (TDM) مي‌باشد.

2-2 معرفي باس استاندارد

در روش فوق اطلاعات مربوط به هر n سيگنال در فاصله زماني كه به آن يك كانال مي‌گويند، روي مسير انتقال مي‌گردند. زمان اشغال شده توسط هر كانال را يك شكاف زماني (Time Slot) مي‌گويند. در هر لحظه نيز اطلاعات مربوط به يك سيگنال از طريق كانال آن سيگنا، بين مبداء‌ و مقصد منتقل مي‌گردد. تعداد كانال‌هاي مالتي پلكس شده جهت سيگنال‌‌هاي صوتي عموماً 24 (استاندارد آمريكايي) يا 32 (استاندارد اروپايي)تايي است. بنابراين سيگنال مالتي پلكس شده حاوي 24 كانال يا 32 كانال است كه به آن يك Setial Telecom –Bus (ST-BUS) مي‌گويند. به دلايلي كه در ادامه بحث خواهيم داشت، مدت زمان هر ST-BUS در هر دو روش امريكايي (T1) و اروپايي (E1)، معادل 125MSe است.

شكل 3-2 ST-BUS به روش اروپايي

بنابراين يك سيستم بر مبناي روش TDM شامل يك مسير مشترك است كه توسط كانال‌هاي مختلف اشغال مي‌گردد. جهت استفاده از تكنيك MUX سيگنال‌هاي ورودي بايد به رشته‌اي (Stream) از نمونه‌ها تبديل شده و هر يك در Time Slot مربوط به خود روي مسي مشترك قرار مي‌گيرد.

3-2 پروسه نمونه‌برداري

پروسه نمونه‌برداري مطابق شكل زير است: