크로스바 스위치

Crossbar switch
구내 교환기의 전기 기계식 크로스바 스위치

전자 및 통신에서 크로스바 스위치(크로스 포인트 스위치, 매트릭스 스위치)는 매트릭스 구성으로 배치된 스위치의 집합입니다.크로스바 스위치는 매트릭스의 요소인 각 교차점에 위치한 스위치를 닫음으로써 접속을 확립할 수 있는 상호접속선의 교차 패턴을 형성하는 복수의 입력 및 출력 라인을 가진다.원래 크로스바 스위치는 문자 그대로 입력 경로와 출력 경로를 제공하는 교차 금속 막대로 구성되어 있었습니다.그 후의 실장에서는, 솔리드 스테이트 일렉트로닉스에서도 같은 스위칭 토폴로지를 실현했습니다.크로스바 스위치는 로터리 스위치, 메모리 [citation needed]스위치 및 크로스 스위치와 함께 주요 전화 교환 아키텍처 중 하나입니다.

일반 속성

크로스바 스위치는 입력 세트와 출력 세트 사이의 개별 스위치 집합입니다.스위치는 매트릭스 형태로 배열되어 있습니다.크로스바 스위치에 M개의 입력과 N개의 출력이 있는 경우 크로스바에는 M × N개의 크로스 포인트 또는 접속이 교차하는 위치가 있는 매트릭스가 있습니다.각 교차점에는 스위치가 있으며, 스위치를 닫으면 입력 중 하나를 출력 중 하나에 연결합니다.지정된 크로스바는 단일 레이어 논블로킹스위치입니다논블로킹 스위치는 다른 동시 연결로 인해 다른 입력을 다른 출력에 연결할 수 있음을 의미합니다.크로스바 컬렉션을 사용하여 여러 레이어 및 블로킹스위치를 구현할 수 있습니다.크로스바 스위칭 시스템은 좌표 스위칭 시스템이라고도 합니다.

적용들

크로스바 스위치는 텔레포니나 회선 스위칭 등의 정보처리 어플리케이션에서 일반적으로 사용되지만 기계식 정렬기 등의 어플리케이션에서도 사용됩니다.

크로스바 스위치의 매트릭스 레이아웃은 데이터 전송을 가능하게 하는 일부 반도체 메모리 장치에서도 사용됩니다.이 막대는 매우 얇은 금속선이고 스위치는 퓨저블 링크입니다.퓨즈는 고전압을 사용하여 끊어지거나 열리며 저전압을 사용하여 판독됩니다.이러한 장치를 프로그램 가능한 읽기 전용 [1]메모리라고 합니다.2008년 NSTI 나노테크놀로지 컨퍼런스에서 [2]연산용 논리 게이트의 대안으로 사용되는 가산 회로의 나노 스케일 크로스바 구현에 대해 논의한 논문이 발표되었습니다.

매트릭스 어레이는 현대 플랫 패널 디스플레이의 기본입니다.박막 트랜지스터 LCD는 각 교차점에 트랜지스터가 있기 때문에 구조의 일부로 크로스바 스위치를 포함하는 것으로 간주할 수 있습니다.

가정용 및 프로페셔널시어터 애플리케이션에서의 비디오 전환에서는 크로스바 스위치(또는 매트릭스 스위치)를 사용하여 여러 비디오 어플라이언스의 출력을 건물 내의 모든 모니터 또는 모든 방에 동시에 분배합니다.일반적인 설치에서는 모든 비디오 소스는 기기 랙에 배치되어 매트릭스 스위치에 입력으로 연결됩니다.

매트릭스를 중앙에서 제어할 수 있는 경우 일반적인 랙 마운트 매트릭스 스위치는 입력과 출력을 수동으로 연결할 수 있는 전면 패널 버튼을 제공합니다.이러한 용도의 예로는 스포츠바가 있습니다.이 바에는 다수의 프로그램이 동시에 표시됩니다.일반적으로 스포츠 바는 독립적인 제어가 필요한 디스플레이마다 별도의 탁상 박스를 설치합니다.매트릭스 스위치를 사용하면 오퍼레이터가 신호를 자유롭게 라우팅할 수 있기 때문에 전체 사운드 시스템의 모든 프로그램에서 사운드를 제어하면서 볼 수 있는 고유한 프로그램의 총 수를 커버하는 데 필요한 만큼의 셋톱 박스만 있으면 됩니다.

이러한 스위치는 하이엔드 홈시어터 어플리케이션에서 사용됩니다.일반적으로 공유되는 비디오 소스에는 셋톱 리시버나 DVD 체인저가 있습니다.음성에도 같은 개념이 적용됩니다.출력은 개인실에 있는 텔레비전에 배선되어 있습니다.매트릭스 스위치는 AMX, Crestron 또는 Control4에 의해 제조된 자동화 컨트롤러와 같은 내부 자동화 컨트롤러에 의해 이더넷 또는 RS-232 연결을 통해 제어됩니다.이 컨트롤러는 각 룸의 사용자가 감시할 어플라이언스를 선택할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공합니다.실제 사용자 인터페이스는 시스템 브랜드에 따라 다르며 온스크린 메뉴, 터치스크린 및 핸드헬드 리모컨의 조합이 포함될 수 있습니다.이 시스템은 사용자가 시청할 프로그램을 같은 방에서 선택할 수 있도록 하기 위해 필요합니다.그렇지 않으면 사용자는 기기 랙으로 걸어가야 합니다.

위성 TV 신호를 분배하는 데 사용되는 특수 크로스바 스위치를 멀티 스위치라고 합니다.

실장

지금까지 크로스바 스위치는 각 입력 및 출력과 관련된 금속 막대와 각 크로스 포인트의 가동 접점을 제어하는 몇 가지 방법으로 구성되었습니다.20세기 후반에는 이러한 문자 그대로의 크로스바 스위치가 쇠퇴하여 일반적으로 직사각형 배열 스위치를 비유적으로 사용하게 되었습니다.현대식 크로스바 스위치는 일반적으로 반도체 기술로 구현됩니다.MEMS 테크놀로지에 의해 중요한 광크로스바가 실장되고 있습니다.

기계

19세기 중반의 전신 교환기는 각 교차로에 구멍이 뚫린 수직 및 수평 황동 막대 그리드로 구성되었다.교환원은 한 전신선을 다른 전신선에 연결하기 위해 놋쇠 핀을 꽂았다.

텔레포니에서의 전기 기계 스위칭

텔레포니 크로스바 스위치는 전화 통화를 전환하기 위한 전기 기계 장치입니다.현재 크로스바 스위치라고 불리는 최초의 디자인은 1915년 벨 회사의 Western Electric의 좌표 선택기입니다.제어 시스템의 비용을 절약하기 위해, 이 시스템은 링크 원칙이 아닌 스테핑 스위치 또는 셀렉터 원칙에 따라 구성되었습니다.미국에서는 거의 사용되지 않았지만, Televerket Swedish 정부 기관은 1919년부터 Gotthilf Betulander 디자인을 자체 제작하여 1926년부터 1980년대까지 스웨덴에서 중소형 A204 모델 스위치로 사용하였습니다.1938년부터 Bell Telephone Labs에 의해 개발된 AT&T Corporation의 1XB 크로스바 교환에 사용된 시스템 설계는 스웨덴 설계에서 영감을 얻었지만 재발견된 링크 원리에 기초했다.1945년에 스웨덴 텔레베켓의 유사한 디자인이 스웨덴에 설치되었고, A204 모델 스위치의 용량을 늘릴 수 있었다.2차 세계대전으로 인해 지연된, 1950년대부터 수백만 개의 도시 1XB 노선이 미국에 설치되었다.

1950년, Ericson Swedish사는, 국제 시장용으로 독자적인 버전의 1XB 및 A204 시스템을 개발했습니다.1960년대 초, 동사의 크로스바 스위치 판매량은 회선수로 측정한 회전식 500 스위칭 시스템의 판매량을 웃돌았다.크로스바 전환은 전 세계로 빠르게 확산되어 미국의 대규모 설비의 Strowger(스텝 바이 스텝) 및 패널 시스템과 같은 대부분의 초기 설계를 대체했습니다. 도입 시 완전히 전기 기계식 제어에서 완전히 벗어나면서 점차 완전한 전자 제어와 다양한 통화 기능을 갖추도록 정교화되었습니다.쇼트 코드와 스피드 스위칭이 필요합니다.영국에서는 Plesey Company가 다양한 TXK 크로스바 교환을 실시했지만, 영국 우체국에 의한 광범위한 롤아웃은 다른 나라보다 늦게 시작되었고, 이후 TXE 리드 릴레이와 전자 교환 시스템의 병행 개발로 인해 억제되었기 때문에 많은 고객 연결을 달성하지는 못했습니다.탠덤 스위치 교환으로서 어느 정도 성공합니다.

크로스바 스위치는 x-y 형식으로 배열된 2차원 접점 배열로 이루어진 스위칭 매트릭스를 사용한다.이러한 스위칭 매트릭스는 접점 위에 배치된 일련의 수평 막대에 의해 작동됩니다.이러한 셀렉트 바는 전자석에 의해 위아래로 흔들릴 수 있으며 매트릭스의 두 가지 레벨에 접근할 수 있습니다.두 번째 세트의 수직 홀드 바는 첫 번째 바(따라서 "크로스 바"라는 이름)에 대해 직각으로 설정되며 전자석에 의해 작동됩니다.셀렉트 바는 스프링이 장착된 와이어 핑거를 장착하여 홀드 바가 바 아래의 접점을 작동할 수 있도록 합니다.셀렉트 전자석과 홀드 전자석이 차례로 작동하여 막대를 이동할 때 스프링 핑거 중 하나를 끼워서 두 막대가 교차하는 지점 아래의 접점을 닫습니다.이것에 의해, 교환을 개입시킨 콜 패스의 설정의 일부로서 스위치를 개입시킨 접속이 확립됩니다.연결되면 선택 자석이 해제되어 다른 손가락을 사용하여 다른 연결을 할 수 있습니다.또한 통화 중에는 홀드 자석이 통전된 상태로 유지되어 연결이 유지됩니다.크로스바 스위칭인터페이스는 영국에서는 TXK 또는 TXC(Telephone Exchange Crossbar) 스위치라고 불립니다.

웨스턴 일렉트릭 100포인트 6선 타입 B 크로스바 스위치

그러나 1960년대 벨 시스템 B형 크로스바 스위치가 가장 많이 만들어졌다.대부분은 200점 스위치로, 20개의 수직과 10개의 레벨의 와이어를 가지고 있으며, 각 셀렉트 바는 10개의 손가락을 가지고 있기 때문에 10개의 수직에 할당된 10개의 회로 중 하나가 2개의 레벨에 접속할 수 있습니다.각각 상하로 회전할 수 있는 5개의 선택 막대는 다음 전환 단계로 가는 10개의 링크를 선택할 수 있음을 의미합니다.이 모델의 각 교차점은 6개의 와이어를 연결했습니다.홀드 마그넷 옆에 있는 수직의 비정상 접점이 스위치 하단을 따라 정렬되어 있습니다.이들은 로직 및 메모리 기능을 수행하며, 홀드바는 연결이 확립되어 있는 한 이들을 활성 위치에 유지합니다.스위치 측면의 수평 오프 노멀은 나비 자석이 회전할 때 수평 막대에 의해 활성화됩니다.이것은 접속이 셋업되어 있는 동안에만 발생합니다.그때만 나비에게 전원이 공급되기 때문입니다.

최신형 서부 전기 크로스바 스위치
타입 C의 후면

대부분의 벨 시스템 스위치는 밸런스 페어 회로의 팁과 링, 그리고 제어를 위한 슬리브 리드를 포함한 3개의 와이어를 연결하도록 제작되었습니다.많은 와이어가 2개의 개별 회로 또는 4개의 와이어 회로 또는 기타 복잡한 접속을 위해 6개의 와이어를 연결했습니다.1970년대 벨 시스템 C형 소형 크로스바는 비슷했지만 손가락이 뒤에서 앞으로 튀어나오고 셀렉트 바가 패들을 잡고 움직였다.대부분의 C형은 12개의 레벨을 가지고 있었다; 이것들은 덜 흔한 10개의 레벨이었다.SP1 스위치에 사용된 Northern Electric Minibar는 비슷하지만 더 작습니다.같은 시대의 ITT Pentaconta 멀티스위치는 보통 22개의 수직, 26개의 레벨, 6~12개의 와이어가 있었습니다.에릭슨 크로스바 스위치에는 수직이 5개밖에 없는 경우가 있었습니다.

인스트루먼트

계측용으로 James Cunningham, Son[3] and Company는 물리적으로 작은 기계 부품을 갖춘 매우 긴 고속 크로스바[4] 스위치를 제작하여 전화형 크로스바 스위치보다 더 빠르게 작동할 수 있게 했습니다.많은 스위치에는 텔레포니크로스바 스위치의 기계적 부울 AND 기능이 있었지만 다른 모델에는 매트릭스 어레이에 개별 릴레이(크로스 포인트당 1코일)가 있어 릴레이 접점을 [x]버스와 [y]버스에 접속하고 있었습니다.후자의 유형은 개별 릴레이와 같으며 논리적 AND 기능이 내장되어 있지 않았습니다.커닝햄 크로스바 스위치에는 밀리볼트 신호를 처리할 수 있는 귀금속 접점이 있었다.

전화 교환

초기 크로스바 교환은 발신측과 종단측으로 나뉘었지만, 최신 및 현저한 캐나다 및 미국 SP1 스위치와 5XB 스위치는 그렇지 않았습니다.유저가 전화기의 수화기를 들면, 유저의 회선 릴레이를 동작시키는 회선 루프에 의해서, 유저의 전화기가 발신기지 송신원에 접속되어 유저에게 다이얼톤이 반환됩니다그 후, 발신자는 다이얼 된 번호를 녹음해, 발신기지 마커에 전달했습니다.마커는 발신 트렁크를 선택하고, 다양한 크로스바스위치 스테이지를 조작해, 발신측 유저를 그 마커에 접속합니다.발신측 마커는 트렁크콜 완료 요건(펄스의 종류, 트렁크의 저항 등) 및 착신측의 상세 정보를 송신측에 전달하고 해방했습니다.그 후, 송신자는 이 정보를 착신측 송신자에게 릴레이 했습니다(같은 교환 또는 다른 교환에 있을 수 있습니다).그 후, 이 송신자는 종단 마커를 사용해, 선택한 착신 트렁크를 개입시켜 착신 유저를 착신 유저에 접속해, 제어 릴레이 세트에 의해서 착신 유저의 전화기에 호출 신호를 송신해, 발신자에게 호출음을 반환합니다.

크로스바 스위치 자체는 간단했습니다.교환 설계는 모든 논리적 의사결정을 공통 제어 요소로 옮겼습니다.이러한 제어 요소는 릴레이 세트로 매우 신뢰성이 높았습니다.설계 기준에서는 40년마다 2시간의 서비스 중단 시간만 명시했는데, 이는 이전의 전기 기계 시스템에 비해 크게 개선된 것입니다.제어 요소는 콜 스위칭 요소와는 별도로 교환할 수 있기 때문에 Exchange 설계 개념은 증분 업그레이드에 적합했습니다.크로스바 교환기의 최소 크기는 비교적 컸지만, 설치된 회선 용량이 큰 도시 지역에서는 교환기 전체가 동등한 용량의 다른 교환 기술보다 적은 공간을 차지했습니다.이러한 이유로 디지털 시스템으로 교체된 최초의 스위치이기도 했습니다.이 스위치는 훨씬 작고 신뢰성이 높았습니다.

크로스바 스위칭에는 두 가지 원칙이 있습니다.초기 방법은 셀렉터 원칙에 따라 크로스바 스위치를 사용하여 Strouger 스위치와 동일한 스위칭패브릭을 구현했습니다.이 원칙에서는 각 크로스바스위치는 스위치 또는 트렁크의 여러 그룹 중 하나에 대응하는1 개의 다이얼 번호를 수신합니다.다음으로 스위치는 선택된 스위치 또는 트렁크 중 아이돌스위치 또는 트렁크를 검출하여 접속합니다.각 크로스바 스위치는 한 번에 1개의 콜만 처리할 수 있습니다.따라서 5단계에 걸쳐 100개의 10×10 스위치와의 교환은 20개의 대화만 진행할 수 있었습니다.분산 제어는 일반적인 장애 지점이 없음을 의미하지만, 셋업 단계가 10초 정도 지속되어 발신자가 필요한 번호를 다이얼 하는 데 걸리는 시간을 의미하기도 합니다.제어 점유율 측면에서 이 비교적 긴 간격은 [citation needed]스위치의 트래픽 용량을 저하시킵니다.

100포인트 6와이어 타입 B 벨시스템 스위치의 Banjo 배선

1XB 스위치부터는 링크 원리에 따라 스위치를 크로스 포인트로 사용했습니다.각 이동 접점은 같은 레벨의 다른 접점에 단순한 밴조 와이어를 통해 다음 단계에서 스위치의 입력 중 하나에 있는 링크에 곱해졌습니다.스위치는 레벨 또는 수직 콜의 수만큼 처리할 수 있었습니다.따라서 4단계에 걸쳐 40개의 10×10 스위치와 교환하면 100개의 대화를 진행할 수 있습니다.링크 원칙은 보다 효율적이지만 스위칭패브릭을 통해 아이돌링크를 검출하려면 보다 복잡한 제어 시스템이 필요했습니다.

즉, 위에서 설명한 바와 같이 공통 제어를 의미합니다.모든 디지트가 녹음된 후 공통 제어 기기인 마커에 전달되어 모든 개별 스위치스테이지에서 동시에 콜이 확립됩니다.마커 제어 크로스바 시스템은 마커에 매우 취약한 중앙 제어를 가지고 있었다. 이는 항상 중복된 마커를 사용하여 보호되었다.큰 장점은 스위치에서의 제어 점유율이 약 1초 미만으로 스위치의 X-then-Y 전기자의 동작 지연과 릴리스 지연을 나타낸다는 것입니다.공통 제어의 유일한 단점은 교환기에서 발생하는 트래픽레벨의 최대 예측에 대응할 수 있는 충분한 디지트레코더를 제공할 필요가 있다는 것입니다.

Plesey TXK1 또는 5005 설계에서는 중간 형식을 사용했습니다.이 형식에서는 스위칭패브릭을 통과하는 클리어 패스가 분산 로직에 의해 마킹되어 한 번에 닫힙니다.

크로스바 교환기는 일부 전화망에서만 수익 서비스를 제공합니다.보존된 설치물은 워싱턴 시애틀의 통신 박물관, 런던의 과학 박물관과 같은 박물관에 보관되어 있다.

반도체

크로스바 스위치의 반도체 실장은 일반적으로 반도체 디바이스 내의 일련의 상호 접속에 접속된 입력 증폭기 또는 리티머 세트로 구성됩니다.출력 앰프 또는 리티머에는 유사한 인터커넥트 세트가 연결되어 있습니다.막대가 교차하는 각 교차점에는 막대를 연결하는 패스 트랜지스터가 구현된다.패스 트랜지스터가 활성화되면 입력이 출력에 연결됩니다.

컴퓨터 기술이 발전함에 따라 크로스바 스위치는 동일한 메모리 액세스 병렬 프로세서의 다양한 처리 장치를 메모리 요소 배열에 연결하는 다단계 상호 연결 네트워크와 같은 시스템에서 사용되었습니다.

중재

크로스바 스위치를 사용할 때의 표준적인 문제는 크로스 [citation needed]포인트를 설정하는 것입니다.크로스바의 전형적인 텔레포니애플리케이션에서는, 크로스 포인트는 닫히고, 전화의 송수신시에 오픈됩니다.Asynchronous Transfer Mode 또는 패킷스위칭 어플리케이션에서는 각 결정 간격마다 크로스 포인트를 작성하고 끊어야 합니다.고속 스위치에서는, 모든 크로스 포인트의 설정을 판별해, 1초에 수백만 회 또는 수십억 회 설정할 필요가 있습니다.이러한 결정을 신속하게 내리는 방법 중 하나는 파면 아비터를 사용하는 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Chen, Yong; Jung, Gun-Young; Ohlberg, Douglas A. A.; Li, Xuema; Stewart, Duncan R.; Jeppesen, Jan O.; Nielsen, Kent A.; Stoddart, J. Fraser (2003). "Nanoscale molecular-switch crossbar circuits". Nanotechnology. 14 (4): 462–8. Bibcode:2003Nanot..14..462C. doi:10.1088/0957-4484/14/4/311.
  2. ^ Mouttet, B. (2008-06-02). "Logicless Computational Architectures with Nanoscale Crossbar Arrays". NSTI Nanotech 2008 Conference. Archived from the original on 2016-03-04. Retrieved 2008-06-02.
  3. ^ Hinrichs, Noël (1964). "6. The Era of Automation". The Pursuit of Excellence. James Cunningham, Son & Co.
  4. ^ 힌리히 1964, 크로스바 스위치

추가 정보

외부 링크