МОДУЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ КОММУТАЦИОННЫХ СХЕМ
КОММУТАЦИОННАЯ СХЕМА ТИПА ВПВ
КОММУТАЦИОННАЯ СХЕМА ТИПА ПВП
Структура коммутационной схемы ПВП приведена на рис. 11. Предполагается, что каждая схема пространственной коммутации является однозвенной и неблокирующейся. Для схем большой емкости желательна реализация пространственной коммутации в виде многозвенных схем.
Установление соединительного пути через коммутационную схему ПВП требует нахождения блока пространственной коммутации, в котором имеется доступ к каналу записи в период временного интервала (входящего), когда может поступать информация, а также доступ к каналу считывания в период требуемого временного интервала (исходящего), когда будет считываться информация из памяти. Если каждое отдельное звено схемы (П, В, П) будет неблокирующимся, то она будет функционально эквивалентна трехзвенной пространственной схеме. Следовательно, вероятностный граф на рис. 12, описывающий коммутационную схему ПВП, идентичен вероятностному графу для трехзвенной пространственной коммутационной схемы.
Соответственно вероятность блокировки схемы ПВП
где 
, k—число, блоков временной коммутации центрального звена схемы.
Предполагая, что схема пространственная коммутации реализуется в виде однозвенных коммутационных блоков и что каждый тракт ВРК. содержит с информационных каналов, можем определить сложность реализации коммутационной схемы ПВП следующим образом.
Сложность =(число точек коммутации на звене пространственной коммутации)+(число битов управления на звене пространственной коммутации)+(число битов памяти на эвене временной коммутации) + (число битов управления на звене временной коммутации)]/100=2kN+(2kclog2N+kc8+kc log2с)/100.
Сложность реализации нужно сравнить с числом точек коммутации, полученным для эквивалентной трехзвенной коммутационной схемы. Пространственная коммутационная схема требует 41 000 точек коммутации, в то время как схема ПВП лишь 430 эквивалентных точек коммутации. Такой значительный эффект получается как результат того, что речевые сигналы были уже преобразованы в цифровую форму и мультиплексированы (предполо-жительно для целей передачи). Если коммутационная схема ПВП используется в аналоговом окружении, то преобладающая часть затрат будет падать на оборудование линейного сопряжения.
Современные цифровые коммутационные схемы уже мало отличаются от современных цифровых ЭВМ. Стоимость центральных устройств обработки информации становится относительно неболь-шой по сравнению со стоимостью периферийных устройств.
Второй формой реализации многозвенной коммутационной схемы со звеньями пространственной и временной коммутации является структура, приведенная на рис. 13. Эту коммутационную схему обычно называют схемой время — пространство — время. Информация, поступающая по каналу входящего тракта с ВРК, задерживается на входящем звене временной коммутации до тех пор, пока не будет найден соответствующий свободный путь через звено пространственной коммутации.
В этот момент информация будет передана через звено пространственной коммутации на соответствующее выходное звено временной коммутации, где она будет храниться до тех пор, пока не наступит временной интервал, в котором требуется осуществить передачу данной информации. Предполагая, что на звеньях временной коммутации обеспечивается полнодоступность (т. е. все входящие каналы могут быть соединены со всеми исходящими), при установлении соединения на звене пространственной коммутации можно использовать любой временной интервал. В функциональном смысле звено пространственной коммутации как бы повторяется (копируется) по одному разу для каждого внутреннего временного интервала Это иллюстрирует вероятностный граф схемы ВПВ, приведенный на рис 14.
Важной особенностью коммутационной схемы ВПВ, на которую следует обратить внимание, является то, что звено пространственной коммутации работает с разделением времени независимо от внешних трактов с ВРК. По существу, число временных интервалов работы звена пространственной коммутации l не должно совпадать с числом временных интервалов с внешних трактов с ВРК.
Если звено пространственной коммутации является неблокирующейся коммутационной схемой, то блокировка в схеме ПВП может возникать в тех случаях, когда нет свободных внутренних временных интервалов звена пространственной коммутации, в течение которых промежуточная соединительная линия, ведущая от входящего звена временной коммутации, и промежуточная соединительная линия, ведущая к исходящему звену временной коммутации, одновременно свободны. Очевидно, что вероятность блокировки будет минимальней, если число временных интервалов звена пространственной коммутации l будет выбрано достаточно большим. Действительно, проводя прямую аналогию с трехзвенными пространственными коммутационными схемами, схему ПВП можно считать неблокирующейся, если l=2c—1. Общее выражение для вероятности блокировки для коммутационной схемы ВПВ, отдельные звенья которой (В, П, В) являются неблокирующимися, имеет вид
где 
— коэффициент временного расширения (l/с), l — число временных интервалов работы звена пространственной коммутации.
Сложность реализации ВПВ-коммутации можно рассчитать по следующей формуле
Cтруктура ВПВ более сложная, чем структура ПВП. Заметим, однако, что в коммутационной схеме ВПВ используется временная концентрация, а в схеме ПВП — пространственная. По мере того, как будет расти использование входящих соединительных линий, будет уменьшаться степень возможной концентрации. Если окажется, что нагрузка входящих каналов достаточно высока, то для поддержания заданного значения вероятности блокировки в коммутационных схемах ВПВ и ПВП необходимо вводить расширение соответственно в первой — временное, во второй — пространственное. Поскольку реализация временного расширения значительно дешевле, чем пространственного, то при высоком использовании каналов коммутационная схема ВПВ окажется более экономичной, чем схема ПВП. На рис. 15 приведены зависимости сложности реализации схем ПВП и ВПВ от использования входящих каналов.
Как видно из рис. 15, коммутационные схемы ВПВ имеют четко выраженное преимущество перед схемами ПВП в области больших значений использования каналов. Для коммутационных схем малой емкости более предпочтительной оказывается структура ПВП. Возможно, что выбор конкретной архитектуры в значительно большей степени будет зависеть от других факторов, таких как модульность, простота организации тестирования, легкость наращивания емкости. Одним из моментов, который обычно выделяют, отдавая предпочтение структуре ПВП, является относительно более простые требования к организации управления схемами ПВП, чем схемами ВПВ. Для станций большой емкости с большой нагрузкой необходимость преимущественного использования структуры ВПВ становится совершенно очевидной. В подтверждение справедливости этого утверждения можно привести систему № 4 ESS со структурой ВПВ, которая является самой большой по емкости коммутационной схемой, построенной до настоящего времени.
Коммутационные схемы типа ВПППВ. Если звено пространственной коммутации схемы ВПВ оказывается достаточно большим по емкости, что приводит и к дополнительному увеличению сложности управляющего устройства, то для уменьшения общего числа точек коммутации звено пространственной коммутации заменяется многозвенной схемой. На рис. 16 приведена структура типа ВПВ, когда звено пространственной коммутации заменено трехзвенной схемой.
Поскольку три соседних звена являются звеньями пространственной коммутации, то эту структуру иногда называют коммутационной схемой ВПППВ. Сложность реализации схемы ВПППВ можно определить следующим образом:
где Nх—число точек коммутации; Nвт—число битов управляющей памяти звена пространственной коммутации; N втс -число битов информационной памяти звена временной коммутации; N втс - число битов управляющей памяти звена временной коммутации.
Вероятностный граф коммутационной схемы ВПППВ представлен на рис.17. Заметим, что этот граф идентичен вероятностному графу пятизвенной схемы пространственной коммутации. Используя вероятностный граф можно определить вероятность блокировки коммутационной схемы ВПППВ:
где 
Результаты показывают, что коммутационные схемы сверхбольшой емкости могут быть реализованы с использованием методов цифровою временного разделения на вполне приемлемом для практики уровне сложности. В середине 60-х годов стало очевидно, что на телефонной сети США необходимо использовать коммутационные схемы именно такой емкости. Поскольку для реализации сопоставимой с ними по емкости восьмизвеннои схемы пространственной коммутации потребовалось бы порядка 10 млн. точек коммутации, то традиционная технология, используемая при построении систем с пространственным разделением, была срезу же отвергнута, и фирма Bell System приступила к разработке системы № 4 ESS. Это была первая цифровая коммутационная система телефонной сети США, введенная в эксплуатацию в 1976 г. Система № 4 ESS (коммутационная схема типа ВПППВ) имеет емкость 107 520 соединительных линий, обеспечивает вероятность блокировки менее 0,005 при вероятности занятия канала 0,7 (11).
Ранее были описаны две базовые структуры цифровых коммутационных схем с временным разделением каналов:ПВП к ВПВ. Одна из них, а именно ВПВ, стала наиболее широко применяемой. Однако, некоторые разработчики отказываются от этих структур, предпочитая использовать один тип модулей для всех звеньев коммутации. В каждом таком модуле реализуется и пространственная и временная коммутация.
Очевидно, наиболее привлекательным моментом модульного подхода к построению коммутационных схем является возможность реализации широкого диапазона емкостей. Другими преимуществами модульного построения являются упрощение процесса производства, эксплуатации и тестирования, сокращение затрат на избыточное оборудование и запчасти, обычно, более широкие возможности по наращиванию емкости. Существенным недостатком модульного подхода является введение потенциально больших задержек при прохождении сигнала через коммутационную схему. В среднем каждое звено временной коммутации вносит для каждого канала задержку, равную половине времени цикла. Увеличение числа звеньев временной коммутации приводит соответственно к увеличению средней задержки прохождения" сигнала через коммутационную схему. Задержки до одной миллисекунды (восемь циклов) не оказывают непосредственного влияние на обмен речевой информацией. Однако, как будет показано более подробно в дальнейшем, задержки распространения сигнала соответствующие нескольким циклам, могут привести к возникновению условий возбуждения при установлении местных соединений, что первоначально было возможно только на длинных линиях.
Задержка распространения сигнала в коммутационной схеме с несколькими звеньями временной коммутации может быть минимизирована либо выбором соединительного пути и временного интервала, либо путем реализации звеньев временной коммутации на ЗУ, объем памяти которого меньше, чем это необходимо для хранения информации в течение целого цикла. В последнем случае входящие временные каналы тракта с ВРК не получают полного доступа ко всем исходящим временным каналам. Следовательно, ограничение задержки прохождения сигнала в схеме будет оказывать влияние на вероятность блокировки.