РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ БИС ТЕХНОЛОГИЯ КРИТЕРИИ ВЕС ТТЛ(Ш) ЭСЛ пМДП КМДП 1. Быстродействие 0, 07 0, 19 0, 65 0, 07 0, 09 2. Помехоустойчивость 0, 11 0, 21 0, 09 0, 29 0, 41 3. Потребление 0, 05 0, 09 0, 04 0, 29 0, 58 4. Площадь 0, 45 0, 21 0, 05 0, 43 0, 31 5. Совместимость 0, 28 0, 13 0, 04 0, 41 0, 42 6. Стоимость 0, 04 0, 56 0, 26 0, 11 0, 07 Глобальный приоритет 0, 19 0, 09 0, 33 0, 39 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ Показатель Обозначение Единицы измерения Значение 1. Количество коммутируемых каналов. - шт. 256 2. Формат передачи сигналов. ИКМ - 30/32 - - 3. Внутренняя частота f МГц 2, 048 3. Время наработки на отказ. T ч 106 4. Себестоимость. С руб. 15, 35 5. Оптовая цена. Ц руб. 17, 65 ДОКЛАД
В связи с расширением цифровых сетей связи в России остро стоит проблема перевода этих сетей на отечественную элементную базу.
Большинство цифровых сетей строится по иерархическому принципу, но наиболее массовым изделиями, применяемыми в этих сетях, является абонентское коммутационное оборудование. Поэтому задача разработки коммутатора абонентских каналов в виде заказной БИС актуальна.
Проектируемая БИС, предназначена для коммутации 256 каналов, в стандарте ИКМ–30/32, входящих абонентов с таким же количеством исходящих. Микросхема принимает информацию по восьмипараллельным групповым входам и выдает ее синхронно по восьми групповым выходам.
На основе требований к коммутатору строится структурная схема. Блок Выделения Циклового и Сверхциклового Синхронизма предназначен для выделения сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации. Блок Циклового Выравнивания и Коммутации предназначен для выравнивания по циклам входящих каналов и их коммутации. Так как на вход поступает восемь пространственно разделенных каналов, то для выполнения заданных функций необходима пространственно-временная коммутация. Пространственной коммутации можно избежать, объединив все восемь входящих каналов в один, уплотненный по времени, поток, при этом коммутация сводится лишь к перестановке во времени импульсных сигналов уплотненного временного потока, но тогда внутренняя частота коммутатора возрастет в восемь раз и составит 16, 384 МГц. Снижение внутренней частоты можно достичь, передавая восемь бит каждого из информационных каналов не последовательно, а по параллельной шине. После проведенной коммутации требуется обратно преобразовать уплотненный канал. Для выполнения данной функции на выход ставится Блок Формирования Исходящих Групповых Каналов, который и преобразует уплотненный временной канал в восемь каналов ИКМ-30/32. Работой всех блоков управляет Внутреннее Управляющее Устройство. На основании структурной схемы были разработаны функционально-логические схемы блоков.
Блок Выделения Циклового и Сверхциклового Синхронизма состоит из восьми приемников циклового и сверхциклового синхронизма (по одному на каждый канал). Приемник циклового и сверхциклового синхронизма представляет собой устройство, которое обеспечивает поиск и удержание циклового и сверхциклового синхронизма. Синхронизация коммутатора необходима для правильного распределения коммутируемого сигнала по каналам. Функционально такой приемник состоит из:
1. 1. Опознаватель синхросигнала, предназначенный для выделения кодовых комбинаций совпадающих по структуре с синхросигналом. Функциональная схема опознавателя содержит регистр сдвига и две схемы совпадения на выходе одной из которых появляется импульс в момент прихода кодовой комбинации синхросигнала, а на выходе другой - в момент приходакодовой комбинации сверхциклового синхросигнала. 2. Анализатор циклового и анализатор сверхциклового синхронизма определяют наличие соответствующего синхронизма (НС) или его отсутствие (ОС). Функциональная схема анализатора содержит схему совпадения, которая определяет наличие синхронизма и схему выдающую логическую“1”на выходе в момент прихода кодовой комбинации синхросигнала при отсутствии синхронизма.
3. Решающее устройство содержит два двоичных счетчика - накопители по входу и выходу из синхронизма и схему совпадения. Накопитель по входу в синхронизм обеспечивает защиту приемника от ложного синхронизма в режиме поиска, когда на вход поступают случайные комбинации группового сигнала, совпадающие с синхросигналом. Накопитель по выходу из синхронизма необходим для исключения ложного нарушения синхронизма.
4. Генератор импульсной последовательности вырабатывает определенный набор импульсных последовательностей, используемых для управления работой функциональных узлов коммутатора, их синхронизации. Функциональная схема генератора содержит три распределителя импульсов: распределитель разрядных импульсов, распределитель канальных импульсов и распределитель цикловых импульсов, каждый из которых содержит двоичный счетчик и дешифратор.
На блок циклового выравнивания и коммутации поступают входящие групповые каналы, его функция заключается в выравнивании каналов в соответствии с сигналом синхронизации и коммутировании каналов в соответствии с адресом, поступающим с устройства управления.
Принцип циклового выравнивания заключается в записи в запоминающее устройство информации входящих групповых каналов синхронно с выделенными тактовыми импульсами и считывании их синхронно со станционными импульсами тактовой и цикловой синхронизации.
Для осуществления коммутации необходимо сформировать общий, уплотненный во времени канал, и переставить импульсы из одной временной позиции в другую. Технически такую перестановку легко выполнить в запоминающем устройстве, если записывать информацию общего канала последовательно, а считывать в соответствии с картой коммутации.
Объединение процессов циклового выравнивания и коммутации позволяет сократить необходимый объем запоминающего устройства и уменьшить время задержки прохождения информационных сигналов. Для обеспечения данных функций блок циклового выравнивания и коммутации должен содержать утроенное количество запоминающих устройств. В одно из них постоянно производится запись, из другого считывание, а третье предназначено для записи при переполнении первого. Следовательно, блок циклового выравнивания и коммутации можно представить в виде 24х самостоятельных коммутационных элементов (по три на каждый канал). Для обеспечения требуемых функций запоминающее устройство коммутации должно записать информацию всех 32х каналов за один цикл, т. е. должно обладать емкостью 256 бит. Функциональная схема включает в себя:
1. Счетчик тактовых импульсов, предназначенный для формирования адреса в режиме записи. 2. Дешифраторы строк и столбцов.
3. Мультиплексор, предназначенный для переключения считывания адреса столбца от счетчика в режиме записи или от запоминающего устройства адреса в режиме считывания. 4. Непосредственно матрица памяти, состоящая из 256ти элементов (8*32). Организация запоминающего устройства коммутации зависит от режима работы: При записи данное запоминающее устройство представляет ОЗУ с разрядной организацией, в него записывается информация соответствующая входящему групповому каналу синхронно со своей выделенной тактовой частотой и цикловым синхросигналом. В этом режиме мультиплексор подключает к дешифратору столбцов старшие 5 разрядов счетчика адреса, 3 младшие разряда счетчика подключены к дешифратору строк.
При считывании запоминающее устройство коммутации представляет собой ОЗУ со словарной организацией. В каждой ячейке ОЗУ содержится информация одного информационного канала. Следовательно, все восемь разрядов каждого из информационных каналов можно считывать одновременно по параллельному каналу. Таким образом, одновременно с уплотнением осуществляется коммутация. В этом режиме мультиплексор подключает к дешифратору столбцов запоминающее устройство адреса, а дешифратор строк при этом отключается, и ОЗУ приобретает словарную организацию, каждые из восьми элементов памяти, входящих в состав столбцов матрицы памяти образуют одну ячейку памяти и считываются параллельно.
Запоминающее устройство адреса предназначено для хранения адреса входящего канала, информация которого поступает на выход в момент поступления станционного тактового импульса, соответствующего номеру исходящего канала.
Адрес входящего канала, состоит из 5тиразрядов. Но для функционирования устройства управления необходимо иметь информацию о состоянии канала в любой момент времени, для этого разрядность запоминающего устройства адреса была увеличена на 1 бит, который отображает состояние канала (“1” – канал занят; “0” –канал свободен). Этот разряд так же может управлять состоянием выходного каскада ОЗУ, при появлении в данном разряде“0”выходной каскад ОЗУ переходит в третье состояние. Запоминающее устройство адреса обладает емкостью: 192 бита и имеет словарную организацию, как при записи информации, так и при считывании.
Функциональная схема запоминающего устройства адреса состоит из: 1. Матрицы памяти 6*32. 2. Дешифратора столбцов. 3. Счетчика тактовых импульсов. 4. Схемы совпадения. Работает устройство следующим образом:
В режиме записи (запись ведется, как в адресное ЗУ, так и в ЗУ коммутации), в соответствии с тактовыми импульсами записывается информация об адресе коммутируемого канала и его состоянии на данный момент. Информация поступает от устройства управления в виде 6ти разрядных слов.
В режиме считывания информации адрес коммутируемого канала должен поступить раньше начала считывания информации из запоминающего устройства коммутации, для этого необходима схема совпадения, формирующая сигнал разрешения чтения на запоминающее устройство коммутации. Так как сигнал разрешения чтения для запоминающего устройства адреса является постоянным, а информация на выходе обновляется благодаря счетчику тактовых импульсов, постоянно меняющему адрес считывания; то при включении схемы совпадения тактового импульса и сигнала разрешения чтения, на выходе этой схемы будет формироваться сигнал, соответствующий моменту поступления адреса на запоминающее устройство коммутации.
Блок формирования исходящих групповых каналов, предназначен для формирования 8миканалов стандарта ИКМ - 30/32 из поступающего на его вход уплотненного во времени и разнесенного в пространстве скоммутированного канала. Для обеспечения непрерывного формирования каналов блок нуждается в двух запоминающих устройствах, в каждый момент времени из одного идет считывание, а в другой идет запись. В момент записи по параллельной шине передается восемь разрядов одного из каналов, следовательно, ОЗУ должно содержать восемь элементов в столбце. В момент считывания формируются восемь исходящих групповых каналов, в каждый момент времени на выход поступают восемь бит, по одному на каждый канал; следовательно, ОЗУ должно содержать восемь столбцов. Таким образом, общая емкость ОЗУ составляет 64 бит.
Организация ОЗУ словарная, но при записи информации каждая ячейка памяти состоит из элементов памяти, входящих в соответствующий столбец матрицы, а при считывании - из элементов, входящих в соответствующую строку. Схема данного устройства состоит из: Собственно матрицы памяти. Дешифраторы строк и столбцов.
Счетчик предназначен для формирования адресов записи и считывания. Инвертор предназначен для переключения режимов записи/чтения. Принцип работы этой схемы заключается в следующем, при записи со счетчика адреса трехразрядный код поступает на дешифратор столбцов, а дешифратор строк отключается и восемь разрядов одного информационного канала поступает на элементы памяти выбранного столбца. При считывании отключается дешифратор столбцов, а трехразрядный код счетчика адресов поступает на дешифратор строк и восемь одноименных разрядов разных информационных каналов выбранной строки матрицы поступают на соответствующие восемь выходов исходящих групповых каналов. В результате на выходе коммутационной БИС формируются групповые каналы в стандарте ИКМ -30/32.
Элементы БИС выполнены по стандартной КМДП технологии, с двух уровневой металлизацией (одна выполнена из алюминия, другая из поликремния), с минимальной толщиной рисунка 1, 2 мкм.
В дипломе проработаны вопросы технико-экономического обоснования разработки и вопросы экологии и безопасности жизнедеятельности, а так же был проведен патентный поиск на предмет патентной“чистоты”. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Литература
В. Б. Булгак. Приказ о мерах по защите интересов российских производителей телекоммуникационного оборудования. Министерство Связи Российской Федерации. Москва. 1997 год. Дж. Беллами. Цифровая телефония. Перевод с английского. Радио и Связь. Москва. 1986 год. О. Н. Иванова, М. Ф. Копп, З. С. Коханова, Г. В. Метельский, под редакцией О. Н. Ивановой. Автоматическая коммутация (учебник для ВУЗов). Радио и Связь. Москва. 1988 год. Л. А. Коледов, В. А. Волков, Н. И. Докучаев и др. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование (учебное пособие для ВУЗов). Высшая Школа. Москва. 1984 год. С. Мурога. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем. В двух книгах. Перевод с английского. Мир. Москва. 1985 год. Ю. В. Скалин, А. Г. Бернштейн, А. Д. Финкевич. Цифровые системы передачи. Радио и Связь. Москва. 1988 год. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. В двух книгах. Перевод с английского. Мир. Москва. 1983 год. В. Л. Шило. Полупроводниковые цифровые микросхемы. Радио и Связь. Москва. 1987 год. В. Л. Шило. Линейные интегральные схемы. Радио и Связь. Москва. 1989 год. Г. Г. Демирчоглян. Компьютер и здоровье. Советский спорт. Москва. 1995 год. В. А. Федоренко, А. И. Шошин. Справочник по машиностроительному черчению. Машиностроение. Санкт-Петербург. 1981 год. А. Н. Жаров. “Железо” IBM. Микроарт. Москва. 1996 год. Э. Гроув. Системная плата Pentium (версия: VX1F “LEO”). Руководство пользователя. Перевод с английского. Intel. Филиппины. 1997 год.
Х. Парк. Дисплей цветного изображения SyncMaster 3Ne. Руководство пользователя. Перевод с английского. Samsung. Южная Корея. 1997 год.
И. Г. Александрова. Микросхемотехника. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1997 год. Л. А. Летник. Цифровые устройства и микропроцессоры. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1995 год. В. А. Курбатов. Экология и безопасность жизнедеятельности. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1997 год. А. Г. Микиртичан. Организация производства и управление предприятиями. Конспект лекций. МТУСИ. Москва. 1997 год. Адреса в Internet
http: //asu. pstu. ac. ru/book/informat/http: //dialup. mtu. ruhttp: //www. mtu. ruhttp: //orasrv. extech. msk. suhttp: //osp. sovets. ruhttp: //patents. cnidr. orghttp: //patents. uspto. govhttp: //referats. aha. ruhttp: //www. osp. ruhttp: //www. rocit. ruhttp: //www. aport. ruhttp: //www. yahoo. comhttp: //www. altavista. comhttp: //www. au. ruhttp: //www. infodom. ruhttp: //www. patent. ruhttp: //www. raid. ru/mirrors/osp/cwhttp: //www. ruslan-com. ru/ATM-serv. htmhttp: //www. ruspatent. ruhttp: //www. uspto. govhttp: //www2. yandex. ruhttp: //www3. freestats. com ГЛАВА 1
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ НА ПРИМЕРЕ КОМПАНИИ “МТУ-ИНФОРМ” Компания "МТУ-Информ" (сокращение от "Московские телекоммуникационные услуги и информатика") создана в 1992 году и является целиком российским предприятием. "МТУ-Информ" действует преимущественно на территории Москвы и Московской области–как самостоятельно, так и через дочерние компании. Основные сферы деятельности в настоящее время–предоставление услуг проводной телефонии и услуг по передаче цифровых данных. "МТУ-Информ" располагает собственной крупнейшей в Москве оптоволоконной транспортной сетью. По числу обслуживаемых абонентов телефонной связи компания занимает сейчас в столице второе место. В ближайшее время перечень услуг значительно расширится: планируется ввод в действие цифровой сети радиотелефонии, трансляция программ кабельного телевидения, появление "интеллектуального" коммуникационного сервиса, обеспечение полноценного выхода в Интернет и др. Среди клиентов–крупнейшие отечественные и зарубежные фирмы, банки, гостиницы, аэропорты, информационные агентства и т. д. "МТУ-Информ"–молодая и стремительно развивающаяся компания, постоянно совершенствующая свою техническую базу и непрерывно расширяющая набор предоставляемых услуг. С помощью их сервера всегда можно получать самую оперативную и полную информацию.
ЭТИ СЕТИ ЕСТЬ СЕГОДНЯ: Цифровая транспортная сеть; сеть передачи данных; телефонная сеть общего пользования; "интеллектуальные" телефонные услуги. сеть для доступа к Интернет. ЭТИ СЕТИ СКОРО ПОЯВЯТСЯ: сотовая радиотелефонная сеть стандарта CDMA; сеть беспроводного телевидения; 2. 1 ЦИФРОВАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ 2. 1. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В сентябре 1996 г. компания "МТУ-Информ" ввела в эксплуатацию первую очередь собственной цифровой транспортной сети. На этом этапе было задействовано 70 узлов, которые разместились в зданиях АТС Московской городской телефонной сети (МГТС). Такое решение позволило эффективно объединять по мере необходимости технические ресурсы "МТУ-Информ" и МГТС. В узлах сети были расположены цифровые мультиплексоры, связанные друг с другом магистральными оптоволоконными кабелями, общая протяженность которых составила около 600 км. Уже первая очередь цифровой транспортной сети охватила практически всю Моск
ву: расстояние от ближайшего узла сети до потенциального пользователя составило не более 3 км. Рис. 2. 1
Сеть топологически состоит из трех колец STM-4 (622 Мбит/с) и одного кольца STM-16 (2. 5 Гбит/с), связанных друг с другом потоками STM-1 (155 Мбит/с) и примыкающих к ним двадцати пяти периферийных колец STM-1 (155 Мбит/с). Сеть построена с применениемтехнологии SDH (Synchronous Digital Hierarchy —Синхронная Цифровая Иерархия), позволяющей создать единую транспортную среду для разнородных информационных потоков. При этом совокупная пропускная способность сети достаточна для того, чтобы в едином потоке передавать большие массивы информации—как телефонно-голосовой, так и изначально существующей в виде цифровых данных. За счет высокой пропускной способности (по этому показателю сеть является одной из крупнейших в Москве) на ее базе возможна организация вторичных сетей большой мощности, в том числе наложенной сети передачи данных.
Транспортная сеть компании высоконадежна. Ее оборудование постоянно самотестируется и при возникновении какой-либо неисправности соответствующее сообщение посылается центральной системе управления, которая выдает диагностическое сообщение на монитор оператора и одновременно сохраняет его в базе данных для последующего анализа. Каналы в сети продублированы с помощью обходных путей, на которые система переключается в случае ухудшения качества передачи или пропадания основного канала. Такой принцип управления обеспечивает полное сохранение связи в случае аварии на кабельных трассах или выходе из строя каких-либо элементов сетевого оборудования.
Центральная система управления размещается в главном офисе компании. С ее помощью ведется постоянное наблюдение за состоянием сети в целом и за работой оборудования на ее отдельных участках, оперативно маршрутизируются информационных потоки, оптимизируется загрузка отдельных элементов, а при необходимости, сеть автоматически переконфигурируется.
Цифровая транспортная сеть позволяет передавать телефонный трафик как от собственных АТС "МТУ-Информ", так и транзитный, исходящий от сетей МГТС и других телефонных операторов. Номерная емкость, которую обслуживает сеть, составляет ныне примерно 100000 номеров.
На базе транспортной сети создана наложенная сеть передачи данных"МТУ-Информ". Данная сеть предназначена для сдачи пользователям в аренду коммутируемых и некоммутируемых цифровых каналов связи. 2. 1. 2 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
В планы компании "МТУ-Информ" по развитию своей транспортной сети входит: дальнейшая прокладка оптического кабеля и увеличение количества узлов в Москве (к концу 1997 планируется проложить в столице еще 300 километров оптического кабеля и довести количество узлов до 150); расширение транспортной сети на Московский регион;
интеграция с телекоммуникационными сетями и сетями кабельного телевидения отечественных и зарубежных компаний. 2. 1. 3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ SDH
Стремление к созданию единого стандарта транспортной сети привело к разработке и последующему широкому внедрению оборудования синхронно-цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy—SDH), являющемуся на сегодняшний день основой для создания широкополосных транспортных сетей. Его важнейшие особенности—наличие гибкой легко управляемой структуры для передачи и переключения потоков информации разной мощности (в том числе и плезиохронных), ввода и выделения этих потоков в произвольных пунктах, систем контроля качества. Все это либо невыполнимо, либо крайне затруднительно при существовавших ранее других цифровых системах—плезиохронных цифровых иерархиях (PDH). Оператору сети SDH абсолютно безразлично, какие виды информации передаются по сети, поскольку и телефония, и компьютерные данные, и сигналы кабельного телевидения представляют с точки зрения SDH лишь цифровой поток различной скорости. От сети же требуется лишь достаточная пропускная способность. В связи с неоспоримыми преимуществами SDH-технологии компания“МТУ-Информ” выбрала ее для реализации своей транспортной сети. ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ
Транспортная сеть “Компании МТУ-Информ” построена на оборудовании SDH производства компании ECI Telecom(Израиль). В узлах сети расположены синхронные цифровые мультиплексоры (Synchronous Digital Multiplexer— SDM), находящиеся в зданиях АТС АО “МГТС” и связанные друг с другом магистральными оптоволоконными кабелями. Первая очередь сети запущена в эксплуатацию осенью 1996 г. В составе первой очереди сети насчитывается 13 мультиплексоров SDM-16 и 59 мультиплексоров SDM-1 семейства SYNCOM.
Топологически сеть состоит из первичного центрального кольца со скоростью передачи информации 2, 488 Гбит/с (STM-16) и нескольких вторичных колец со скоростями передачи 155, 5 (STM-1) и 622 Мбит/с (STM-4). При этом от пользователей в SDM поступают потоки 2, 048 Мбит/с; трассы прохождения потоков задаются программно. Кольцевая структура и резервирование каналов обеспечивают связность сети при авариях на магистралях и бесперебойность передачи данных. Вторая очередь сети будет представлять собой 3 кольца STM-4 и 18 колец STM-1 и состоять из 23 мультиплексоров SDM-4 и более чем из 72 мультиплексоров SDM-1C производства компании ECI Telecom.
Все сетевые элементы управляются из единого центра управления сети, находящегося в главном офисе компании. Система управления eNM производства ECI Telecom отвечает всем самым современным требованиям, предъявляемым к системам такого рода, а многие ее функции являются уникальными.
Система управления предоставляет оператору множество различных возможностей для управления сетью. В частности, система позволяет:
собирать и анализировать аварийные сообщения в режиме реального времени; осуществлять мониторинг и конфигурацию удаленного сетевого элемента (до уровня блока);
автоматически создавать канал указанием его начальной и конечной точек; контролировать качество канала без нарушения связи;
устанавливать “петли”на ближнем и дальнем концах, а также контрольные точки на любом участке пути, что существенно облегчает поиск неисправности;
строить каналы с одним входом и несколькими выходами, что создает удобную среду для передачи оцифрованных сигналов кабельного телевидения; редактировать конфигурации канала без перерыва связи;
переводить периферийное оборудование сети на новую версию программного обеспечения из центра управления без перерыва связи.
К концу 1997 года “Компания МТУ-Информ”планирует проложить дополнительно 300 километров оптического кабеля и увеличить количество узлов в черте Москвы до 150. ТОПОЛОГИЯ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ
Сеть топологически состоит из трех колец STM-4 (622 Мбит/c) и одного кольца STM-16 (2. 5 Гбит/с), связанных друг с другом потоками STM-1 (155 Мбит/c) и примыкающих к ним двадцати пяти периферийных колец STM-1 (155 Мбит/c). Сеть предоставляет возможность передачи по каждому из направлений до 63, 252 или 1008 потоков Е1 (2Мбит/с) по кольцам STM-1, STM-4 или STM-16 соответственно. Такая пропускная способность обеспечивает передачу 1890, 7560 или 30240 телефонных каналов, используя при этом лишь два оптических волокна в кабеле. Используемым PDH-интерфейсом является G. 703.
Совокупная пропускная способность сети достаточна для того, чтобы в едином потоке передавать большие массивы информации—как телефонно-голосовой, так и изначально существующей в виде цифровых данных. За счет высокой пропускной способности (по этому показателю сеть является одной из крупнейших в Москве) на ее базе возможна организация вторичных сетей большой мощности, в том числе наложенной сети передачи данных. 2. 2 СЕТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ (ATM/Frame Relay) 2. 2. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
На базе собственной цифровой транспортной сетикомпания "МТУ-Информ" создала наложенную сеть передачи данных. Данная сеть предназначена для сдачи пользователям в аренду коммутируемых и некоммутируемых цифровых каналов связи. Скорость передачи информации по каналам связи— до 2, 488 Гбит/с. Сеть строится на основе технологии FR/ATM, позволяющей оптимизировать информационный поток, идущий от многих одновременно работающих пользователей, гарантируя каждому из них определенную пропускную способность. Применение технологии FR/ATM дает возможность сэкономить до 30% затрат, приходящихся на оплату услуг связи, по сравнению с использованием выделенных линий. Сеть высоконадежна: за счет кольцевой структуры и резервирования магистральных оптоволоконных линий обеспечивается устойчивость к авариям и бесперебойность передачи данных.
На территории Москвы максимальное расстояние от потенциальных пользователей до узлов сети составляет 1-3 км. Такая плотность обеспечивается за счет равномерного заполнения территории Москвы транспортной сетью "МТУ-Информ" (см. рис. 2. 1).
Компания "МТУ-Информ" полностью решает вопросы организации "последней мили" до абонентов: либо путем аренды выделенных телефонных пар у своего партнера—спецузла АО "МГТС", либо, при необходимости, прокладкой новых кабелей (медных или оптоволоконных). Оборудование сети позволяет осуществлять:
интегрированную передачу компьютерных данных, речи, факсов и видеоизображений; коммутацию каналов/пакетов/ячеек;
взаимодействие абонентов на скоростях 2048 Кбит/с, n * 64 Кбит/с, 64 Кбит/с и менее по выделенным каналам связи;
поддержку протоколов X. 25, CE, интерфейсов V. 24/RS-232, X. 21/RS-449, V. 35, V. 36 и классов обслуживания CBR (Constant Bit Rate), VBR (Variable Bit Rate), UBR (Unspecified Bit Rate), ABR (Available Bit Rate);
централизованный сквозной контроль и тестирование устройств сети (узлов, трактов, плат, портов, включая оборудование "последней мили" и вплоть до выходного разъема абонента);
автоматическую альтернативную маршрутизацию (реконфигурацию маршрутов и каналов) в случае перегрузки или аварий опорной цифровой сети; сбор статистики по трафику, качеству работы и авариям.
Применяемые технологии полностью соответствуют международным стандартам и рекомендациям CCITT (МККТТ) / ITU и ANSI.
На базе сети передачи данных "МТУ-Информ" возможна организация виртуальных корпоративных подсетей, управляемых абонентом с его станции управления—с определенным объемом полномочий по управлению и реконфигурации и с должной степенью защиты от вмешательств в работу подсети.
Первая очередь сети передачи данных "МТУ-Информ", рассчитанная на 10000-17000 абонентов, введена в эксплуатацию в августе 1997 г. 2. 2. 2 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Основными направлениями развития сети передачи данных "МТУ-Информ" являются: увеличение количества узлов сети, ее распространение на Московскую область; интеграция в общемировую сеть АТМ;
расширение спектра услуг сети за счет внедрения широкополосного сервиса (B-ISDN); предоставление услуг АТМ на периферийных кольцах сети.
К 1999 г. предполагается расширение числа пользователей до 40000. При этом ожидается переход части пользователей от других телекоммуникационных компаний, поскольку "МТУ-Информ" будет к тому времени предлагать своим клиентам уникальное по комплексности обслуживание. 2. 2. 3 ТЕХНОЛОГИЯ ATM/FR
Нацеленная на максимальное удовлетворение потребностей различных категорий абонентов, технология передачи цифровой информации Frame Relay (FR), позволяет обеспечить совместное использование многими абонентами высокоскоростных цифровых каналов с минимальными задержками. Ее идея состоит в передаче цифровой информации пакетами переменной длины с применением статистического мультиплексирования, что гарантирует пользователю определенную пропускную способность канала, а также позволяет расширить этот канал при резком (взрывном) возрастании трафика за счет других каналов, незанятых в данный момент времени. Это экономит до 30% затрат, приходящихся на оплату услуг связи, по сравнению с использованием выделенных линий.
FR-технология используется в низкоскоростной, "абонентской" части сети, работающей на скоростях до 2 Мбит/с. В отличие от нее, технология ATM (Asynchronous Transfer Mode), связанная с переносом ячеек фиксированного размера, применяется в магистральных каналах сети, использующих скорости от 155 Мбит/с и выше. ATM-технология позволяет оптимизировать пропускную способность каналов, что для клиента означает увеличение надежности при прохождении разнородных информационных потоков. 2. 2. 4 ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ
Все оборудование наложенной сети передачи данных поставила компания Newbridge Networks(Канада), которая выпускает полную гамму сетевых устройств, хорошо стыкующихся не только между собой, но и с оборудованием других производителей. В узлах сети устанавливаются устройства семейства MainStreet: ATM-коммутаторы 36170, коммутаторы 36120 и мультиплексоры 3600.
Абоненты сети, расположенные в непосредственной близости к узлам магистральной коммутации, могут подключаться к ATM-коммутаторам через пользовательские интерфейсы (STM-1, видеоинтерфейсы PAL/NTSC, интерфейсы ЛВС). Абонентские узлы ATM могут подключаться к сети через интерфейсы STM-1 ATM, E3 ATM, E1 ATM, которые доводятся до абонентов через отдельные системы передачи либо по оптоволокну. При этом в качестве абонентского оборудования могут использоваться устройства 36030, 36050, 36150 MainStreet, модули ATM NIC для рабочих станций, а также устройства семейства VIVID. Низкоскоростной доступ удаленных пользователей обеспечивают мультиплексоры 3600 MainStreet. Эти устройства гибко наращиваются путем установки в них дополнительных плат, что позволяет расширять сеть постепенно и с небольшими дополнительными затратами. Терминальные адаптеры (DTU) обеспечивают доведение до помещений пользователя нескольких цифровых каналов с суммарной пропускной способностью до 2 Мбит/с по обыкновенной витой паре. Подключение абонентов к сети возможно также по стыкам BRI или PRI ISDN. В качестве транспортной среды используется построенная компанией "МТУ-Информ" собственная SDH-сеть. Для организации наложенной сети передачи цифровой информации в узлах сети SDH устанавливаются интеллектуальные мультиплексоры с функциями коммутации пакетов FR или АТМ, а также станция менеджера сети, расположенная на центральном узле. Мультиплексоры FR связаны между собой информационными потоками со скоростями передачи 2, 048 Мбит/с, а весь обмен информационными потоками между мультиплексорами FR осуществляется через транспортную сеть SDH. В узлах центрального кольца установлены магистральные коммутаторы ATM типа 36170 MainStreet. Для абонентского доступа используются коммутаторы Frame Relay типа 36120 MainStreet и интеллектуальные мультиплексоры типа 3600 MainStreet. Последние легко превращаются в коммутаторы Frame Relay/X. 25 путем установки в них специального модуля (FRS или FRE). Абоненты подключаются к узлам сети по выделенным физическим линиям связи через терминальные адаптеры (DTU), выбираемые из широкой номенклатуры устройств абонентского доступа компании Newbridge Networks Corp. К числу таких устройств относятся, например, адаптеры типа 26xx/27xx MainStreet.
Таким образом, в ядре сети реализуется режим ATM, в ядре и на вторичных кольцах—режим Frame Relay, а на периферии к сети возможен доступ в самых различных режимах и в широком диапазоне скоростей передачи— в зависимости от нужд конкретного абонента. 2. 2. 5 ТОПОЛОГИЯ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СЕТИ
Топология сети передачи цифровой информации с наложенными сетями FR и АТМ, а также с выделенными высокоскоростными каналами, изображена на рисунке: Рис. 2. 2
Центральное кольцо сети имеет пропускную способность STM-1 (155 Мбит/с); каждый узел периферийных колец имеет 4 канала связи Е1 (4 * 2 Мбит/с). Наращивание пропускной способности сети возможно путем изменения топологии—перехода от кольцевых структур к радиальным на наиболее загруженных участках за счет реконфигурации потоков Е1 транспортной сети SDH.
К каждому из 69 коммутаторов / мультиплексоров доступа в узлах сети может быть подключено до 250 абонентов (на скорости 64-128 кбит/с). Возможен также абонентский доступ на скоростях 2 Мбит/с и 155 Мбит/с (в центральном кольце). Передачу потоков цифровой информации по выделенным каналам типа "точка — точка" или "точка —много точек" потоками 2, 048 Мбит/с, 34, 368 Мбит/с, 139, 264 Мбит/с, 155 Мбит/с, 622 Мбит/с и 2, 488 Гбит/с можно осуществлять, используя подключение непосредственно к системам передачи (мультиплексорам SDM) транспортной сети SDH. В качестве пользователей таких услуг могут выступать, например, студии кабельного ТВ, от которых поступает либо несжатый видеоканал, либо несколько сжатых видеоканалов, преобразованных в один посредством специального видеомультиплексора. Целесообразно использовать оцифрованные видеоканалы в стандарте MPEG2, что позволяет передавать один телевизионный канал со скоростью от 2 до 8 Мбит/с). Такая технология является базовой для построения комбинированных волоконно-оптических и коаксиальных широкополосных сетей кабельного телевидения, позволяющих транслировать десятки каналов, организовывать "видео по запросу" и оказывать другие услуги. Реализованная таким образом сеть передачи цифровой информации имеет универсальную архитектуру, способную работать в режимах "прозрачный канал" для передачи как пакетов, так и ячеек. Это позволяет оптимизировать сеть, сохраняя экономию пропускной способности при низкоскоростном доступе извне и обеспечивает быстрый обмен информацией, при котором экономия ресурсов не является первостепенным требованием. Для пользователей же сеть оказывается "прозрачной" и с них снимаются проблемы по поиску и приобретению какого-либо дополнительного оборудования, а также по стыковке их сетей. Компания "МТУ-Информ" полностью берет на себя всю организацию прямого доступа к пользователям и контролирует работоспособность канала вплоть до розетки абонента. Первая очередь сети рассчитана на 10000-17000 абонентов (нижняя граница достигается при неравномерном распределении абонентов по узлам). 2. 2. 6 ДЛЯ ЧЕГО И КАК СЕТЬ МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ КЛИЕНТАМИ Сеть может использоваться для решения следующих задач: передачи речи; передачи данных;
сопряжения локальных вычислительных сетей (ЛВС), в том числе и работающих в разных стандартах (Token Ring, SNA, Ethernet и т. д. );
установления связи между удаленным терминалом и главным компьютером; установления связи между удаленным персональным компьютером (ПК) и ЛВС; сопряжения высокопроизводительных ЛВС;
создания виртуальной корпоративной сети, коммутируемой и управляемой пользователем (в том числе и с доступом к Интернет); обеспечения видеоконференц-связи;
передачи видеоизображений, в том числе сигналов телевещания (кабельного ТВ); организации различных интерактивных служб с использованием мультимедиа ("видео по запросу" и т. д. ).
Для использования сети предлагается несколько стандартных решений, показанных на рисунках. Рис 2. 3; 2. 4 и 2. 5
Компания "МТУ-Информ" полностью берет на себя всю организацию доступа непосредственно к абонентам, что весьма выгодно отличает ее от большинства других компаний, предоставляющих лишь каналы связи.
При использовании на "последней миле" медного кабеля затраты берет на себя “МТУ-Информ”, а в дальнейшем они покрываются за счет арендной платы. 2. 3 ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ Ошибка! Указано неверное имя файла. 2. 3. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Телефонная сеть компании "МТУ-Информ" предназначена для оказания разнообразных телефонных услуг индивидуальным и корпоративным клиентам г. Москвы. Сеть базируется на принадлежащих компании электронных цифровых АТС, а в качестве транспортной среды используетсясобственная SDH-сеть. Номерная емкость составляет в настоящее время примерно 100000 номеров, входящих в нумерацию Московской городской телефонной сети. Таким образом, по числу обслуживаемых абонентов компания "МТУ-Информ" является вторым после АО "МГТС" оператором телефонной связи в Москве. Телефонные услуги, предоставляемые "МТУ-Информ", отличает высокое качество. Его составляющие—хорошая слышимость, надежность установления соединения, стабильность параметров сигнала и т. д. Располагая собственной транспортной сетью, равномерно покрывающей практически весь город, "МТУ-Информ" имеет возможность обеспечивать связь с абонентами МГТС, доставляя сигнал к центральной АТС компании по своей цифровой сети. Устаревшие аналоговые АТС, на которых в значительной степени происходит потеря качества сигнала, при этом не используются. Центральный узел сети "МТУ-Информ" имеет выходы на другие города и за пределы России через СП "СЦС Совинтел" и АО "Ростелеком". Благодаря высоким характеристикам телефонной сети "МТУ-Информ" ее услугами пользуются:
отечественные и зарубежные банки (Сбербанк, Инкомбанк, Автобанк, Внешторгбанк, Московский международный банк, "Российский кредит", Citybank, Credit Suisse, Westdeutsche Landersbank и др. );
бизнес-центры (Совинцентр, Макдональдс, Mosenka, Парус, Западный Мост и др. ); крупные зарубежные фирмы (IBM, Microsoft, Shell, Chevron, Pepsi, Masterfoods, Proctor&Gamble и др. );
все операторы сотовых сетей ("Би-Лайн", "Мобильные ТелеСистемы", "Московская Сотовая Связь", "Совинтел" и др. );
поставщики (сервис-провайдеры) услуг Интернет ("Совам-Телепорт", "Демос", "Релком" и др. ); гостиницы ("Националь", "Тверская" и др. ); информационные агентства (Рейтер и др. ); аэропорты ("Шереметьево" и др. ) и проч.
При необходимости "МТУ-Информ" берет на себя комплексное доведение линий связи до клиента, включая строительство кабельной канализации, проектирование и прокладку оптоволоконных и медных кабельных трасс непосредственно до объекта, установку и обслуживание согласующей аппаратуры, поставку, монтаж и подключение местной АТС и т. д. Таким образом, "МТУ-Информ" способна производить полную комплексную телефонизацию организации-заказчика.
В настоящее время в рамках телефонной сети общего пользования сети "МТУ-Информ" происходит развитие так называемыхинтеллектуальных услуг. Их предоставление обеспечивается программно-аппаратным комплексом компьютерно-телефонной обработки вызовов. На практике это означает, что пользователи смогут обращаться к службам типа "800" и "900", широко распространенным в развитых странах. Подобные службы позволяют получать любые виды справочной информации из специализированных баз данных, оплачивать соединение дебитными и кредитными карточками (в том числе за счет вызываемого абонента), строить корпоративные сети различных видов, организовывать конференц-связь, пользоваться голосовой и электронной почтой и многое другое. В числе прочего, эти службы дают возможность создавать новые виды сервиса при участии других компаний-операторов.
Еще одно направление развития телефонной сети общего пользования — ее интеграция с сетью радиотелефонии"МТУ-Информ", находящейся в стадии развертывания. Услугами радиотелефонии компания планирует охватить как Москву, так и Подмосковье. Подключение базовых радиотелефонных станций к оборудованию проводной связи будет осуществляться посредствомтранспортной сети"МТУ-Информ". Таким образом, деятельность компании как телефонного оператора призвана увеличить доступность телефонных услуг в Москве и Московской области с значительным одновременным расширением их набора и существенным улучшением качества. В своей тарифной политике компания ориентируется на доступность услуг потенциальным клиентам со средним уровнем доходов. Рис. 2. 6 2. 3. 2 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
В планы компании "МТУ-Информ" по развитию своей телефонной сети входит: введение до конца 1997 г. еще 100000 номеров коммутаторной емкости; открытие доступа к цифровых сетям с интеграцией служб (ISDN); предоставление широкого спектра “интеллектуальных” услуг;
введение в строй единой учетно-расчетной системы, автоматически отслеживающей предоставление всех видов услуг. 2. 3. 3 "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ" ТЕЛЕФОННЫЕ УСЛУГИ Дополнительные услуги на сети МТУ-Информ
Развертываемый на сети МТУ-Информ Узел Дополнительных Услуг (Service Node) предоставит абонентам Московской городской телефонной сети широкие возможности системы компьютерно - телефонной интеграции (CTI). На первом этапе внедрены следующие службы Узла: Внешний телефонный Центр (Call Center) или служба 800;
может с высокой эффективностью обслуживать поток телефонных вызовов, направленный в адрес компании - арендатора услуг Узла. ВТЦ в первую очередь предназначен тем компаниям, которые по роду своей основной деятельности должны обеспечивать постоянное и эффективное взаимодействие со своими клиентами. Система предоставления услуг междугородной и международной связи; Альтернативный доступ к услугам дальней связи –дает возможность физическим и юридическим лицам пользоваться междугородной и международной связью по привлекательным тарифам, с удобной формой оплаты и отличным качеством. Система предоставления аудиоинформации (Audiotex)
Позволяет предоставлять пользователям справочную аудиоинформацию по выбору, организовать теле игры, розыгрыш лотерей, опрос общественного мнения и др. 2. 3. 4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ "Интеллектуальных Услуг"
Узел базируется на телефонной сети общего пользования"МТУ-Информ" и программно-аппаратном комплексе компьютерно - телефонной системы обработки вызовов. Имея большую гибкость и наращиваемость, компьютерно телефонная система МТУ-Информ позволяет быстро разрабатывать и внедрять новые услуги и использовать самые современные средства доступа, передачи и предоставления информации. Немаловажно, что доступ к Узлу имеют практически все абоненты Московской городской телефонной сети, независимо от используемого телефонного аппарата и типа телефонной станции. В зависимости от решаемой задачи Узел может одновременно обслуживать до нескольких тысяч вызовов одновременно.
Технически Узел является комплексом, основанным на компьютерной сети, служащей для коммутации телефонных линий абонентов и операторов, выполнения сценариев услуг, обработки запросов абонентов, записи, воспроизведения и хранения речевой и факсимильной информации, сбора и обработки статистической информации, управления базами данных и приложениями. Открытая архитектура программных средств и возможности наложенной сети передачи данных, телефонной сети общего пользования и магистральной сети для доступа к Интернет позволяют арендовать ресурсы Узла внешним пользователям.
Решение Узла основано на программном комплексе одного из крупнейших производителей CTI - фирмыGenesys , аппаратуре Dialogic, серверах Compaq и коммутатора фирмы Northern Telecom . Структуру Центра можно представить в виде блоков IVR (Interactive Voice Response) и Call Center. В IVR разрабатывается и запускается сценарий обработки вызова абонента, определяются набираемые цифры в процессе диалога с системой, определяется номер абонента, выдаются речевые сообщения и подсказки, генерируются переменные данные сообщения (числа, даты и др. ), осуществляется авторизация, биллинг и доступ к базам. Основой Call Center является T-Server, который поддерживает агентские приложения (agent applications), управляет телефонной станцией, распределяет подключение агентов (Intelligent Call Delivery), отслеживает их работу и поток вызовов (Monitoring). Данные накапливаются и обрабатываются в сервере статистики (Stat Server). В сервере баз данных (DB Server) хранятся базы, необходимые для работы агентов. Также агенты могут использовать данные из глобальной сети и локальных баз арендаторов ресурсов Узла.
Аппаратно Узел является компьютерной системой, состоящей из объединенных в сеть мощных серверов и рабочих станций. По специфике исполняемых задач можно выделить четыре группы серверов: IVR и Dialogic серверы в блоке IVR, T-Server в блоке Call Center и Oracle Server. Рис. 2. 7
Проследим прохождение вызова: Входящий вызов поступает с МГТС через транзитную телефонную станцию после набора трех цифр номера (индекса) и попадает на Dialogic-Server. По оставшимся четырем цифрам, поступающим в виде импульсного челнока, система определяет адрес требуемой службы. При необходимости система может запросить номер абонента (АОН). Прием цифр в процессе диалога с абонентом производится DTMF или декадными импульсами. После авторизации в биллинговой системе возможно проключение на международные каналы, выдача стандартных сообщений (аудиотекс) или соединение с агентом. В последнем случае система, получив информацию об абоненте, проключает нужного агента (по критерию доступности, квалификации, “знакомства”с этим абонентом) и активизирует на его компьютере связанную информацию (в виде pop-screen). При обслуживании вызова агент может использовать локальные и глобальные базы, возможность передачи вызова старшему оператору и в головной офис фирмы. По результатам работы формируются отчеты, передаваемые заказчику услуги в удобном для него виде. 2. 3. 5 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ
В качестве основного оборудования телефонной сети общего пользования используются электронные цифровые АТС модели DX-200 производстваNokia Telecommunications (Финляндия). Все АТС размещаются в центральном офисе компании и связаны с собственной транспортной сетью "МТУ-Информ". Передача трафика по оптоволокну, цифровая форма представления сигнала и надежная система электронного набора номера создают предпосылки для высокого качества связи. Особенно значимо достигнутое компанией качество связи для передачи цифровых данных. Многочисленные тестирования показали, что при соединении абонентов практически из любого района Москвы устойчиво обеспечивается скорость передачи данных не менее 28800 бит/с. Для абонентов цифровых телефонных сетей доставка сигнала может производиться без аналогового преобразования (при компьютерной передаче данных—без применения модемов). По причине высокого качества соединения предоставленные "МТУ-Информ" телефонные серии используются ведущими московскими поставщиками (сервис-провайдерами) услуг Интернет.
Соединение абонентов телефонной сети "МТУ-Информ" с абонентами МГТС происходит с точки зрения пользователя точно так же, как и внутри сети. Доступ к междугородным и международным линиям связи осуществляется через центральный узел телефонной сети "МТУ-Информ", имеющий выход в сети СП "СЦС Совинтел" и АО "Ростелеком".
По запросу клиента возможна поставка, монтаж и подключение к телефонной сети "МТУ- Информ" учрежденческих станций (УАТС) средней и большой емкости типа "Меридиан-1" , работающих по цифровым и аналоговым линиям связи. Новый вид предоставляемого "МТУ-Информ" сервиса — так называемые "интеллектуальные" телефонные услуги. Они обеспечиваются специальным оборудованием. 2. 4 ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ
2. 4. 1 ПОСТОЯННОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ К УСЛУГАМ ИНТЕРНЕТ КОМПАНИИ "МТУ-Информ" Описание услуги Internet: Пользователю предоставляются постоянное подключение к международной сети Интернет посредством ТСР/IP сети компании“МТУ-Информ”. При организации подключения используется технология Frame Relay. ТСР/IP сеть компании“МТУ-Информ”создана на основе самого современного оборудования: магистральные маршрутизаторы производстваCISCO Systems (США), сетевые серверы SUN Microsystems (США), канальное оборудование New Bridge (США) и ECI (Израиль). К международной сети ИНТЕРНЕТ сеть компании “МТУ-Информ”подключается трансатлантическим подводным каналом Россия-Канада емкостью 4Mbps. Канал имеет возможности для практически неограниченного наращивания его пропускной способности и прямого обменом трафиком с крупнейшими операторами Интернет североамериканского континента. Международная коннективность организована по полностью резервированной схеме с использованием запасных наземных и спутниковых каналов.
В России ТСР/IP сеть компании “МТУ-Информ”имеет каналы прямого обмена трафиком со всеми основными российских провайдерами услуг Интернет.
В отличие от других сервис-провайдеров, компания “МТУ-Информ”предоставляет ИНТЕРНЕТ услуги не на порту своего маршрутизатора, а в офисе клиента, используя для этого собственную сеть передачи данных, поскольку при подключении к другим провайдерам клиент должен дополнительно арендовать у третьей стороны канал сети передачи данных. В офисе клиента устанавливается терминальный адаптер, подключенный ксети передачи данных “МТУ-Информ”. Как отмечено ранее, даже простейшие терминальные адаптеры имеют возможность подключения клиента по двум независимым каналам 64Kbps. Таким образом, приобретая услуги ИНТЕРНЕТ компании“МТУ-Информ”по каналу 64Kbps, клиент получает возможность одновременно воспользоваться услугами сети передачи данных (например, для сопряжения локальных сетей собственных филиалов) или организовать подключение к ИНТЕРНЕТ двух независимых компаний , расположенных рядом друг с другом. 2. 4. 2 КОММУТИРУЕМОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ
Компания "МТУ-Информ"предлагает воспользоваться принципиально новой услугой - подключением к сети Интернет по коммутируемым линиям городской телефонной сети с оплатой в кредит. Для доступа в сеть Интернет используется модемный пул компании, подключенный к серийным номерам 995-5555 и 995-5556. Эти серийные номера сформированы прямо на транзитном телефонном узле "МТУ-Информ". Транзитный телефонный узел - это сложный комплекс устройств, осуществляющих коммутацию межстанционных телефонных потоков между городскими АТС. Транзитный узел является сердцем цифровойтелефонной сетикомпании "МТУ-Информ". Более чем 140 узловых ATC городской телефонной сети соединены с ним цифровыми волоконно-оптическими трактами, что практически всегда позволяет собирать трафик клиентов услуги Интернет непосредственно на их ближайших районных АТС. Отсутствие значительных аналоговых участков соединения существенно увеличивает скорость и устойчивость модемного соединения. Качество этой системы доступа многократно проверено на ведущих Интернет провайдерах, которым компания "МТУ-Информ" предоставляет в аренду свои телефонные серии с номерами, начинающимися на 995, 961 и 258. В целом, телекоммуникационная инфраструктура компании "МТУ-Информ" создана на основе современного оборудования, позволяющего предложить клиентам широкий спектр услуг самого высокого качества. Среди этого оборудования транзитные цифровые АТСNokia (Финляндия), магистральные маршрутизаторы CISCO Systems (США), сетевые серверы SUN Microsystems (США), серверы доступа CISCO Systems и 3COM (США), SDH мультиплексоры ECI (Израиль), ATM и Frame Relay оборудование New Bridge (США) и др. Для доступа в Интернет используется только современное цифровое оборудование, поддерживающее протоколы высокой (до 56 Кб/сек) пропускной способности. Используя собственные телефонные ресурсы, компания "МТУ-Информ" предпринимает оперативные меры по увеличению числа входных портов модемного пула. Абонент услуги Интернет "МТУ-Информ" практически не может получить сигнал "занято". Это может произойти только вследствие перегрузки его районной АТС. Ознакомиться с текущей статистикой загрузки модемного пула можнона диаграммена сервере компании . Компания располагает собственной общегородской высоконадежной волоконно-оптическойтранспортной сетью(около 140 узлов т. н. синхронной цифровой иерархии, скорость до 2, 4 Гб/сек) и крупнейшейсетью передачи данныхATM/Frame Relay (более 70 узлов). Для интеграции своих Интернет услуг "МТУ-Информ" использует только высоконадежные волоконно-оптические линии и международные каналы с гарантированной пропускной способностью. Общая производительность международных каналов на сегодняшний день составляет 4 Мб/сек и будет дальше расти по мере необходимости. Система международной коннективности компании выполнена по полностью резервированной схеме с использованием запасных наземных и спутниковых каналов. В России "МТУ-Информ" имеет прямые соглашения об обмене трафиком со всеми ведущими провайдерами услуг Интернет. Суммарная производительность каналов к другим российским провайдерам превышает 100 Мб/сек. 2. 5 СЕТИ НЕДАЛЕКОГО БУДУЩЕГО 2. 5. 1 СОТОВАЯ РАДИОТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ СТАНДАРТА CDMA
В настоящее время ОАО "Персональные коммуникации" - дочерняя компания "МТУ-Информ" - занимается развертыванием сети сотовой радиотелефонии стандарта CDMA. Предоставление услуг радиотелефонной связи CDMA компанией "Персональные коммуникации" будет производиться с использованием транспортной и телефонной сетей "МТУ-Информ". В 1997 году планируется предоставление услуг радиотелефонной связи сети CDMA первым 60, 000 стационарным абонентам Московской области, а начиная с 1998 года услуги радиотелефонной связи станут доступны в большинстве районов Московской области. 2. 5. 2 ТЕХНОЛОГИЯ CDMA
Технология CDMA (Code Division Multiple Access - мультидоступ с кодовым разделением каналов) является разработкой американской компанииQualcomm, Inc. и имеет ряд заметных преимуществ по сравнению с другими действующими сотовыми технологиями. В частности, эта технология отличается эффективным использованием радиоспектра, большей удельной абонентской емкостью, лучшей помехозащищенностью и более качественным приемом в условиях сложного рельефа. Сигнал CDMA отличается также высокой степенью защиты от несанкционированного доступа и прослушивания. Важно отметить, что абонентские терминалы CDMA имеют меньшие рабочие излучения по сравнению с другими стандартами, что снижает вредное воздействие на организм человека. Также терминалы могут дольше работать без подзарядки аккумуляторов, чем аналогичные терминалы других сотовых стандартов. 2. 5. 3 ОБОРУДОВАНИЕ
По результатам конкурса, проведенного среди потенциальных поставщиков оборудования, компания "Персональные коммуникации" подписала контракт с американской компанией Qualcomm на развертывание системы радиотелефонной связи, работающей в диапазоне частот 800 Мгц. Подключение базовых станций сети CDMA к телефонной сети общего пользования будет осуществляться посредством цифровой транспортной сети "Компании МТУ-Информ". 2. 5. 4 ДЛЯ ЧЕГО И КАК СЕТЬ МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ КЛИЕНТАМИ
Реализация проекта CDMA позволит достичь дополнительных возможностей для улучшения телефонизации Московского региона. Помимо высококачественной телефонной связи, абонентам будет предложен стандартный набор услуг, принятый для цифровых сетей, в том числе: переадресация вызова, постановка вызова на ожидание, голосовая и электронная почта, передача коротких сообщений, конференц-связь, сокращенный набор номера и т. д. , а также доступ ко всем другим услугам, предоставляемым абонентам сетей "МТУ-Информ". Кроме того, абоненты радиотелефонной сети CDMA будут иметь возможность передавать и принимать высококачественные факсимильные сообщения и данные (скорость передачи - 14, 4 Кбит/с). 2. 5. 3 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
В ближайшем будущем в Московском регионе на основе технологии CDMA могут быть созданы корпоративные сети для административных органов управления, милиции, скорой медицинской помощи, банков и т. д. Для таких сетей предусматривается возможность дополнительной защиты передаваемой информации и возможность приоритетного и бесплатного выхода к экстренным службам. Рассматривается также проект установки вдоль основных автомагистралей в Московской области и в Москве пунктов экстренного вызова типа Emergency Call. С такого пункта любой пользователь сможет простым поднятием трубки вызвать милицию или аварийную службу и сообщить о происшествии, причем система автоматически определит местоположение объекта, с которого поступил сигнал.
В дальнейших планах компании - развитие радиотелефонной сети CDMA в близлежащих к Москве областях, для чего в настоящее время производятся необходимые исследования. 2. 5. 4 СЕТЬ БЕСПРОВОДНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Ни у кого сейчас не вызывает сомнения, что именно посредством телевизионного вещания современный человек получает наибольшее количество информации и продолжает стремиться получать его во все возрастающей степени. Заметную роль начинают играть потребности в таких услугах, как видео обучение, электронный шопинг и т. п. , которые оказываются при помощи специально сформированных децентрализованных источников информационных ресурсов. В последнее время, когда реализовалась возможность обеспечения абонентов терминалами со встроенными микропроцессорами, появилась возможность осуществлять заказы "pay-per-view" либо "video-on demand", пользуясь экранным меню
Таким образом, усложнившиеся требования рынка играют роль катализатора в процессе создании сетей связи, доводящих до абонента широкий и наращиваемый набор информационных услуг.
В этой связи особое место в телекоммуникационной сети занимает сеть доступа или, так называемая, "последняя миля", стоимость которой, заключая в себе основной объем кабельной продукции и оборудования, составляет до 80% стоимости всей сети Вопрос целесообразности и востребованности услуг телекоммуникационных операторов со стороны потенциальных пользователей становится ключевым. По этим причинам взвешенный выбор технологии и способа
построения сетей доступа важен, во-первых, в части оптимизации затрат на строительство и последующую эксплуатацию сети; во-вторых - возможности расширения спектра оказываемых услуг в будущем.
В целях решения такой задачи наиболее прогрессивным следует считать создание универсальной телекоммуникационной инфраструктуры основывающейся на уже существующей мощнейшей корневой сети SDH/ATM/FrameRelay компании МТУ-Информ и распределительной сети радио доступа, на базе которых возможно построение современной телекоммуникационной сети, которая имеет широкополосный мультимедийный мультисервисный характер, обеспечивающей массовый охват пользователей
Сам же радиотракт такой системы прозрачен для передачи различных типов аналоговых или цифровых сигналов (будь то NTSC, PAL, SECAM DVB или просто поток данных с различными скоростями).
Диапазон рабочих частот 41, 5 - 42, 5 ГГц (условиями лицензии оговорено использование только половины выделенного радиочастотного ресурса). В диапазоне частот шириной 2 ГГц эти системы позволяют передавать от 96 до 128 аналоговых ТВ каналов (или в несколько раз больше цифровых). Современные системы такого типа обеспечивают передачу радиосигналов на
экологически безопасных уровнях мощности (всего 100.... 300 мВт на канал). При этом интересно, что подобные системы хорошо работают именно в городе, где СВЧ сигнал может приходить к абоненту, не находящемуся в зоне прямой видимости, многократно переотражаясь от стен домов (малая длина волны позволяет избавиться от влияния интерференции и многолучевого распространения волн. ). А для улучшения приема в особо затененных местах применяются сравнительно недорогие ретрансляторы.
Использование сотового принципа позволяет предлагать пользователям в каждой из сот свой набор ТВ программ, что выгодно отличает сеть сотового ТВ от существующих эфирных систем метрового и дециметрового диапазонов. В режиме ТВ вещания каждая базовая станция способна обслуживать всех абонентов, находящихся в зоне ее действия, а не только тех, до которых дотянулся кабель. Базовые станции сети MVDS в черте Москвы будут располагаться в узлах транспортной сети "МТУ-Информ" с целью упрощения технических решений, а также снижения требуемых инвестиций на прокладку коммуникаций, аренду помещений, и т. п.
Мультиплексирование нескольких ТВ-программ в общий цифровой поток будет осуществляться в местах ввода в транспортную сеть SDH. Антенное хозяйство сети MVDS размещается на зданиях АТС, в которых находятся узлы сети "МТУ-Информ" или на близлежащих высотных зданиях. Минимальный набор услуг, предоставляемый абонентам: многопрограммное ТВ-вещание
цифровое кодирование источника ТВ сигнала использует стандарт MPEG-2 (ISO-13 818),
структура цикла кодирования для канала и модуляция - в соответствии со стандартом DVB-S (ETS 300 421); ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
3. 1 СРАВНЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ С ЦИФРОВОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТЬЮ КОМПАНИИ “МТУ-ИНФОРМ” Прежде всего необходимо отметить, что обе системы имеют в своей основе кольцевой принцип построения сети, что обеспечивает преимущества по сравнению с радиальной схемой построения сети (см. Введение). Основным отличием проектируемой системы от сети, построенной по принципу Синхронной Цифровой Иерархии, является снижение минимальной пропускной способности канала до 2, 048 Мбит/с, это накладывает определенные условия на построение устройств обеспечивающих работу сети. Вторым важным отличием проектируемой системы является децентрализация управления, которая позволяет использовать устройства системы независимо от центрального узла управления, что в конечном итоге позволяет продолжить работу сети при выходе из строя центрального управляющего элемента, и тем самым повысить надежность системы вцелом.
3. 2 РАССМОТРЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ Исходя из назначения устройства, можно представить устройство в виде некоего блока, который обеспечивает пространственно-временную коммутацию 256ти входящих цифровых каналов, в соответствии с сигналами УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ, и выравнивает входящие групповые каналы по циклам. Структурная схема такого устройства показана на рисунке 3. 1. Рис. 3. 1 Общее строение устройства коммутации.
Для обеспечения циклового выравнивания входящих групповых каналов в БЛОКЕ КОММУТАЦИИ необходим специальный блок, отвечающий за выравнивание (назовем этот блокБЛОКОМ КОММУТАЦИИ И ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ), а для синхронизации необходимо выделить синхроимпульсы цикловой и сверхцикловой синхронизации. Тогда структурная схема примет вид, показанный на рис. 3. 2. Этот вариант укрупненной структурной схемы включает в себя дополнительноБЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА.
Рис. 3. 2 Укрупненная структурная схема проектируемого устройства.
Далее необходимо рассмотреть принцип коммутации разноименных временных каналов, как отмечалось во Введении, коммутация сводится к перестановке импульсов из одной временной позиции в другую. Но в данном случае такая перестановка возможна только в одном групповом канале, а нам необходимо скоммутировать 8 групповых каналов, т. е. помимо временной коммутации необходима еще и пространственная. Такие требования существенно усложняют проектируемое устройство и поэтому необходимо рассмотреть возможность исключения пространственной коммутации, этого можно добиться объединением входящих групповых каналов в один общий канал с пропускной способностью 16, 384 Мбит/c. 2, 048 [Мбит/с] * 8 = 16, 384 [Мбит/с]. (3. 1) Такое преобразование канала должен выполнять специальный БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ОБЩЕГО КАНАЛА, тогда вся коммутация будет осуществляться только во временной области и это упростит решение задачи построения коммутационного блока. До этого блока необходимо выровнять входящие каналы по циклам, поэтому цикловое выравнивание следует выполнять в отдельномБЛОКЕ ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ. При таком построении схемы на выходе БЛОКА КОММУТАЦИИбудет сформирован общий канал со скоростью передачи 16, 384 Мбит/с, его необходимо разделить на 8 исходящих групповых каналов, для этого требуетсяБЛОК ОБРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ. Структурная схема, отвечающая вышеперечисленным требованиям, изображена на рис. 3. 3. Рис. 3. 3 Первичный вариант структурной схемы.
При всех достоинствах данного построения, у этой структурной схемы существует недостаток, который заключается во внутреннем умножении тактовой частоты в 8 раз, что накладывает свой отпечаток на построение устройства в целом. В качестве прототипа мне была предложена следующая схема построения устройства (см. рис. 3. 4), здесь предложено распараллелить общий канал на 2 канала, по которым поступают четные и нечетные импульсы, это позволяет снизить умножение частоты в два раза, другими словами пропускная способность каждого из внутренних каналов составляет 8, 192 Мбит/с.
( 2, 048 [Мбит/с] * 8 ) / 2 = 8, 192 [Мбит/с]. (3. 2) Такое построение схемы позволяет частично компенсировать недостатки предыдущей схемы и в конечном итоге снизить требования к быстродействию отдельных элементов схемы. В структурной схеме прототипа была реализована возможность объединения нескольких блоков со сходными функциями в один. В результате преобразования блокиЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ, ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА и БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ОБЩЕГО КАНАЛА были объединены в БЛОК ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОДА ИКМ-30/32. А БЛОК ОБРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ был переименован в БЛОК ОБРАТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОДА. Преобразованная структурная схема устройства коммутации представлена на рис. 3. 4. Рис. 3. 4 Структурная схема прототипа.
Логичным продолжением рассмотренных вариантов структурных схем, на мой взгляд, является вариант схемы, где общий канал распараллеливается на 8 каналов, что позволяет снизить внутреннюю пропускную способность каналов до 2, 048 Мбит/с и, соответственно, не производить внутреннего умножения частоты. Это позволяет существенно снизить требования к быстродействию внутренних элементов и упростить схемотехнику устройства. При детальном рассмотрении структуры можно заметить, что для обеспечения циклового выравнивания входящих групповых каналов необходимо запомнить информацию из этих каналов, приходящую в разное время, а затем начать считывание информации по сигналу синхронизации изУСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. Как показано во Введении, для выполнения временной коммутации также необходимо запомнить приходящую информацию, а затем считывать эту информацию в порядке соответствующим карте коммутации. Отсюда несложно сделать вывод о целесообразности объединения блоковЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ и КОММУТАЦИИ, а БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА можно оставить в виде отдельного блока. Такая структурная схема представлена на рис. 3. 5.
Рассмотрим подробнее назначение блоков и их отличия от прототипа:
БЛОК ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ предназначен для приема 8ми входящих групповых каналов формата ИКМ –30/32 их последующего выравнивания, временного уплотнения и коммутации. По сравнению с прототипом такое объединение функций позволило снизить внутреннюю частоту с 8192 кГц до 2048 кГц, т. е. в четыре раза, а задержку передачи информации с 2–3 циклов в прототипе, до 1 - 2 за счет объединения функций коммутации и выравнивания в одном блоке. Снизить внутреннюю частоту до тактовой частоты входного сигнала стало возможным из-за пространственного распараллеливания разрядов уплотненного общего канала и передачи этих разрядов по параллельной шине. А так как все восемь разрядов информационного канала всегда коммутируются по одному адресу, то пространственной коммутации не требуется, а весь процесс коммутации сводится, как показано выше лишь к перестановке канала из одной временной позиции в другую.
БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА предназначен для выделения из информационных каналов потока ИКМ –30/32 сигналов цикловой и сверхцикловой синхронизации, которые позволяют синхронизировать работу устройства в целом и выровнять входящие групповые каналы. Этот блок принципиально не отличается от аналогичного блока в прототипе.
БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДЯЩИХ КАНАЛОВпредназначен для преобразования скоммутированного уплотненного временного канала в 8 выходных групповых каналов и вставки в них служебных каналов, пришедших изУСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. Принципиальным отличием от аналогичного блока в прототипе является отсутствие повышенной тактовой частоты входящего уплотненного канала и наличие 8ми разрядной шины на входе блока. ГЛАВА 3
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНО-ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БЛОКОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА
4. 1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОЙ И СВЕРХЦИКЛОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ Синхронизация БИС коммутации по циклам и сверхциклам обеспечивает правильное распределение коммутируемого сигнала по каналам, а также правильное декодирование кодовых групп. Работаприемников цикловой и сверхцикловой синхронизацииоснована на передаче в групповом канале кодовых групп цикловой и сверхцикловой синхронизаций. Причем работаприемника сверхцикловой синхронизации практически не отличается от работы приемника цикловой синхронизации, только установка сверхцикловой синхронизации начинается после установки цикловой.
К аппаратуре систем синхронизации предъявляются следующие требования: Время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления в синхронизм при его нарушении должно быть минимальным; Приемник синхросигнала должен быть помехоустойчив, что обеспечивает большее среднее время между сбоями синхронизма.
На БЛОК ВЫДЕЛЕНИЯ ЦИКЛОВОГО И СВЕРХЦИКЛОВОГО СИНХРОНИЗМА поступают входящие групповые каналы и тактовые импульсы, выделенные линейным оборудованием станции(ВТи), функция этого блока состоит в выделении из групповых каналов синхроимпульсов цикловой и сверхцикловой синхронизации. Структурно такой блок должен состоять из 8ми приемников цикловой и сверхцикловой синхронизации (см. рис. 4. 1). Рис. 4. 1 Структура блока.
Приемник цикловой и сверхцикловой синхронизацииобеспечивает установление синхронизма после включения аппаратуры в работу, контроль за состоянием синхронизма в рабочем режиме, обнаружение сбоя синхронизма и его восстановление.
Структурно приемник цикловой и сверхцикловой синхронизации состоит из (см. рис. 4. 2): 1. Опознаватель синхросигнала - предназначен для выделения из группового ИКМ сигнала кодовых последовательностей по структуре совпадающих с синхросигналом. Блок содержит два выхода, на одном из которых появляется импульс в момент прихода кодовой комбинации циклового синхросигнала(КЦС), а на другом - в момент прихода кодовой комбинации сверхциклового синхросигнала(КСЦС).
2. Анализатор циклового и анализатор сверхциклового синхронизма определяют наличие соответствующего синхронизма (НС) или его отсутствие (ОС). 3. Решающее устройствоопределяет пропадание синхронизма, но поддерживает нормальную работу коммутатора даже при пропадании двух синхрогрупп подряд.
4. Генератор импульсной последовательностивырабатывает определенный набор импульсных последовательностей, используемых для управления работой функциональных узлов коммутатора, их синхронизации. На его выходе вырабатываются три группы импульсов: разрядные, канальные и цикловые.
Рис. 4. 2 Структурная схема приемника цикловой и сверхцикловой синхронизации. Рассмотрим функциональные схемы каждого из блоков приемника цикловой и сверхцикловой синхронизации. Функциональная схема (см. рис. 4. 3) опознавателя синхронизма содержит регистр сдвига и дешифратор, представляющие собой две схемы совпадения, на выходе одной из которых появляются импульс в момент приходаКЦС, а на выходе другой - в момент прихода КСЦС. Схема регистра сдвига построена на 8ми тактируемых D – триггерах, а схемы совпадения кодовых комбинаций представляют собой схемы И.
Рис. 4. 3 Функциональная схема опознавателя кодовых комбинаций циклового и сверхциклового синхросигналов.
Функциональная схема анализатора циклового (сверхциклового) синхронизма (рис. 4. 4) содержит схему совпадения, определяющую наличие синхронизма и схему выдающую логическую“1”на выходе в момент прихода кодовой комбинации синхросигнала при отсутствии синхронизма.
Рис. 4. 4 Функциональная схема анализатора циклового (сверхциклового) синхронизма.
Решающее устройствосодержит двоичный счетчик - накопитель по выходу из синхронизма, двоичный счетчик - накопитель по входу в синхронизм и схему совпадения (см. рис. 4. 5). Рис. 4. 5 Функциональная схема решающего устройства.
Функциональная схема генератора импульсной последовательности содержит три распределителя импульсов: распределитель разрядных импульсов(РР), распределитель канальных импульсов (РК) и распределитель цикловых импульсов (РЦ), каждый из которых реализован в виде двоичного счетчика и дешифратора, и двух схем совпадения, на выходе одной из них формируется сигнал цикловой синхронизации, а на выходе другой сигнал сверхцикловой синхронизации (см. рис. 4. 6).
Функциональная схема всего блока представлена на рисунке 4. 7. Рассмотрим работу схемыприемника цикловой и сверхцикловой синхронизации. Накопитель по входу в синхронизм обеспечивает защиту приемника от ложного синхронизма в режиме поиска, когда на вход поступают случайные комбинации группового сигнала, совпадающие с синхросигналом. Обычно накопитель по входу в синхронизм содержит два - три разряда. Накопитель по выходу из синхронизма необходим для исключения ложного нарушения синхронизма. Обычно накопитель по выходу из синхронизма содержит четыре - шесть разрядов.
В режиме синхронизма накопитель по входу в синхронизм заполнен, а накопитель по выходу - пуст. Сигнал наличие синхронизма(НС)на выходе держит накопитель по входу в синхронизм. Случайные кодовые комбинации, совпадающие с кодовой комбинацией синхросигнала, не будут влиять на работу приемника.
При отсутствии кодовой комбинации синхросигнала (КЦС или КСЦС) из-за воздействия помехи или других причин цикловый или сверхцикловый сигналгенератора импульсной последовательности сформирует на выходе анализатора циклового (сверхциклового) синхронизма сигнал отсутствия синхронизма (ОС), который поступит на вход накопителя по выходу из синхронизма. Если нарушения синхронизма кратковременны (1-3 цикла), то следующий сигналКЦС (КСЦС) совпадет по времени с цикловым или сверхцикловым сигналом от генератора импульсной последовательности и запишет “1”в накопитель по входу в синхронизм, а так как накопитель заполнен, то его выходной сигнал сбросит три младших разряда накопителя по выходу из синхронизма в нулевое состояние и синхронная работа устройства не нарушится. При длительном нарушении синхронизма накопитель по выходу будет заполнен, на его выходе появится логическая единица и начнется поиск синхронизма. Теперь первый же импульс от опознавателя установит в начальное нулевое состояние разрядный и канальный распределители, а также старший разряд накопителя по выходу из синхронизма.
Следующее опознавание будет произведено ровно через цикл (сверхцикл). Если синхросигнал выделен верно, то в накопитель по входу будет записана“1”. При трехкратном совпадении сигналов КЦС (КСЦС) и циклового (сверхциклового) сигналов от генератора импульсной последовательности накопитель по входу в синхронизм заполнится и установит “0”в трех младших разрядах накопителя по выходу из синхронизма (в четвертом разряде накопителя по выходу“0” был установлен ранее). Синхронная работа устройства установлена.
Рис. 4. 6. Функциональная схема генератора импульсной последовательности.
4. 2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ На БЛОК ЦИКЛОВОГО ВЫВРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ поступают входящие групповые каналы, и его функция заключается в выравнивании каналов в соответствии с сигналом синхронизацииУСТРОИСТВА УПРАВЛЕНИЯ и коммутировании каналов в соответствии с адресом, поступающим с УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. Рассмотрим принцип циклового выравнивания входящих групповых каналов, он заключается в записи в запоминающее устройство информации входящих групповых каналов синхронно с выделенными тактовыми импульсами и считывании их синхронно со станционными импульсами тактовой и цикловой синхронизации. Для осуществления коммутации необходимо сформировать общий, уплотненный во времени канал, и переставить импульсы из одной временной позиции в другую. Как отмечалось выше технически такую перестановку легко выполнить в запоминающем устройстве, если записывать информацию общего канала последовательно, а считывать в соответствии с картой коммутации.
Объединение процессов циклового выравнивания и коммутации позволяет сократить необходимый объем запоминающего устройства и уменьшить время задержки прохождения информационных сигналов. Для обеспечения данных функций блокЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ должен содержать утроенное количество запоминающих устройств. Это необходимо для запоминания информации входящих групповых каналов в случае потери синхронизации одного из них (восстановление синхронизма происходит максимум в течение трех циклов). Структурная схема такого устройства представлена на рисунке 4. 8. СТи Рис. 4. 8. Структура блока.
Рассмотрим структурную схему БЛОКА ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ: Запоминающее устройство коммутации, предназначено для коммутации входных каналов (запись информации ведется последовательно, а считывание происходит в соответствии с картой коммутации), одновременно с коммутацией происходит временное уплотнение входящих групповых каналов. Для выравнивания предусмотрено наличие трехзапоминающих устройств коммутации, при заполнении одного из них информацией нескольких (не всех) каналов автоматически начинается заполнение следующего и т. д.
Запоминающее устройство адреса, предназначено для хранения номеров (адресов) коммутируемых каналов.
4. 2. 1 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА КОММУТАЦИИ.
Для обеспечения указанных выше функций запоминающее устройство коммутации должно записать информацию всех 256ти каналов за один цикл, т. е. должно обладать емкостью: 256 * 8 [бит] = 2048 [бит]. (4. 1) Организация запоминающего устройства коммутации зависит от режима работы:
При записи данное запоминающее устройство представляет собой восемь ОЗУ с разрядной организацией, в каждое из которых записывается информация соответствующая входящему групповому каналу синхронно со своей выделенной тактовой частотой и цикловым синхросигналом. Емкость каждого из ОЗУ: 32 * 8 [бит] = 256 [бит]. (4. 2)
При считывании запоминающее устройство коммутациипредставляет собой одно ОЗУ со словарной организацией (емкостью 256*8 [бит]). В каждой ячейке ОЗУ содержится информация одного информационного канала. Следовательно, все восемь разрядов каждого из информационных каналов можно считывать одновременно по параллельному каналу. Таким образом, одновременно с коммутацией осуществляется уплотнение восьми групповых каналов в один общий групповой канал, передаваемый по параллельной шине, что позволяет снизить внутреннюю скорость передачи данных до 2, 048 Мбит/с.
Структурно схему запоминающего устройства коммутацииможно представить в виде восьми ОЗУ емкостью 256 бит каждая, выходы которых объединены общей параллельной шиной, а на входы каждого из ОЗУ поступают соответствующие групповые каналы и выделенные тактовые импульсы. Такая схема представлена на рисунке 4. 9.
Рис. 4. 9. Структурная схема запоминающего устройства коммутации. Рассмотрим функциональную схему одного из восьми ОЗУ (см. рис. 4. 10), она включает в себя:
1. Счетчик тактовых импульсов, предназначенный для формирования адреса в режиме записи(Сч2).
2. Дешифраторы строк и столбцов, предназначенные для правильного функционирования матрицы памяти(D).
3. Мультиплексор, предназначенный для переключения считывания адреса столбца от счетчика в режиме записи или от запоминающего устройства адреса(ЗУА) в режиме считывания (М). 4. Непосредственно матрица памяти, состоящая из 256ти элементов (8*32).
Рис. 4. 10. Функциональная схема ОЗУ запоминающего устройства коммутации. Принцип работы данной схемы состоит в следующем:
В режиме записи (Рз/сч=1) мультиплексор подключает к дешифратору столбцов старшие 5 разрядов счетчика адреса, 3 младшие разряда счетчика подключены к дешифратору строк. ЗУ в этом режиме имеет разрядную организацию.
В режиме считывания (Рз/сч =0) мультиплексор подключает к дешифратору столбцов ЗУА, а дешифратор строк при этом отключается и ОЗУ приобретает словарную организацию каждые из восьми элементов памяти входящих в состав столбцов матрицы памяти образуют ячейку памяти и считываются параллельно.
4. 2. 2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЗАПОМИНАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА АДРЕСА.
Запоминающее устройство адреса предназначено для хранения адреса входящего канала, который поступает на выход в момент поступления станционного тактового импульса, соответствующего номеру исходящего канала. Каждому из восьми ОЗУ, рассмотренных выше соответствует отдельноезапоминающее устройство адреса, т. е. каждому входящему групповому каналу соответствует свое запоминающее устройство адреса (см. рис. 4. 11).
Рис. 4. 11. Структурная схема запоминающего устройства адреса.
Для обеспечения правильного функционирования схемы необходимо запомнить адрес входящего канала, который состоит из 5ти разрядов:
25 = 32. (4. 3) Но для функционирования УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯнужно знать о состоянии канала в любой момент времени, для этого разрядностьзапоминающего устройства адреса необходимо увеличить на 1 бит, который отображает состояние канала (“1” – канал занят; “0” –канал свободен). Этот разряд так же может управлять состоянием выходной ячейки ОЗУ, при появлении в данном разряде“0”выходная ячейка ОЗУ переходит в третье состояние (для этого выходные ячейки ОЗУ должны быть построены по соответствующей схеме). Следовательно, данное запоминающее устройство должно обладать емкостью:
32 * 6 [бит] = 192 [бит]. (4. 4) Запоминающее устройство адресаимеет словарную организацию, как при записи информации, так и при считывании (одно слово обладает разрядностью 6 бит). Функциональная схема данного устройства представлена на рисунке 4. 12.
Рис. 4. 12. Функциональная схема запоминающего устройства адреса.
Функциональная схема запоминающего устройства адреса состоит из: 1. Матрица памяти 6*32, предназначенная для хранения адреса коммутируемого канала.
2. Дешифратора столбцов (D), предназначенного для правильного функционирования матрицы памяти. 3. Счетчика тактовых импульсов (Сч2), предназначенного для формирования адреса считываемой или записываемой информации.
4. Схемы совпадения, предназначенной для формирования сигнала считывания из ОЗУ коммутации. Работает устройство следующим образом:
В режиме записи (запись ведется, как в адресное ЗУ, так и в ЗУ коммутации), в соответствии с тактовыми импульсами записывается информация об адресе коммутируемого канала и его состоянии на данный момент. Информация поступает отУСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ в виде 6ти разрядных слов.
В режиме считывания информации адрес коммутируемого канала должен поступить немного раньше начала считывания информации иззапоминающего устройства коммутации, для этого необходима схема совпадения, формирующая сигнал разрешения чтения назапоминающее устройство коммутации. Так как сигнал разрешения чтения для запоминающего устройства адресаявляется постоянным, а информация на выходе обновляется благодаря счетчику тактовых импульсов, постоянно меняющему адрес считывания; то при включении схемы совпадения тактового импульса и сигнала разрешения чтения, на выходе этой схемы будет формироваться сигнал, соответствующий моменту поступления адреса назапоминающее устройство коммутации. Следовательно, при подаче этого сигнала на запоминающее устройство коммутации, в качестве сигнала разрешения чтения, чтение из этого устройства будет производиться в нужный момент времени. Временные диаграммы, поясняющие работу схемы совпадения представлены на рисунке 4. 13.
Рис. 4. 13. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы, устройства совпадения. 4. 2. 3 КОММУТАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ.
Введем понятие коммутационного элемента. Коммутационный элемент - это совокупность запоминающего устройства адреса и ОЗУ запоминающего устройства коммутации, функциональная схема коммутационного элемента представлена на рисунке 4. 14. Схема БЛОКА ЦИКЛОВОГО ВЫРАВНИВАНИЯ И КОММУТАЦИИ содержит двадцать четыре коммутационных элемента, т. е. по три на каждый из входящих групповых каналов.
4. 3 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДЯЩИХ КАНАЛОВ БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ИСХОДЯЩИХ ГРУППОВЫХ КАНАЛОВ, предназначен для формирования 8миканалов стандарта ИКМ - 30/32 из поступающего на его вход уплотненного во времени и разнесенного в пространстве скоммутированного канала. Для обеспечения непрерывного формирования каналов блок нуждается в двух запоминающих устройствах, в каждый момент времени из одного идет считывание, а в другой идет запись. Структурная схема такого блока представлена на рисунке 4. 15. Рис. 4. 15. Структура блока.
Для расчета емкости каждого из двух элементов памяти необходимо выяснить принцип работы блока. В момент записи по параллельной шине передается восемь разрядов одного из каналов, следовательно, ОЗУ должно содержать восемь элементов в столбце. В момент считывания формируются восемь исходящих групповых каналов, в каждый момент времени на выход поступают восемь бит, по одному на каждый канал; следовательно, ОЗУ должно содержать восемь столбцов. Таким образом, общая емкость ОЗУ составляет:
8 * 8 [бит] = 64 [бит]. (4. 4) Организация ОЗУ словарная, но при записи информации каждая ячейка памяти состоит из элементов памяти, входящих в соответствующий столбец матрицы, а при считывании - из элементов, входящих в соответствующую строку. Функциональная схема данного устройства представлена на рисунке 4. 16, она состоит из: Собственно матрицы памяти, они предназначены для хранения информации. Дешифраторы строк и столбцов, предназначены для правильной работы матриц памяти.
Счетчик предназначен для формирования адресов записи и считывания. Инвертор предназначен для переключения записи/чтения.
Принцип работы этой схемы заключается в следующем, при записи со счетчика адреса трехразрядный код поступает на дешифратор столбцов(Dст), а дешифратор строк (Dстр)отключается и восемь разрядов одного информационного канала поступает на элементы памяти выбранного столбца. При считывании отключается дешифратор столбцов(Dст), а трехразрядный код счетчика адресов поступает на дешифратор строк (Dстр) и восемь одноименных разрядов разных информационных каналов выбранной строки матрицы поступают на соответствующие восемь выходов исходящих групповых каналов. В результате на выходе коммутационной БИС формируются групповые каналы в стандарте ИКМ -30/32. ГЛАВА 4 ВЫБОР СХЕМО-ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРУЕМОЙ БИС
5. 1 КРАТКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМО-ТЕХНОЛОГИЙ ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ Рассмотрим наиболее распространенные схемотехнологии применяемые в интегральных схемах: Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ).
Логика, построенная на основе структуры метал-диэлетрик-полупроводник с п-каналом(пМДП).
Логика, построенная на основе структуры метал-диэлетрик-полупроводник с транзисторами разной проводимости(КМДП). 5. 1. 1 ТЕХНОЛОГИЯ ТТЛ.
Технология ТТЛ основана на биполярных структурах. Базовый элемент ТТЛ представляет собой схему, содержащую один многоэмиттерный транзистор и один обычный (см. рис. 5. 1), это логическая схема И-НЕ (функцию И выполняет транзистор VT1, а функцию инверсии выполняет транзистор VT2). Рис. 5. 1. Базовый элемент ТТЛ.
Подобная схема обладает низкой помехоустойчивостью и низким быстродействием, быстродействие можно увеличить, используя сложный инвертор, который позволяет сократить время включения (переход из логического“0” в логическую “1”); но время выключения (переход из логической “1” в логический “0”) сократить, не удается. Более высокое быстродействие позволяют получить схемы субсемейства ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с использованием транзисторов с барьером Шотки; см. рисунок 5. 2). В таких схемах барьер Шотки создает нелинейную обратную связь в транзисторе, в результате транзисторы не входят в режим насыщения, хотя и близки к этому режиму. Следовательно, практически исключается время рассасывания, что позволяет существенно увеличить быстродействие. Рис. 5. 2. Транзистор Шотки. 5. 1. 2. ТЕХНОЛОГИЯ ЭСЛ.
Технология ЭСЛ является так же, как и технология ТТЛ, биполярной, т. е. элементы строятся с использованием биполярных структур. Основой элементовЭСЛ является так называемый “переключатель тока”, на основе которого строится базовый элемент этой технологии - ИЛИ- -НЕ (см. рис. 5. 3); повыходу1 данной схемы реализуется логическая функция ИЛИ-НЕ, а по выходу2 - ИЛИ. Рис. 5. 3. Базовый элемент ЭСЛ.
Из-за низкого входного сопротивления схемы ЭСЛобладают высоким быстродействием и работают преимущественно в активном режиме, следовательно, помеха попавшая на вход усиливается. Для повышения помехоустойчивости шину коллекторного питания делают очень толстой и соединяют с общей шиной.
По сравнению со схемами ТТЛ схемы ЭСЛобладают более высоким быстродействием, но помехоустойчивость у них гораздо ниже. СхемыЭСЛзанимают большую площадь на кристалле, потребляют большую мощность в статическом состоянии, так как выходные транзисторы открыты и через них протекает большой ток. Схемы, построенные по данной технологии не совместимы со схемами, построенными по другим технологиям, использующим источники положительного напряжения. 5. 1. 3. ТЕХНОЛОГИЯ пМДП.
В отличие от технологий, рассмотренных выше, технология пМДПоснована на МДП - структурах, которые обеспечивают следующие преимущества по сравнению с биполярными:
Входная цепь (цепь затвора) в статическом режиме практически не потребляет тока (высокое входное сопротивление);
Простая технология производства и меньшая занимаемая площадь на кристалле.
Основными логическими схемами изготовлеваемыми на основе пМДП являются схема ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см. рис. 5. 4 и рис. 5. 5). Рис. 5. 4. Схема ИЛИ-НЕ. Рис. 5. 5. Схема И-НЕ.
К недостаткам этих схем можно отнести невысокое быстродействие, по сравнению со схемамиТТЛШ и ЭСЛ. Но в настоящее время благодаря применению новых технологий (окисная изоляция, использование поликремневых затворов, технология“кремний на сапфире”) создаются быстродействующие МДП структуры. 5. 1. 4. ТЕХНОЛОГИЯ КМДП.
Следующим шагом развития МДП технологии стало использование комплиментарных МДП транзисторов, т. е. транзисторов с разным типом проводимости, причем основными являются транзисторып-типа; а транзисторы р-типа используются в качестве динамической нагрузки. Использование КМДП-схем по сравнению со схемами пМДПпозволяет снизить потребляемую мощность, повысить быстродействие и помехоустойчивость, однако это достигается за счет увеличения площади занимаемой на кристалле и усложнения технологии производства.
Базовыми элементами КМДП-схем являются, как и для пМДП, логические элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см рис. 5. 6 и 5. 7). Рис. 5. 6. Схема ИЛИ-НЕ. Рис. 5. 7. Схема И-НЕ.
К особенностям интегральных схем, построенных по технологии КМДП можно отнести следующее: Чувствительность к статическому электричеству (для защиты в буферные каскады ставятся диоды);
Тиристорный эффект (в КМДП структурах образуются паразитные биполярные, подобные тиристору, структуры между шинами питания). При включении питания тиристор включается и замыкает шину“+” на общую шину (для защиты используется окисная изоляция). 5. 2 ВЫБОР СХЕМОТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ БИС
При сравнении рассмотренных выше схемотехнологий не трудно придти к следующим выводам:
В биполярных технологиях базовым является элемент реализующий лишь одну логическую функцию (И-НЕ вТТЛ(Ш) и ИЛИ-НЕ в ЭСЛ), в то время как базовыми в МДП технологиях являются и те и другие логические элементы. Конечно, можно любую логическую функцию перевести в базисы И-НЕ или ИЛИ-НЕ, но это усложняет и процесс создания схемы, и саму схему. Следовательно с этой позиции схемы предпочтительней строить на основе МДП структур. Так как внутреннее умножение частоты в проектируемой БИС было устранено, то быстродействие не играет значительной роли, следовательно, технологияЭСЛ отпадает; так как интегральные схемы, построенные по данной технологии, потребляют значительную мощность и менее помехоустойчивы, чем все остальные; а для обеспечения питания таких схем необходимы специальные каскады. У схем МДП более простая технология изготовления, что сказывается на себестоимости всего устройства в целом, следовательно, с этих позиций технология МДП предпочтительней биполярной.
В результате анализа различных технологий (см. ГЛАВА 9) было отдано предпочтение технологии КМДП, как наиболее оптимальной для решения данной задачи. 5. 3 СХЕМЫ КМДП С ТРЕЬИМ СОСТОЯНИЕМ
Для решения некоторых задач, например, таких как подключение нескольких устройств к одной шине, используются схемы с третьим состоянием. Помимо двух логических уровней у такой схемы есть еще одно - третье состояние, в котором выход (иногда вход) схемы отключен, и сигналы проходящие по шине в этот момент не влияют на элементы данной схемы, и в тоже время на шину не поступают сигналы от отключенных таким способом элементов. В результате схемы с третьим состоянием позволяют избежать наложения сигналов от разных устройств, подключенных к одной шине и, следовательно, избежать помех в общих для нескольких устройств проводниках. Так как для построения схемы была выбрана технологияКМДП, то рассмотрим схему с тремя состояниями на примере инвертора построенного по технологииКМДП, схема этого устройства изображена на рисунке 5. 8. Транзисторы VT1 и VT2 представляют собой обычный КМДПинвертор, подключенный к источнику питания и общей шине через транзисторные ключи, построенные на транзисторах VT3 и VT4. Рис. 5. 8. Схема КМДП с тремя состояниями.
Рассмотрим принцип работы данной схемы. Управление ей осуществляется двумя входами Z и Z. Если на вход Z подать напряжение логической единицы, то транзисторы VT3 и VT4 откроются и схема работает как обычный инвертор, а при подаче на управляющий вход напряжения логического нуля транзисторы VT3 и VT4 закроются и на выходе схемы окажется очень большое сопротивление. Таблица истинности такого элемента сведена в таблицу 5. 1. Таблица 5. 1. Вход Z Z Выход 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 Отключен Отключен 1 0 ГЛАВА 5
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ БАЗОВЫХ ЯЧЕЕК ПРОЕКТИРУЕМОЙ ЗАКАЗНОЙ БИС
Любое цифровое устройство предназначено для выполнения той или иной логической функции, следовательно, такое устройство можно представить в виде элементарных ячеек, таких как НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Рассмотрим их схемы и принцип работы. Из-за того, что разработка элементов велась на программе схемотехнического моделирования в стандарте ANSI, то обозначения элементов не совпадают принятыми в нашей стране; соответствие элементов показано на рисунке 6. 1. Рис. 6. 1. Таблица соответствия элементов. 6. 1 ЯЧЕЙКА НЕ (ИНВЕРТОР).
Инвертор представляет собой элемент, с помощью которого реализуется логическая функция НЕ, т. е. при поступлении на вход логической единицы на выходе образуется логический ноль, а при поступлении на вход логического нуля на выходе образуется логическая единица. Результат схемотехнического моделирования и таблица истинности данного элемента представлены на рисунке 6. 2. Принцип работы этой схемы заключается в следующем, при поступлении на вход напряжения логической единицы транзистор VT1 открывается, а VT2 закрывается, напряжение на выходе падает до величины логического нуля (см. осциллограмму на рисунке 6. 2). При подаче на вход схемы напряжения логического нуля транзисторы VT1 закрывается, а VT2 открывается, на VT1 возникает падение напряжения и напряжение на выходе начинает возрастать до величины логической единицы (см. осциллограмму на рисунке 6. 2). Рис. 6. 2. Схема инвертора. 6. 2 ЯЧЕЙКА ИЛИ-НЕ
Схема ИЛИ-НЕ представляет собой элемент, который при поступлении хотя бы на один его из входов напряжения логической единицы выдает на выходе логический ноль, в противном случае на выходе схемы ИЛИ-НЕ будет логическая единица. Ячейка ИЛИ-НЕ на два входа представлена на рисунке 6. 3. Рассмотрим принцип работы данного элемента. При поступлении напряжения логической единицы на один из входов схемы, один из входных транзисторов (VT1 или VT2) открывается, а соответствующий ему нагрузочный транзистор (VT3 или VT4) закрывается, в результате выход оказывается подключенным к“земле”, т. е. на выходе образуется логический ноль. При поступлении на оба входа схемы напряжения логического нуля, транзисторы VT1 и VT2 закрываются, а нагрузочные транзисторы наоборот открываются, в результате на закрытых транзисторах образуется падение напряжения и на выход схемы поступает напряжение логической единицы. На осциллограмме (см. рис. 6. 3) представлены эпюры напряжений на входах и выходе схемы, иллюстрирующие работоспособность данного элемента, на этом же рисунке представлена таблица истинности элемента ИЛИ-НЕ. Иногда требуются схемы ИЛИ-НЕ с большим количеством входов. Для построения таких схем достаточно добавить по два транзистора на каждый вход, транзистор п-типа подключить параллельно другим транзисторам п-типа, а транзистор р-типа подключить последовательно другим транзисторам р-типа. Схема ИЛИ-НЕ на три входа изображена на рисунке 6. 4. Принцип работы данной схемы не отличается от принципа работы схемы ИЛИ-НЕ на два входа. Рис. 6. 3. Ячейка ИЛИ-НЕ на два входа. Рис. 6. 4. Схема ИЛИ-НЕ на три входа. 6. 3 ЯЧЕЙКА И-НЕ
Схема И-НЕ представляет собой элемент, который при поступлении на все входы напряжения логической единицы выдает на выходе напряжение логического нуля, в противном случае на выходе будет логическая единица.
Схема И-НЕ на два входа представлена на рисунке 6. 5. Рассмотрим принцип работы данного элемента. При поступлении хотя бы на один из входов напряжения логического нуля один из входных транзисторов (VT1 или VT2) закрывается, на нем образуется падение напряжения, а один из нагрузочных транзисторов (VT3 или VT4) открывается, в итоге на выходе образуется напряжение логической единицы. При поступлении на оба входа напряжения логической единицы, оба транзистора VT1 и VT2 открываются, а транзисторы VT3 и VT4 закрываются, и выход оказывается подключен к“земле”, другими словами на выходе действует напряжение логического нуля. Ошибка! Ошибка внедренного объекта. Рис. 6. 5. Схема И-НЕ на два входа.
Иногда требуются схемы И-НЕ с большим количеством входов. Для построения таких схем достаточно добавить по два транзистора на каждый вход, транзистор п-типа подключить последовательно другим транзисторам п-типа, а транзистор р-типа подключить параллельно другим транзисторам р-типа. Схема ИЛИ-НЕ на три входа изображена на рисунке 6. 6. Принцип работы данной схемы не отличается от принципа работы схемы ИЛИ-НЕ на два входа. Рис. 6. 6 Схема И-НЕ на три входа. 6. 4 ЭЛЕМЕНТЫ “И” И “ИЛИ”
Элементы И и ИЛИ получаются добавлением на выход элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ инверторов, в результате двойного логического отрицания на выходе схемы получается требуемая логическая функция. Эквивалентные логические схемы элементов И и ИЛИ представлены на рисунках 6. 7 и 6. 8. Рис. 6. 7. Эквивалентная схема элемента И. Рис. 6. 7. Эквивалентная схема элемента ИЛИ. 6. 5 ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ
Ячейка памяти является еще одним базовым элементом, на основе которого строятся запоминающие устройства различных блоков. Ячейка памяти предназначена для хранения информации поступившей по входной шине и считывания информации по выходной шине, причем ячейка должна памяти должна обеспечивать координатную выборку информации. Ячейка памяти представляет собой простейший триггер, содержащий две пары КМДП транзисторов и два п-канальных транзистора в качестве ключей (см. рис. 6. 8). Необходимо отметить, что при разработке элементов ячейки памяти учитывались требования миниатюризации с од
ной стороны и требования обеспечения определенного запаса по быстродействию с другой. Рис. 6. 8. Принципиальная схема запоминающей ячейки.
Рассмотрим принцип работы данной ячейки. При поступлении напряжения логической единицы на адресный вход (Адрес), транзисторы VT5 и VT6 открываются и триггер, собранный на VT1 - VT4, начинает работать в обычном режиме, т. е. при поступлении на вход логической единицы, на выходе образуется логический ноль, и, наоборот, при поступлении логического нуля, на выходе образуется логическая единица. Это происходит из-за того, что один из транзисторов VT1 или VT2 открыт, т. к. они включены в противофазе. Транзисторы VT3 и VT4 играют роль динамической нагрузки. Если использовать один из входов триггера для записи информации (Запись), а с другого эту информацию считывать (Считывание), то получится ячейка памяти, но с инверсным выходом, т. к. считанные сигналы необходимо усилить, то это можно сделать при помощи инвертирующих усилителей считывания.
Для объединения ячеек памяти в единое запоминающее устройство необходимо объединить в общие шины входные и выходные выводы, так чтобы была возможность записывать и считывать информацию в соответствии с функциональными требованиями, а выводы выбора адреса объединить в одну параллельную шину. Схема фрагмента запоминающего устройства из четырех ячеек приведена на рисунке 6. 9. Рис. 6. 9. Схема объединения запоминающих ячеек.
Результаты разработки топологии запоминающих ячеек проектируемой БИС рассмотрены вГЛАВЕ 7, там же рассмотрен принцип размещения ячеек на одном кристалле. ГЛАВА 6 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ БИС
Для построения принципиальной схемы на основе функциональной необходимо разработать библиотеку элементов. Библиотека элементов включает в себя наиболее часто используемые элементы функциональной схемы, такие как счетчики, триггеры и др. Библиотечные элементы составляются из базовых ячеек, разработанных ранее. Затем библиотечные элементы объединяются на одной принципиальной схеме. 7. 1 РАЗРАБОТКА БИБЛИОТЕКИ ЭЛЕМЕНТОВ 7. 1. 1 ТАКТИРУЕМЫЙ D-ТРИГГЕР
Тактируемые D-триггеры используются в схеме приемника циклового и сверхциклового синхронизма (на них собран регистр сдвига); у тактируемого триггера добавлен еще один вход для синхроимпульса, по которому и срабатывает триггер. Схема D-триггера, обозначение и таблица переходов приведены на рисунке 7. 1. Рис. 7. 1. Схема D-триггера.
Рассмотрим принцип работы триггера, его схема содержит два входа: один информационный (D), а другой синхронизирующий (C). При подаче логического нуля на вход С, как видно из осциллограмм, состояние триггера не изменяется, т. к. сигнал не проходит через элементы И-НЕ на входе схемы, и следовательно состояние триггера не изменяется. При подаче на входС напряжения логической единицы, поступающий на вход Dсигнал изменит состояние триггера, т. к. на один из входных элементов И-НЕ поступит единица. При поступлении логической единицы на входD (на входе Сдействует напряжение логической единицы), триггер перейдет в состояние, когда на выходеQдействует напряжение логической единицы; а при поступлении логического нуля триггер перейдет в состояние, когда на выходеQ действует напряжение логического нуля. 7. 1. 2 СЧЕТЧИКИ.
Счетчики присутствуют во всех частях схемы. Простейшим двоичным счетчиком будет обыкновенный делитель на два, который при поступлении на вход импульса, на выходе будет выдавать логическую единицу до тех пор, пока на вход не поступят еще один импульс. Такой делитель можно собрать на одном D-триггере, соединив выходQ со входом Dи снимая информацию с этого же выхода. Двухразрядный счетчик импульсов получится объединении двух делителей на два, причем входС второго делителя необходимо присоединить к выходу Qпервого делителя. Схема двухразрядного двоичного счетчика приведена на рисунке 7. 2. Рис. 7. 2. Схема простейшего двухразрядного счетчика.
Принцип работы данной схемы заключается в следующем, при подаче первого импульса на вход схемы (Т) входной триггер переходит в состояние, когда на выходе Qдействует логический ноль, при этом на инверсном выходе образуется логическая единица, поступающая на входD. Следовательно, при поступлении следующего импульса логическая единица на входеD “перебросит” триггер в состояние, когда на выходе Qначинает действовать логическая единица, запускающая второй триггер, который работает аналогичным образом. Таким образом, на выходах схемы формируется последовательность двоичных чисел (см. осциллограммы на рис. 7. 2), сначала00, затем 01, затем 10 и, наконец, 11; после поступления следующего импульса на вход Т, на выходе снова образуется 00.
У приведенного выше счетчика существует один недостаток, его нельзя “сбросить”в исходное, нулевое состояние. Этот недостаток легко устраним, т. к. у D-триггера имеется возможность вывести еще один вход для сброса триггера в нулевое состояние ®, тогда схема такого счетчика примет следующий вид (см. рис. 7. 3). Рис. 7. 3 Двухразрядный счетчик.
Принцип работы данной схемы не отличается от принципа работы схемы приведенной выше, за исключением того, что в нулевое состояние (на выходе00) эту схему можно перевести в любой момент времени по сигналу R.
При необходимости увеличить разрядность счетчика можно, добавляя в схему новые триггеры (таким образом строятся схемы на 3, 4 и более разрядов), но иногда возникает необходимость сбросить не все выходы счетчика, а лишь один разряд. Такую схему можно построить, добавив элемент ИЛИ-НЕ, подключенный к триггеру обслуживающему заданный разряд. Рассмотрим схему четырехразрядного счетчика, с возможностью сброса четвертого разряда. Схема такого устройства представлена на рисунке 7. 4.
Рис. 7. 4. Схема четырехразрядного счетчика с возможностью сброса четвертого разряда.
Принцип работы данной схемы практически не отличается от принципа работы счетчика, рассмотренного выше, кроме того, что сброс четвертого разряда может осуществляться как вместе со сбросом всего счетчика, так и отдельно, для этого в схему добавлен элемент ИЛИ-НЕ. 7. 1. 3 ДЕШИФРАТОРЫ
Дешифраторы, как и счетчики, встречаются во всех элементах схемы. Применяемые в устройстве дешифраторы являются позиционными, они преобразуют двоичный код в импульс на соответствующем коду номере выхода. Для построения такой схемы, в отличие от предыдущих, не нужно использовать элементы с памятью (такие как триггеры), ее можно собрать лишь из схем НЕ и И. Схема трехразрядного дешифратора представлена на рисунке 7. 5. Рис. 7. 5. Схема трехразрядного дешифратора.
Схема работает следующим образом, при поступлении кодовой комбинации (от000 до 111) на вход ищется совпадение (при помощи схем И) и на соответствующий выход поступает напряжение логической единицы. Инверторы требуются для преобразования кодовых комбинаций, содержащих логические нули.
В разрабатываемой БИС существует необходимость и в дешифраторах на большее количество разрядов (4 и 5), поэтому необходимо рассмотреть схемы таких дешифраторов. Принципы функционирования таких схем не отличаются от принципа функционирования трехразрядного дешифратора, только количество схем совпадения (И) увеличивается в соответствии с увеличением выходов (N): N = 2n; [7. 1]
где n - количество входов, и количество инверторов увеличится до количества входов.
Схема дешифратора на четыре входа представлена на рисунке 7. 6. Аналогично строится схема и пятиразрядного дешифратора. Рис. 7. 5. Схема четырехразрядного дешифратора. 7. 1. 4 МУЛЬТИПЛЕКСОР
Мультиплексор является устройством, подключающим один из входов к выходу по сигналу управления. В схеме проектируемого устройства мультиплексор встречается всего один раз, но так как схема его получается достаточно простой, то было решено вынести мультиплексор в библиотеку элементов. У разрабатываемого мультиплексора 10 информационных входов, разбитых на две группы по 5 входов, и 5 выходов, к которым подключается соответствующая группа входов, управление производится при помощи одного управляющего входа. Схема такого мультиплексора представлена на рисунке 7. 6.
Рассмотрим принцип работы данной схемы, при поступлении на вход А уровня логического нуля через инвертор подключаются схемы совпадения для первой группы входов, при прохождении через любой из входов этой группы сигнала логической единицы, одна из схем И срабатывает и выдает на своем выходе напряжение логической единицы, через схему ИЛИ подключены выходы, и при поступлении на один из входов схемы ИЛИ, сигнал проходит на выход. При подаче напряжения логической единицы на вход А первая группа входов отключается, и подключается вторая группа входов, схема работает в аналогичном первому случаю режиме, только на выход поступают сигналы со второй группы входов. Этот принцип работы хорошо иллюстрируется при помощи осциллограмм приведенных на рисунке 7. 6.