Некоммерческое Акционерное общество

Алматинский университет энергетики и связи

Кафедра автоматической электросвязи

 

 

 

СЕТИ СВЯЗИ И Системы КОММУТАЦИИ

 Конспект лекций

для студентов всех форм обучения специальностей
5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

 

Алматы 2010

СОСТАВИТЕЛЬ: Ш.А. Мирзакулова. Сети связи и системы коммутации. Конспект лекций (для студентов всех форм обучения специальностей 5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации.- Алматы: АУЭС, 2010. - 104с.

Изложены конспекты двадцати трех лекций по двум частям дисциплины «Сети связи и системы телекоммуникаций». В них представлены основные принципы цифровых телефонных сетей; вопросы сигнализации в телефонных сетях; способов коммутаций и особенности построения цифровых систем коммутации.

Ил. - 55, табл. - 8, библиогр.- 7 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук, проф. К.Х. Туманбаева

 

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский институт энергетики и связи» на 2010 г.

 

 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

Содержание 

Введение	4
Часть 1. Сети электросвязи	5
Лекция 1	5
Лекция 2	9
Лекция 3	13
Лекция 4	17
Лекция 5	21
Лекция 6	25
Лекция 7	29
Лекция 8	33
Лекция 9	37
Лекция 10	41
Лекция 11	45
Лекция 12	49
Часть 2. Автоматическая коммутация	53
Лекция 1	53
Лекция 2	57
Лекция 3	61
Лекция 4	65
Лекция 5	69
Лекция 6	73
Лекция 7	77
Перечень сокращений	81
Список литературы	84

 

 Введение 

Целью преподавания дисциплины является изучение основ сетей электросвязи и способов коммутации в них.

Современное развитие взаимоувязанных сети связи Казахстана определяется как переходом к современным средствам связи в рамках ее модернизации, так и сменой поколений средств электросвязи, характерной для развития мировой сети связи. Основное назначение отрасли связь всегда являлись передача и распределение информации. В результате процесса интеграции связи и информационных технологий отрасль оказалась способной оказывать непосредственно информационные услуги, образуя современную информационно-телекоммуникационную инфраструктуру общества – инфокоммуникации.

Количественный рост инфокоммуникаций на рубеже  веков происходит настолько интенсивно, что переход от индустриального общества на принципиально новый уровень общественного и экономического развития, определяется жесткими требованиями современной научно-технической революции и рыночной экономики. Речь идет о формировании информационного общества и информационной экономики, которые в передовых странах получили определенное развитие.

В информационном обществе, материальной основой которого является информационная экономика, акцент значимости смещается на информационный ресурс, представляющий собой накопленные знания, которые зафиксированы и материализованы в виде документов, базы данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, произведений литературы науки и искусства.

Целью преподавания дисциплины является подготовка высококвалифицированного специалиста в области сетей и систем телекоммуникаций, владеющего знаниями в области теоретических основ построения телекоммуникационных систем и сетей, технических средств передачи и обработки информации, способами организации и коммутации каналов по передаче информации, методами уплотнения, необходимых для решения задач удаленного доступа, объединения сетей, оптимального проектирования сетей связи и их квалификационного обслуживания.

Учебным планом для данной дисциплины отводится 5 кредитов, всего 225 часов, из них для аудиторных занятий – 90, для самостоятельной работы – 150 часов.

 

 

Часть 1 Сети электросвязи

 

Лекция 1. История развития сетей связи

 

Рождение телеграфа дало толчок к появлению телефона. С 1837 г. многие изобретатели пытались передать на расстояние человеческую речь с помощью электричества. В 1876 г. американский изобретатель А.Г. Белл запатентовал устройство для передачи речи по проводам – телефон. Для улучшения качества связи потребовалось строительство специальных двухпроводных телефонных линий, построенной в 1898 г. профессором П.Д. Войнаровским. Вклад в усовершенствование телефона внес русский физик П.М. Голубицкий, который в 1886 г. разработал новую схему телефонной связи, согласно которой микрофоны ТА получали питание от одной (центральной) батареи, расположенной на телефонной станции. Эта система была внедрена во всем мире под названием системы ЦБ [1].

Уже в конце прошлого столетия Земля оказалась опоясанной проводами и кабелями, соединяющими города и континенты. Однако проводная связь не могла удовлетворить быстрорастущие потребности промышленности, транспорта и особенно судоходства. Первая демонстрация устройства А.С. Попова для приема электромагнитных волн состоялась 7 мая 1895 г. А в марте 1896 г. А.С. Попов передал электрическими сигналами без проводов текст, состоящий из двух слов на расстояние 250 м. В 1922 г. в Москве была построена первая в мире радиовещательная станция мощностью 12 кВт. В 1935 г. – вступила в строй радиолиния на ультракоротких волнах, протяженностью 150 км. Чтобы перекрыть это расстояние, через 50 и 100 км были построены две промежуточные «релейные» станции, которые принимали ослабленные радиоволны, «заменяли» их новыми и посылали дальше. В 1947 г. появилось упоминание о разработанной фирмой «Белл» системе с ИКМ. В 1962 г. была внедрена в эксплуатацию первая коммерческая система передачи ИКМ – 24. В 1960 г. в Америке был создан первый в мире лазер. Это стало возможным после появления работ советских ученых В.А. Фабриканта, Н.Г. Басова и А.М. Прохорова и американского ученого Ч. Таунса, получивших Нобелевскую премию. В 1970 г. в американской фирме «Corning Glass Company» было получено сверхчистое стекло. Это дало возможность создать и внедрить повсеместно оптические кабели связи.

 

Современные тенденции развития электросвязи

 

В последующие годы связь развивалась по пути цифровизации всех видов информации. Это стало генеральным направлением, обеспечивающим экономичные методы не только ее передачи, но и распределения, хранения и обработки. Вслед за ИКМ-24 появляются ИКМ-30, ИКМ-120, .. ИКМ-1920, а затем системы передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

На смену телеграфной связи пришли такие виды документальной связи, как передача данных, электронная почта, факсимильная связь. С каждым годом увеличивается объем услуг Интернет, растет количество пользователей электронной почты. Одновременно с ростом числа услуг связи будет меняться их качество – от простого телефонного сервиса до услуг мультимедиа. 

Человечество движется по пути создания Глобального информационного общества. Его основой станет Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ), составляющей которой будут мощные транспортные сети связи и распределенные сети доступа, предоставляющие информацию пользователям. Глобализация связи и ее персонализация (доведение услуг связи до каждого пользователя) – вот две взаимосвязанные проблемы, успешно решаемые на данном этапе развития человечества специалистами электросвязи. Аналитики сходятся во мнении, что дальнейшая эволюция коммуникационных технологий будет идти в направлениях увеличения скорости передачи информации, интеллектуализации сетей и обеспечения мобильности пользователей. Объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру мира, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций. Начало 21 века рассматривается как эра информационного общества, требующего для своего эффективного развития создания глобальной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, темпы развития которой должны быть опережающими по отношению к темпам развития экономики в целом.  

 

Стандартизация в области телекоммуникаций

 

Для обеспечения совместимости телекоммуникационного между собой нужны специальные стандарты. В разных странах применяются разные стандарты, но существуют и международные. В основном стандартизируются типы линий, протоколы связи (для эффективного функционирования различных элементов сети, необходимо использование единых протоколов их взаимодействия) форматы данных, качество обслуживания и т.п. Организации стандартизации обеспечивают условия для обсуждения прогрессивных технологий, утверждают результаты этих обсуждений в виде официальных стандартов, а также обеспечивают распространение утвержденных стандартов. Наиболее известные организации стандартизации являются [1]: МОС (ISO) – является автором стандартов в различных областях деятельности, включая стандарты по телекоммуникациям. Членами ISO являются национальные организации стандартизации. Участие в ISO является добровольным. Известным стандартом ISO в области телекоммуникации является эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС); МСЭ-Т (ITU-T) – организован под эгидой  ООН, штаб-квартира этой организации размещена в Женеве (Швейцария); Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) организация, разрабатывающая стандарты для сетей. Наиболее известными стандартами IEEE являются стандарты локальных сетей (LAN); Европейская конференция администраций почт и электросвязи (CEPT) создана в 1959 г. В сферу ее деятельности входит коммерческая кооперация участников телекоммуникационного рынка, а также стандартизация по техническим и организационным вопросам; Европейский институт стандартизации электросвязи (ETSI), создан в 1988 году организацией CEPT и определяет техническую политику в области телекоммуникации для стран Европейского сообщества. Наиболее известными стандартами ETSI являются стандарты сотовой системы подвижной радиосвязи GSM; Европейская ассоциация производителей ЭВМ (ECMA); Американский национальный институт стандартизации (ANSI) является координирующим органом добровольных групп по стандартизации в пределах США. ANSI является членом ISO; Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) одна из групп ANSI, выпускающая стандарты по телекоммуникациям (системы подвижной радиосвязи IS-54); Ассоциация электронной промышленности (EIA) также одна из групп ANSI; Федеральная комиссия по связи (FCC) США занимается регулированием в отрасли связи, в том числе распределением спектра радиочастот; Совет по регуляции работы Internet (IAB), совет определяет основную политику в области глобальной сети Internet. Включает два подкомитета: исследовательский IRTF и стандартизации IETF.

 

Единая сеть телекоммуникаций

 

Основой казахстанских телекоммуникаций является Единая сеть телекоммуникаций РК (ЕСТ РК), которая объединяет все сети электросвязи, расположенные на территории Казахстана [2]. ЕСТ РК связана с сетями электросвязи других стран и занимает важное место в мировом информационном пространстве, в развивающейся ГИИ. В состав ЕСТ РК входит сеть телекоммуникаций общего пользования (СТОП) и сети связи ограниченного пользования, которые включают в себя: ведомственные и выделенные сети, сети телекоммуникаций специального назначения, корпоративные и другие сети передачи информации посредством электромагнитных сигналов (см. рисунок 1.1). СТОП – составная часть ЕСТ РК, отличается широкой разветвленностью, охватывает всю территорию страны, обслуживает основной контингент населения, органы управления народным хозяйством, обороной, а также любых других потребителей без каких-либо ограничений. СТОП строится по территориальному принципу и включает в себя магистральный, внутризоновый и местный участки. Ведомственные сети связи создаются и функционируют для обеспечения реализации управленческих и организационных целей соответствующих государственных органов, и органов местного самоуправления в соответствии с их полномочиями, а также для обеспечения реализации производственных и управленческих целей государственных предприятий, находятся в их ведении и эксплуатируются ими [2].

 

 

Рисунок 1.1 – Единая сеть телекоммуникаций Республики Казахстан

 

Сопряжение ведомственных сетей связи с СТОП производится на договорной основе. Ведомственные сети могут использоваться для предоставления услуг связи населению и другим пользователям при получении их владельцами лицензий на осуществление предпринимательской деятельности. Выделенные сети связи – это сети телекоммуникаций физических и юридических лиц, не имеющие выхода на СТОП. При сопряжении выделенных сетей связи с СТОП эти сети переходят в категорию СТОП. Сети специального назначения создаются на базе каналов СТОП и предназначены для обеспечения нужд обороны, безопасности и охраны правопорядка, а также для обеспечения правительственной связи. Корпоративные сети объединяют сети отдельных предприятий (фирм, организаций, акционерных обществ и т.п.) и предназначены для обеспечения реализации управленческих и внутрипроизводственных целей юридических лиц. Под сетью связи понимается технологическая система, включающая в себя средства и линии связи и предназначенная для электросвязи. Средства связи – это технические и программные средства, используемые для формирования, приема, обработки, хранения, передачи, доставки сообщений электросвязи, а также иные технические и программные средства, используемые при оказании услуг связи или обеспечении функционирования сетей связи. Линии связи – линии передачи, физические цепи и ЛКС связи, то есть сооружения электросвязи и иные объекты инженерной инфраструктуры, созданные или приспособленные для размещения кабелей связи.

Лекция 2. Архитектура сети связи

 

Сеть связи представляет собой совокупность сетей и служб электросвязи. Архитектура сети связи представлена на рисунке 2.1.

Первичная сеть – совокупность сетевых узлов, сетевых станций и линий передачи, образующая сеть стандартных каналов передачи и групповых трактов. Термин «первичная сеть» соответствует англоязычному термину «Transmission Network» – сеть передачи, а также русскоязычному термину «транспортная сеть». Вторичные сети связи обеспечивают транспортировку, коммутацию и распределение сигналов в службах электросвязи. Сеть или сети электросвязи (network, telecommunication network) – это совокупность узлов и линий, обеспечивающих соединение между двумя или более определенными пунктами с целью обеспечения электросвязи между ними. Служба электросвязи (service, telecommunication service) – это то, что обеспечивается администрацией электросвязи и ее абонентом с целью удовлетворения определенной потребности в услугах электросвязи, например служба телефонной связи, служба ПД, служба передачи данных с КК, служба ПД с КП и др.

 

 

Рисунок 2.1 – Архитектура сети связи

 

Под службой понимают совокупность услуг, предоставляющих потребителям, а под сетью – совокупность технических средств, обеспечивающих возможность предоставления этих услуг. Раньше каждая служба обеспечивалась своей сетью, но уже с развитием передачи данных стало ясно, что служба передачи данных начала успешно развиваться, не имея своей собственной сети, используя телефонную сеть, сеть Телекс, а также некоммутируемые каналы. Позже стали создавать специализированные сети для обеспечения более качественной передачи данных (сети с КС, сети с КК и сети с КП). Т.о., одна служба может обеспечиваться несколькими сетями и одна сеть может поддерживать несколько служб.

 

Основные принципы построения сети

 

Базовые принципы определяют общие основы построения сетей связи: принцип взаимосвязанности взаимодействия сетей различных типов и назначений; принцип иерархического построения сетей; принцип разделения сетей на сети общего и ограниченного пользования; принцип устойчивого и надежного функционирования сетей; принцип соответствия международным и национальным стандартам и рекомендациям. Структурные принципы: разделение узлов и станций сетей в зависимости от назначений на классы и типы; комплексное использование различных линий и средств связи (кабельных, радио, в том числе спутниковых); построение связанной топологии первичной сети, при которой между любой парой узлов обеспечиваются три пути, проходящих по трем географически разнесенным трассам; организация кольцевых структур; соединение сетей, принадлежащих различным операторам, путем организации общих узлов и линий связи; охват сетей системами управления и мониторинга.

 

Структура первичной сети

 

Часть первичной сети, ограниченная территорией сельского района или города, называется местной первичной сетью. Часть первичной сети, охватывающая территорию зоны и обеспечивающая соединение между собой разных местных сетей внутри этой зоны, образует внутризоновую первичную сеть. Т.о., организуется связь между местными сетями в пределах зоны. Границы зоны, совпадают с границами административно-территориальной единицы. К внутризоновой сети также относятся линии передачи, территориально расположенные в пределах города, но предназначенные для организации связи через АМТС. Часть первичной сети, соединяющая между собой с помощью магистральных линий передачи различные внутризоновые сети на всей территории страны, составляет магистральную первичную сеть (см. рисунок 2.2). Сетевой узел – это комплекс технических средств, предназначенных для организации стандартных каналов передачи и групповых трактов, а также для их транзита.

 

 

Рисунок 2.2 – Структура первичной сети

 

Сетевая станция – это комплекс технических средств, предназначенных для организации стандартных каналов передачи и групповых трактов, а также для предоставления этих каналов и трактов вторичным сетям. Магистральная, внутризоновые и местные первичные сети имеют свои сетевые узлы и станции [3]. Магистральные сетевые узлы создаются на пересечениях магистральных линий передачи. Магистральные сетевые станции размещаются в пунктах окончания линии передачи магистральной первичной сети. Внутризоновые сетевые узлы находятся на пересечении внутризоновых линий передачи, а внутризоновые сетевые станции – в пунктах окончания этих линий. Местные сетевые узлы находятся на пересечении местных линий передачи. Местные сетевые станции размещаются в пунктах окончания линии передачи местной первичной сети.

 

Классификация сетей

 

По наименованию: сеть электросвязи и инфокоммуникационная сеть.

Сеть связи (или телекоммуникационная сеть) – это технологическая система, которая состоит из линий и каналов связи, узлов, оконечных станций и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью с помощью абонентских терминалов, подключаемых к оконечным станциям.

Инфокоммуникационная сеть – это технологическая система, которая включает в себя, кроме сети связи, средства хранения, обработки и поиска информации и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью и доступом к необходимой им информации. Процессы интеграции и конвергенции связи и средств информатизации будут способствовать преобразованию телекоммуникационных сетей в инфокоммуникационные сети. СТОП подразделяются на сети телекоммуникаций, определяемые:

- географически в рамках обслуживаемой территории и ресурса нумерации;

- негеографически, не связанные с определенной географически территорией в пределах РК и ресурса нумерации;

- по способу реализации предоставляемых пользователю услуг связи;

- по типу присоединяемых абонентских терминалов (фиксированные и подвижные).

Задача модернизации изменилась, основной ее целью стала пакетизация сообщений. Все это отразилось и на структурных особенностях построения СК, в которых стали появляться интегрированные точки присутствия Интернета (IРОР), в том числе и с реализацией функций VoIP. По функциональному признаку сети ЕСТ – это сети доступа и транспортные сети. Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции переноса потоков сообщений от их источников из одной сети доступа к получателям сообщений другой сети доступа путем распределения этих потоков между сетями доступа. Сетью доступа сети связи является та ее часть, которая связывает источник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной сетью. По территориальному делению сети разделяются на:

- магистральную сеть (сеть, связывающая между собой узлы областных центров связи и центральные узлы связи РК). Эта сеть обеспечивает транзит потоков сообщений между зоновыми сетями и связанность ЕСТРК, зоновые (или региональные) сети (сеть связи, образуемые в пределах территории одного или нескольких регионов РК);

- местные сети (сеть связи, образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территории и не относящиеся к региональным сетям связи);

- международную сеть – сеть общего пользования, присоединенную к сетям связи иностранных государств.

По кодам нумерации сети разделяются на два класса:

- сети кода ABC – это фиксированные сети связи, охватывающие территорию 8-миллионной зоны нумерации ABC географически определенной территории;

- сети кода DEF – это сети подвижной связи, территориально разнесенные сети, которые объединяются кодом DEF.

По организационно-техническому построению магистральные сети ЕСТРК разделяются на два класса:

- магистральные сети I класса – сети, которые удовлетворяют всем организационно-техническим требованиям ЕСТРК в части обеспечения устойчивости и живучести сети, защищенности от информационных угроз;

- магистральные сети II класса – сети, не полностью удовлетворяющие этим требованиям.

По числу служб электросвязи сети бывают:

- моносервисные, предназначенные для организации одной службы электросвязи (например, радиовещания);

- мультисервисные, предназначенные для организации двух и более служб электросвязи (например, телефонной, факсимильной и мультимедийных служб).

По видам коммутации вторичные сети разделяются на:

- некоммутируемые;

- коммутируемые – с КК, КС, КП.

По характеру среды распространения сети разделяются на проводные, радиосети и смешанные.

Радиосети разделяются на спутниковые и наземные. СТОП различаются по доле участия оператора в обслуживании абонентов на определенной территории:

- сеть оператора связи, занимающего существенное положение (имеет более 25 % монтированной емкости коммутации или пропускает более 25 % трафика);

- сети других операторов.

Лекция 3. Принципы построения городских сетей  телекоммуникаций

 

С учетом имеющихся технических средств коммутации предусматриваются следующие разновидности структуры ГТС: нерайонированные телефонные сети, имеющие одну АТС; районированные телефонные сети (без узлообразования), в которых имеется несколько районных АТС (РАТС), связанных между собой пучками соединительных линий по принципу «каждая с каждой»; районированные телефонные сети с узлами входящего сообщения, содержащие несколько узловых районов; РАТС одного узлового района могут быть соединены между собой по принципу «каждая с каждой» (узловой район 1) или связываться через УВС своего узлового района (узловой район 2). Причем станции координатной, квазиэлектронной и электронной систем допускают наличие одновременно двух названных вариантов внутриузловой межстанционной связи; РАТС одного узлового района связываются с РАТС других узловых районов через УВС этих других узловых районов; возможна организация путей от координатных, квазиэлектронных и электронных к РАТС других узловых районов, минуя УВС.

Связь между двумя любыми станциями ГТС может осуществляться разным путям: прямой путь, который проходят по одному пучку межстанционных линий, непосредственно связывающих одну АТС со второй; один или несколько транзитных путей, каждый из которых проходит последовательно по двум или более пучкам соединительных линий с использованием узлового коммутационного оборудования ГТС. При наличии между двумя АТС двух и более возможных путей один из этих путей является основным, а остальные – обходными. Вызовы, возникшие на одной АТС и требующие связи с другой АТС, направляются, в первую очередь, по основному пути. Вызовы, не получившие связи по основному пути из-за отсутствия в нем свободных и доступных линий, образуют избыточную нагрузку этого пути, которая направляется к станции назначения по обходному пути. Возможности организации прямых путей и выбор схемы организаций основных и обходных путей определяется структурой сети, техническими характеристиками применяемого КО. При построении ГТС необходимо учитывать:

- большую емкость вновь устанавливаемых станций;

- возможность организации любого количества направлений;

- возможность организации в сети развитой системы обходных путей;

- возможность организации полнодоступных пучков линий любой емкости. 

 

Принципы построения сельских телефонных сетей

 

На СТС предусматривается радиальное построение (одноступенчатая схема) и радиально-узловое построение (одно- и двухступенчатая схема) с возможностью использования прямых и обходных путей. В соответствии с указанными принципами построения СТС на ней используются: центральная станция (ЦС), расположенная в районном центре, выполняющая  одновременно функции телефонной станции райцентра и транзитного узла СТС. В ЦС включаются соединительные линии (СЛ) от оконечных станций (ОС) при радиальном построении или от ОС и узловых станций (УС) при радиально-узловом построении; через ЦС осуществляется связь с АМТС. Одноступенчатая схема построения СТС по сравнению с двухступенчатой упрощает станционное оборудование, повышает надежность Применение одноступенчатой схемы зависит от плотности населения и расстояниями между населенными пунктами. Двухступенчатое построение СТС допускается применять только при условии технико-экономической целесообразности. УС и ЦС должны обеспечивать четырехпроводный транзит. Емкость ЦС может быть в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч номеров. Емкость ОС и УС может быть от пятидесяти до нескольких тысяч номеров. С целью повышения надежности и живучести связи, увеличения пропускной способности СЛ, лучшего использования КО и борьбы с перегрузками следует применять прямые и обходные пути. При организации автоматической междугородной и внутризоновой связи допускается сохранение на ЦС, УС и ОС действующих координатных станций при условии установки на них аппаратуры АОН. На СТС в отличие от ГТС возможно несколько переходов аналог-цифра-аналог и допустимы случаи, когда между цифровыми станциями нет «сквозного» стандартного тракта ИКМ или они подключаются к СТС с использованием аналоговых интерфейсов. Допускается построение СТС по радиально-узловому принципу с использованием станций в качестве УС и ЦС. В этом случае возможна организация прямых путей высокого использования между разными УС с обходным путем через ЦС. На СТС могут применяться СЛ двухстороннего и одностороннего использования, как правило, одна и та же для местной и для междугородной связи. Выбор типа пучка линий (одностороннего или двухстороннего использования), а также решение вопроса о применении раздельных пучков линий для местной и междугородной связи определяется технико-экономическими соображениями. На СТС должна предусматриваться возможность связи абонентов со справочными, заказными и экстренными службами. В райцентре с нерайонированной телефонной сетью узел спецсвязи (УСС) организуется непосредственно на ЦС. Связь с экстренными службами, включенными в ЦС, УС или ОС, должна обеспечиваться для всех абонентов СТС, включая внутрипроизводственных абонентов УС и ОС, не имеющих права выхода на сеть ЕСТ.

Принцип построения местных комбинированных сетей

 

В случае, когда райцентр или крупный город (областной или республиканский центр), дающий районированную ГТС, является одновременно центром сельского административного района, ГТС и СТС образуют единую комбинированную телефонную сеть (КТС). При этом на ГТС должна предусматриваться организация транзитного узла исходящего и входящего сообщения сельско-пригородной связи (УСП) или ЦС, через которые может осуществляться связь между станциями СТС, станций СТС со станциями ГТС, а также исходящая и входящая связь абонентов СТС. В зависимости от емкости и структуры ГТС, а также от типов используемых АТС, возможны различные способы построения КТС. Если город имеет районированную сеть без узлообразования, и суммарная емкость комбинированной сети не превышает 80 000 номеров, то на этой сети могут быть организованы УСП или ЦС, в которые включатся сельские станции. РАТС к УСП (ЦС) связываются друг с другом по принципу «каждая с каждой» АТС пригородов и в зависимости от местных условий могут включаться в ГТС либо непосредственно на правах РАТС или учережденческих станций, либо через УСП (ЦС). Выбор типа оборудования должен производиться с расчетом, чтобы его пропускная способность была достаточной для обслуживания транзитной нагрузки [2].

 

Принципы построения внутризоновой сети

 

Внутризоновая сеть должна обеспечивать соединения станций и узлов между собой различных местных сетей одной зоны и выход их на междугородную и международную сети. На внутризоновой сети на основании технико-экономических расчетов или других соображений может быть установлена одна или несколько АМТС (из-за предполагаемого роста населенных пунктов в быстрорастущих регионах). АМТС должна устанавливаться в зоновом центре. При наличии на внутризоновой сети АМТС и ЗТУ каждая местная сеть зоны включается по ЗСЛ и СЛМ высокого качества обслуживания или в АМТС, или в ЗТУ. Выход абонентов местных сетей, включенных в ЗТУ на междугородную или международную сети, будет осуществляться через АМТС, которая является опорной (ближайшей) для данного ЗТУ. Все соединения между станциями и узлами различных местных сетей зоны устанавливаются через АМТС по обходным путям: промежуточным (ОПП) и путям последнего выбора (ППВ). Наиболее распространенным вариантом организации внутризоновой сети является вариант с одной АМТС в зоне. В этом случае телефонные сети строятся по радиальному принципу. При наличии в зоне нескольких АМТС, внутризоновая сеть может строиться с обходами. При этом в разных городах зоны рекомендуется вариант построения сети, в которой местные сети разделены по АМТС, т.е. каждая местная сеть связана пучками ЗСЛ и СЛМ высокого качества обслуживания с опорной АМТС. Все АМТС зоны должны связываться между собой по принципу «каждая с каждой» пучками каналов высокого качества обслуживания. При размещении нескольких АМТС зоны в одном городе рекомендуется вариант построения внутризоновой сети, при котором все местные сети должны быть соединены с одной АМТС пучками СЛМ высокого качества. Каждая местная сеть включается пучками ЗСЛ, как правило, в одну АМТС. Все АМТС города должны быть связаны между собой пучками каналов высокого качества обслуживания, по которым также может осуществляться связь между служебными АТС. При организации в области двух и более зон нумерации определяющими факторами деления являются: теоретическая телефонная емкость (8 млн. номеров с учетом перспективы); экономические факторы (большая территория, особенности административного делания, конфигурация первичной сети и др.). Связь внутри городской зоны организуется по принципам местной сети, а внутри областной зоны – по принципу внутризоновой сети. Связь между городской и областной зонами организуется: из городской зоны в областную – через АМТС городской зоны и далее по СЛМ к ЦС местных сетей областной зоны; из областной зоны в городскую – от ЦС местных сетей областной зоны по выделенному пучку ЗСЛ к АМТС городской зоны. Для организации связи этих двух зон в городской зоне может быть установлена специальная областная АМТС (ОАМТС). В этом случае в ОАМТС включаются ЗСЛ местных сетей областной зоны для выхода к абонентам городской зоны. Выход абонентов городской зоны к местным сетям областной может быть организован через городскую АМТС или по ППВ через городскую и областную АМТС-ОАМТС. На местных сетях, где отсутствует АМТС, для связи всех РАТС с АМТС зоны организуется общий пучок ЗСЛ, включаемый на ГТС (КТС) в УЗСЛ или в УСЛ. Станции сельских сетей связываются с АМТС зоны по общему ЗСЛ, включаемому в ЦС или в УСП. Для связи с абонентами районированной ГТС (КТС) с узлообразованием в ГТС (КТС) организуются УВСМ, каждая из которых связывается с АМТС пучком СЛМ.

Если УВСМ обслуживает более одной группы из ста тысяч абонентов, то связь от АМТС к УВСМ может организовываться либо по одному общему пучку СЛМ, либо по отдельным пучкам СЛМ для разных стотысячных групп. Для связи с абонентами города с районированной сетью без узлообразования, на территории которого размещена АМТС, каждая РАТС связывает пучком СЛМ непосредственно с АМТС, а при отсутствии АМТС – по общему пучку СЛМ через специально организуемый в городе УВСМ. Для связи с абонентами СТС предусматривается пучок СЛМ, соединяющий АМТС с УСП ЦС). Пригородные АТС включаются в АМТС на правах РАТС или через РАТС. В тех зонах, где внедряются АТСЭ, должна предусматриваться установка АМТС, с которой АТСЭ связываются по каналам ЦСП. Для связи АТСЭ с АМТС также используются каналы цифровых систем с установкой оборудования АЦП на АМТС.

Лекция 4. Принципы построения междугородной телефонной сети

 

Междугородная телефонная сеть (МТС) должна обеспечивать соединение между собой АМТС различных зон и выход их в международную сеть. МТС строится с учетом наличия тяготения телефонного трафика, кроме того, используется принцип территориального деления, учитывающий:

- границы территории и структуру магистральной первичной сети;

- административное деление территории РК;

- технико-экономические показатели.

Международную и междугородную связь можно представить, как сеть первого и второго уровня. На втором уровне обеспечивается междугородная связь между АМТС в зависимости от построения сети (каждая с каждой; радиальная; радиально-узловая; комбинированная) с использованием обходных путей через МТУ. На сети первого уровня обеспечивается международная связь по радиальному построению сети через МЦК, то есть все АМТС должны иметь прямые каналы на МЦК. Сеть построена таким образом, что происходит наложение сети первого уровня на сеть второго, и КС МЦК, МТУ одновременно выполняют функции МЦК и транзитных узлов. МТС строится с обходами, т.е. с организацией между АМТС прямых путей на базе пучков каналов высокого использования и со сбором избыточной нагрузки на ОПП и ППВ. Все участки ППВ содержат пучки каналов высокого качества обслуживания, рассчитываемые с вероятностью потерь 0,01. ОПП содержат пучки каналов высокого использования и высокого качества. Прямые пути между двумя АМТС организуются при наличии достаточного тяготения и обслуживают большую часть нагрузки. Величина нагрузки, которую целесообразно направлять по прямым путям, определяется технико-экономическим расчетом, учитывающим стоимость каналов и КО, а также использование каналов в пучках прямых и обходных путей. Не обслуженная прямыми путями избыточная нагрузка направляется на обходные пути. Последним по выбору обходным путём является ППВ.

 

Стратегия построения цифровой сети

 

Полная модернизация сразу всей сети за один шаг является практически не реальной задачей, так как для этого потребовалось бы огромные первоначальные затраты. В большинстве стан процесс перехода от аналоговой телефонной сети к цифровой длится несколько десятков лет. Стратегии построения: стратегия островов; стратегия наложения; прагматическая стратегия. Для стратегии островов характерно то, что все существующие аналоговые системы поэтапно заменяются на цифровые в пределах ограниченных географических областей, называемых цифровыми островами. Затем острова цифровой сети постепенно объединяются, образуя единую цифровую сеть. Цифровые острова рекомендуется внедрять в районах с большим количеством устаревших телефонных станций, срок эксплуатации которых подходит к концу, также в районах с широким использованием ЦСП. Стратегия островов может быть привлекательной также в том случае, когда телефонизированные районы разделены большими расстояниями и первоначальные затраты на модернизацию сетей верхнего уровня высоки.

Стратегия наложения направлена на создание цифровой сети, охватывающий ту же самую территорию, что и существующая аналоговая сеть. Цифровые станции соединяются между собой только цифровыми СЛ и обмениваются сигнальной информацией с помощью общеканальной системы сигнализации (ОКС №7). Сопряжение цифровой сети с существующей аналоговой сетью обеспечивается возможным числом узлов (шлюзов), выполняющих функции согласования систем сигнализации.

Для стратегии наложения и стратегия островов (каждая в отдельности), как правило, не учитывает особенности конкретного региона, поэтому на сети чаще применяется их комбинация прагматическая стратегия.

При прагматической стратегии характерно то, что в процессе развития сети ее различные участки могут модернизироваться как с использованием стратегии наложения, так и путем введения цифровых островов. Прагматические стратегии предполагают более детальный технический и экономический анализ многочисленных комбинаций стратегий островов и наложения, применяемых ко всем сегментам сети для достижения оптимального решения.

 

Построение нерайонированной цифровой ГТС

 

При цифровизации телефонной сети небольших городов, номерная емкость которых на перспективу 5..10 лет не превысит 100 тыс. абонентов, целесообразно строить нерайонированную цифровую ГТС. Это становится возможным благодаря появлению современных цифровых АТС максимальной емкостью 100 тыс. номеров и выше [1]. В этом случае цифровизацию существующей сети целесообразно производить по принципу наложения, согласно которому объекты существующей сети (электромеханические АТС и аналоговые СЛ) дополняются либо поэтапно заменяются вновь вводимыми объектами (цифровые АТС и СЛ). Рассмотрим два случая цифровизации сети:

- цифровизация существующей нерайонированной ГТС, состоящей из одной электромеханической АТС;

- цифровизация существующей нерайонированной ГТС, где электромеханические АТС связаны между собой по принципу «каждая с каждой».

Цифровизация существующей нерайонированной ГТС может происходить по двум вариантам:

- замена единственной электромеханической АТС на цифровую коммутационную станцию, после замены старой АТС общая структура ГТС не меняется, меняется лишь абонентская сеть путем ввода концентраторов в районы, удаленные от АТС на значительное расстояние;

- включение новой цифровой АТС в существующую сеть как еще одной, с последующим удалением старой АТС в перспективе.

Модернизация существующей районированной ГТС проводится по принципу наложения и поэтапно, так как для одновременной замены всего устаревшего коммутационного оборудования требуются слишком высокие единовременные затраты. На рисунке 4.1 показана схема существующей ГТС.

 

 

Рисунок 4.1 – Аналоговая районированная ГТС без узла

 

Принцип наложения предполагает выполнение следующих условий: вновь вводимая цифровая АТС чаще располагается в одном здании с электромеханической АТС, подлежащей демонтажу немедленно или в перспективе, однако возможно ее расположение в другом здании, если на это существуют какие-либо обстоятельства; между ЦАТС образуется прозрачный цифровой канал связи без аналоговых вставок; ЦАТС с аналоговыми связываются по цифровым каналам, при этом оборудование АЦП устанавливается на стороне аналоговой АТС и образует сетевую стацию или сетевой узел, организованные на базе мультиплексорного оборудования [3].

На первом этапе цифровизации ГТС вводится новая цифровая РАТС. При этом существующая сеть сохраняет прежнюю топологию. На рисунке 4.2 представлен вариант сети после введения новой АТС на первом этапе цифровизации.

 

 

Рисунок 4.2 – Первый этап цифровизации

При этом часть абонентов РАТС2 могут переключаться (постепенно или единовременно) в ЦАТС. На втором этапе цифровизации ГТС осуществляется замена одной или более электромеханических АТС на концентраторы и/или мультиплексоры, подключаемые к цифровой коммутационной станции, а также их дополнительное введение в новых районах с низкой степенью телефонизации. На рисунке 4.3 представлен вариант второго этапа цифровизации, при котором все абоненты, ранее подключенные к РАТС2, переключаются на ЦАТС, а сама РАТС2 демонтируется.

Концентратор К1 заменяет электромеханическую РАТС, а концентратор К2 установлен в новом районе с низкой степенью телефонизации. При этом только одна коммутационная станция РАТС3 остается аналоговой.

 

 

Рисунок 4.3 – Второй этап цифровизации

 

На заключительном этапе цифровизации рассматриваемой ГТС последняя электромеханическая РАТС3 заменяется концентратором К3 и еще один концентратор К4 вводится в новом районе города (см. рисунок 4.4).

 

 

Рисунок 4.4 – Цифровая нерайонированная ГТС (полная цифровизация)

Лекция 5. Построение районированной цифровой ГТС

 

При цифровизации телефонной сети более крупных городов, ожидаемая в ближайшей перспективе номерная емкость которых лежит в ориентировочных пределах от 100 тыс. до 1-2 млн. номеров, целесообразно строить районированную цифровую ГТС с переходом на шестизначную нумерацию. При этом возможны два варианта построения районированной цифровой ГТС:

- все цифровые АТС связаны между собой по принципу «каждая с каждой» (по полносвязной схеме) без организации транзитных связей между ними;

- цифровая ГТС имеет как оконечные, так и транзитные станции.

Цифровизацию аналоговой районированной ГТС в цифровую районированную также целесообразно проводить поэтапно. На первом этапе вновь вводимая первая цифровая АТС должна быть связана со всеми РАТС существующей аналоговой сети цифровыми каналами. При этом оборудование АЦП (системы передачи ИКМ) устанавливается на стороне электромеханических станций. На втором этапе одна или несколько цифровых АТС могут как вводиться, так и заменять аналоговые АТС. При этом возможны два основных варианта взаимосвязи между АТС наложенной цифровой и существующей аналоговой сети:

- организация прямых пучков СЛ между каждой цифровой и каждой аналоговой АТС по полносвязной схеме;

- использование первой АТС в качестве транзитной для связи вновь вводимых цифровых станций с аналоговыми станциями на ГТС.

На рисунке 5.1 представлен вариант сети на втором этапе цифровизации, при которой в дополнение к первой цифровой РАТС12 вновь введена цифровая РАТС14 [3].

 

 

Рисунок 5.1 – Цифровая районированной ГТС после второго этапа

цифровизации

Следует отметить, что произошел переход сети на шестизначную нумерацию с ожиданием значительного увеличения абонентской емкости ГТС. К цифровым РАТС12 и РАТС14 подключаются выносные концентраторы, установленные в удаленных зонах с низкой степенью телефонизации.

При полносвязной схеме взаимодействия наложенной  и существующей сетей организуются цифровые СЛ между каждой АТС с установкой АЦП на стороне аналоговых АТС.

Заключительным этапом цифровизации является замена всех электромеханических АТС на цифровые и их соединение по принципу «каждая с каждой». При этом введена еще одна цифровая РАТС, обслуживающая абонентов не только ранее подключенных к РАТС11, но и абонентов в районах с низкой степенью телефонизации или интенсивным строительством жилых и производственных зданий. На рисунке 5.2 цифровым РАТС поставлены в соответствие двухзначные числа. Первая цифра определяет код стотысячной группы, а вторая – код десятитысячной группы номерной емкости ГТС [1].

 

 

Рисунок 5.2 – Цифровая районированной ГТС (полная цифровизация)

 

После полной цифровизации ГТС с ростом номерной емкости и обслуживаемой территории сеть продолжает развиваться путем наращивания емкости существующих цифровых АТС введения новых.

 

Цифровизация аналоговой районированной ГТС с УВС

 

При внедрении ЦКС на существующей ГТС с УВС вместо одного или нескольких узловых районов аналоговой ГТС организуется отдельный сто-, двухсоттысячный и т.д. узловой район наложенной цифровой сети, для которого выделяются отдельные стотысячные индексы из резервной номерной емкости. Этот новый узловой район и будет являться базой для создания наложенной сети.

Территории ранее существовавших и вновь организуемого узлового района могут взаимно перекрываться. На большой территории может оказаться целесообразным создание нескольких новых узловых районов.

Структура сети на момент установки первой цифровой АТС представлена на рисунке 5.3. Пусть первой цифровой АТС выделен индекс 13 и она выполняет следующие функции:

- опорной (оконечной) станции для включенных в нее абонентов;

- УВС нового узлового района для четырех аналоговых АТС существующей сети;

- УИС нового узлового района.

 

 

Рисунок 5.3 – Аналоговая районированная ГТС после установки первой

цифровой АТС (ОТС-13)

 

Помимо этих функций, новая АТС может также выполнять роль УВСМ и УЗСЛ. Цифровая АТС, одновременно выполняющая функции оконечной станции и узла, называется опорно-транзитной станцией (ОТС). Цифровая  ОТС-13 связывается со всеми аналоговыми РАТС существующей ГТС цифровыми трактами с установкой аналого-цифрового оборудования на стороне электромеханических станций.

Предположим, что на следующем этапе модернизации сети вводятся еще две цифровые станции, заменяющие аналоговые УВС и РАТС 2-го и 3-го узлов (см. рисунок 5.4).

Кроме того, к ОТС-13 дополнительно переключается десятитысячная группа абонентов аналоговой РАТС12, которая демонтируется. Цифровые коммутационные станции должны связываться между собой цифровыми трактами по принципу «каждая с каждой».

 

 

Рисунок 5.4 – Аналоговая районированная ГТС после установки

дополнительных цифровых АТС

 

Наложенная цифровая сеть может взаимодействовать с существующими аналоговыми РАТС по трем основным вариантам:

- первая из введенных ЦКС выполняет роль ОТС или чисто транзитной станции (без абонентской нагрузки) для связи с существующей аналоговой сетью, а остальные – функции опорных станций (без транзита);

- все вновь вводимые ЦКС выполняют функции ОТС и взаимодействуют с существующей аналоговой сетью;

- часть вновь вводимых ЦКС выполняют функции ОТС и взаимодействуют с существующей аналоговой сетью (сочетание первого и второго вариантов).

На рисунке 5.4 представлен третий вариант, в котором ОТС12, 13 и ОТС21, 22 обеспечивают взаимодействие ОТС31, 32 с существующей аналоговой сетью. Станции ОТС31, 32 на этом этапе не выполняет функции транзита. Предположим, что на этом этапе аналоговыми остаются УВС и РАТС четвертого узла, а также РАТС11. Вариант окончательной фазы цифровизации районированной аналоговой ГТС с узлами УВС, представлен на рисунке 5.5 (соединение ЦАТС по принципу «каждая с каждой»).

 

 

Рисунок 5.5 – Аналоговая районированная ГТС после заключительной

фазы цифровизации

Лекция 6. Цифровые каналы

 

Спрос на телекоммуникационные услуги, которые предоставляют операторы связи разного уровня (местные, региональные, национальные и т.д.) постоянно возрастает. Качество предоставляемых услуг напрямую зависит от уровня технической оснащенности оператора связи, и во многом определяется тем, какие каналы связи используются для передачи информационных потоков. Тенденция последних лет - переход на цифровые системы связи.

Что такое канал связи? Канал связи организуется между приемником и передатчиком для передачи сигналов различной природы (голос, факсимильные сообщения, данные и пр.) по линиям связи, которые являются физической средой направляющей распространение сигнала. Основные характеристики канала связи — ширина полосы пропускания и уровень допустимых искажений сигнала, которые и определяют емкость канала связи (количество информации, передаваемой в единицу времени) По типу передаваемого сигнала различают аналоговые и цифровые каналы.

Аналоговый сигнал имеет, как правило, очень сложную форму как во времени, так и в пространстве и математически может быть представлен как сумма синусоидальных сигналов с различными амплитудами и частотами.

Цифровой сигнал – последовательность импульсов с дискретным набором уровней сигнала (обычно не более трех) и заданной частотой следования [4].

По сравнению с аналоговыми, цифровые методы передачи имеют ряд преимуществ среди которых:

- высокая помехоустойчивость;

- слабая зависимость качества передачи от длины линии связи, так как искажения передаваемых сигналов при регенерации оказываются ничтожными (стабильность электрических параметров каналов связи);

- возможность построения цифровых сетей связи на базе оборудования, имеющего высокую степень унификации узлов, реализованных на цифровых интегральных схемах, в которых передача, транзит и коммутация сигналов, осуществляется в цифровой форме;

- высокая эффективность при передаче данных.

Однако начало использования цифровых каналов связано не с передачей данных, а с внедрением систем цифровой телефонии, используемых для передачи голоса. Поэтому структура и характеристики этих каналов тесно связаны с технологиями передачи голоса и их появление было связано с желанием устранить недостатки, присущие каналам тональной частоты (ТЧ), которые повсеместно использовались в системах телефонной связи.

Требования, которые предъявлялись к каналам ТЧ, при их стандартизации это прежде всего обеспечение качественной передачи голосовых сообщений. Так, для передаваемого речевого сигнала была установлена полоса частот в диапазоне от 300 до 3400 Гц, что соответствовало 90% уровню разборчивости слов и 99% уровню разборчивости фраз, при этом сохранялась удовлетворительная натуральность звучания. Для организации каждого канала в первых системах телефонной связи использовались отдельные линии связи. Позднее появились технологии, позволяющие передавать по одной линии связи несколько телефонных каналов, которые получили название мультиплексирование.

Под мультиплексированием понимается объединение нескольких меньших по емкости входных каналов связи в один канал большой емкости для его передачи по одному выходному каналу связи. Такой канал часто называют агрегатным, а трафик агрегированным (объединенным) или групповым.

Существуют два метода мультиплексирования:

- мультиплексирование с частотным разделением каналов – (ЧРК)

- мультиплексирование с временным разделением каналов (ВРК).

При ЧРК полоса частоты выходного сигнала делится на некоторое число полос (подканалов), соответствующей по ширине основной полосе стандартного телефонного канала – 4 кГц. На базе ТЧ каналов стандартизированы различные групповые тракты, среди них первичный К-12 (12 каналов, 60 – 180 кГц), вторичный К-60 (60 каналов, 312 – 552 кГц), третичный К-300 (300 каналов, 812 – 2044 кГц).

Оборудования, построенные на основе мультиплексирования с частотным разделением каналов, сложные в реализации и настройке.

Внедрение систем цифровой телефонии вызвало необходимость представления аналогового сигнала в цифровой форме. Метод, принятый связистами для преобразования аналогового сигнала в цифровой, носит название ИКМ (импульсно-кодовая модуляция). Суть этого метода состоит сначала в дискретизации аналогового сигнала, когда он представляется в виде последовательности отсчетов уровня сигнала взятых периодически с определенной частотой (частотой дискретизации), и последующем квантовании, когда каждому отсчету ставится в соответствие численное значение. Частота дискретизации должна быть такой, чтобы на приемном конце канала можно было восстановить исходный сигнал. Для сигнала с ограниченным спектром, согласно теореме Котельникова – Найквиста, это возможно, если частота дискретизации не менее чем в два раза превышает максимальную частоту в спектре сигнала. Так, при аналого-цифровом преобразовании (АЦП) стандартного телефонного сигнала, спектр которого ограничен частотой в 4кГц, частота дискретизации равна 8 кГц, а численное значение каждой выборки представляют в виде 8 бит двоичного кода. Поэтому для передачи стандартного телефонного сигнала организуется цифровой канал, скорость передачи данных в котором равна 8 кГц х 8 бит = 64 кбит/сек. Этот канал называется основной цифровой канал (ОЦК) или DS0 (Digital Signal level zero), является тем строительным «кирпичиком», на базе которого создаются более мощные цифровые системы передачи (ЦСП), емкость которых измеряется числом DS0, содержащихся в них.

Двоичные последовательности при посылке в линию связи кодируются последовательностью импульсов и пауз. Передача этих последовательностей в линию связи или их считывание в приемо-передающих устройствах привязано к тактовым импульсам, которые вырабатывают тактовые генераторы этих устройств. Для того чтобы битовые последовательности считывались на принимающем конце без ошибок, тактовые генераторы приемника и передатчика должны быть синхронизированы (в этом случае говорят о тактовой синхронизации между устройствами). Тактовый сигнал, используемый для синхронизации, может быть получен из отдельного источника, либо выделен из передаваемого информационного сигнала. С этой целью, а также с целью уменьшить влияние искажений при передаче через линию связи применяют особые методы кодирования данных в канале связи.

В настоящее время существуют порядка десяти способов преобразования аналогового сигнала в цифровую форму, однако в настоящее время широкое распространение получили 4 способа:

- ИКМ с компандированием;

- адаптивная дельта-модуляция (АДМ);

- модуляция для мобильной связи (Европейский стандарт - GSM);

- модуляция для мобильной связи (Американский стандарт – CELP).

В подавляющем большинстве цифровых станций, производимых в мире, используется ИКМ с компандированием. Компандирование это третий этап в преобразовании сигналов в форму ИКМ.

 

Мультиплексирование с временным разделением каналов

 

В цифровых системах связи для передачи нескольких цифровых сигналов по одной линии связи так же, как и в аналоговых системах, применяется мультиплексирование, но используется несколько иной метод, называемый мультиплексированием с временным разделением каналов (см. рисунок 6.1). В англоязычной литературе эквивалентный термин — Time Division Multiplexing (TDM).

Схематично эта процедура выглядит так: на вход мультиплексора подается n двоичных последовательностей, мультиплексор поочередно отбирает из этих входных каналов заданную последовательность бит, составляя из них выходную последовательность. Непрерывную последовательность бит в выходном потоке, принадлежащую определенному входному каналу, называют канальным интервалом (КИ). На практике чаще используется схемы мультиплексирования с байт-интерливингом, когда КИ состоит из 8 бит, либо с бит-интерливингом, когда на выход последовательно коммутируется по одному биту из каждого канала.

 

Рисунок 6.1 - Схема мультиплексирования с ВРК

 

Для того чтобы демультиплексировать полученную последовательность, на принимающем конце линии связи тактовой синхронизации недостаточно, так как в получаемом потоке бит необходимо еще привязаться к началу первого КИ. С этой целью при формировании уплотненного потока в него с определенной периодичностью вставляют фиксированную битовую последовательность, которая вместе с группой канальных интервалов, следующих за ней и содержащих равное количество интервалов из каждого входного потока, образует кадр или фрейм (цикл)

Выделяя эту битовую последовательность, принимающая аппаратура может привязаться к началу каждого кадра в последовательности бит. Такой вид синхронизации называют кадровой или цикловой синхронизацией. Часто в цифровых системах несколько кадров объединяют в структуру, называемую сверхкадром (или сверхциклом). Для правильного приема таких структур, кроме тактовой и кадровой синхронизаций, необходима еще и сверхкадровая синхронизация [4]. Первая система передачи голоса, использующая ИКМ и мультиплексирование с ВРК, была установлена в 1957 году компанией Bell System. В одном канале было объединено 24 цифровых потока по 64 кбит/с, что с учетом бита для кадровой синхронизации и частоте следования кадров 8 кГц дало цифровой поток со скоростью 24х64 + 8=1544 кбит/с, который в дальнейшем был стандартизирован и теперь известен как канал DS1 (Digital Signal level one) или Т1. В Европе в качестве стандартной была принята иная схема объединения каналов DS0 в первичный цифровой канал (Е1). Канал Е1 объединяет 32 канала DS0, один из которых используется для кадровой синхронизации, другой – для  передачи сигнализации. Кадр этого потока состоит из 32 ВИ по 8 бит каждый. Частота следования кадров 8 кГц, что дает скорость потока 32х8х8=2048 кбит/с. Кадры потока Е1 объединяются в сверхкадр. Количество кадров в сверхкадре зависит от типа используемой в потоке Е1 сигнализации. Под сигнализацией здесь понимается информация, необходимая сетевым элементам, для выполнения их функций, например, установка и отбой телефонных соединений.

Лекция 7. Плезиохронная цифровая иерархия

 

Метод мультиплексирования с разделением по времени может быть применен и для первичных цифровых каналов Е1 или Т1. Несколько таких каналов могут быть объединены в один  канал с более высокой скоростью передачи в так называемый вторичный цифровой канал. Несколько вторичных каналов, аналогичным образом, могут быть объединены в еще более высокоскоростной третичный канал и т.д. Таким образом, можно сформировать различные иерархические наборы скоростей передачи, в зависимости от количества цифровых потоков, подаваемых на вход мультиплексора на каждом этапе мультиплексирования. Наибольшее распространение получили две иерархии: Североамериканская и Европейская; в таблице 7.1 представлены скоростные ряды и схемы мультиплексирования для каждой из иерархий. Скорости цифровых потоков одной и той же ступени иерархии, которые образованы ЦСП, расположенными на различных узлах сети и имеющие независимые источники синхронизации, могут несколько отличаться в пределах допустимой нестабильности тактовых генераторов.

 

Таблица 7.1 - Плезиохронная цифровая иерархия

 

Так как эта нестабильность невелика, то объединяемые потоки называют плезиохронными («почти синхронными»), а иерархию цифровых систем на основе объединения плезиохронных потоков называют плезиохронной цифровой иерархией (Plesiochronous Digital Hierarchy – PDH). Для объединения таких потоков используется схема мультиплексирования с бит-интерливингом, а для выравнивания скоростей, через несколько тысяч бит, когда расхождения накапливаются, используется либо вставка бит (стаффинг), либо исключение бит («исключенные» биты передают в битах служебной информации). Этот процесс называется согласованием скоростей. Для того чтобы правильно демультиплексировать такой поток, кроме синхронизирующей последовательности бит, он содержит дополнительные служебные биты, в которых передается информация о согласовании скоростей. Так, в канале Е2 количество служебной информации (вместе с синхронизирующей последовательностью) составляет 32 бита на кадр, частота следования кадров как и у Е1 – 8 кГц, что дает результирующую скорость потока  2048х4+32х8=8448 кбит/сек, Е3 содержит 36 бит служебной информации, но частота следования кадров у него 16 кГц, что в два раза выше, чем у Е1 или Е2, поэтому его скорость равна 8448х4+36х16=34368 кбит/сек, у Е4 частота следования кадров 64 кГц, служебных бит 28, что дает 34368х4+28х64=139264 кбит/сек.  Для стыковки элементов цифровых сетей необходимо наличие в них стандартных интерфейсов, регламентирующих назначение, разводку сигналов, их характеристики. Наиболее известные интерфейсы, используемые для стыковки цифровой аппаратуры – RS-232, X.21, V.35. В системах PDH используется интерфейс, физические и электрические характеристики которого описаны в рекомендации ITU-T G.703. G.703 включает характеристики интерфейсов для скоростей, соответствующих каналу DS0 и цифровым иерархиям: американской и европейской. G.703 регламентирует более десятка параметров такие, как тип линейного кодирования, амплитуды импульса и паузы, форма импульса, тип используемой пары (коаксиальная или симметричная), нагрузочный импеданс и др. Так, для скорости 64 кбит/сек стандартом определено три типа организации взаимодействия между терминальными устройствами: сонаправленный (оба терминала равноправны, информационный и тактовый сигнал направлены в одну сторону), разнонаправленный (один терминал управляющий, другой подчиненный, тактовый сигнал направлен от управляющего терминала к подчиненному), интерфейс с центральным тактовым генератором (терминалы получают тактовые сигналы от внешнего источника). В таблице 7.2 приведены некоторые характеристики G.703 для европейских систем PDH.

 

Таблица 7.2 - Характеристики G.703

 

Отметим, что для сигналов со скоростями nx64 кбит/сек (n=2, 3, … , 31), передаваемых через оборудование PDH, характеристики интерфейса те же, что и у интерфейса для 2048 кбит/сек. В отличие от более поздней SDH, для PDH характерно поэтапное мультиплексирование потоков, так как потоки более высокого уровня собираются методом чередования бит. То есть, чтобы вставить первичный поток в третичный, необходимо сначала демультиплексировать третичный до вторичных, затем вторичный до первичных, и только после этого будет возможность произвести сборку потоков заново. Если учесть, что при сборке потоков более высокого уровня добавляются дополнительные биты выравнивания скоростей, служебные каналы связи и прочая неполезная нагрузка, то процесс терминирования потоков низкого уровня превращается в сложную процедуру, требующую сложных аппаратных решений. Таким образом, к недостаткам PDH можно отнести: затрудненный ввод/вывод цифровых потоков промежуточных функций, отсутствие средств автоматического сетевого контроля и управления, а также наличие различных иерархий.

 

Синхронная цифровая иерархия

 

Системы PDH стали применяться не только для организации телефонных каналов, но и для ПД. Однако наличие в PDH потоках выравнивающих битов, делает невозможным прямое извлечение из потока, составляющих его компонентов. Понятно, что использование систем PDH в СПД, требует большого количества мультиплексоров, что значительно удорожает сеть и усложняет ее эксплуатацию. Этот недостаток можно устранить, если объединяемые потоки будут синхронными, для чего оборудование этих сетей должно использовать синхронизацию от одного высокоточного источника.

В 80-х г. были разработаны стандарты (ITU-T G.707, G.708, G.709) на иерархию синхронной оптической сети SONET в США и в Европе на СЦИ SDH для использования на ВОЛС, а также стандарты на соответствующие интерфейсы, необходимые для стыковки оборудования [5].

В сетях SDH (SONET), используются синхронные схемы передачи с байт-интерливингом при мультиплексировании. В качестве формата основного сигнала первого уровня в иерархии SDH был принят синхронный транспортный модуль STM-1, скорость передачи которого 155.52 Мбит/сек. Мультиплексирование с коэффициентом кратности 4 дает следующий ряд скоростей SDH иерархии: STM-4, STM-16, STM-64 или соответственно 622.08, 2488.32, 9953.28 Мбит/сек.

Ряд скоростей SONET начинается с сигнала ОС-1, имеющего скорость 51,84 Мбит/сек, а далее сигналы ОС-3, ОС-12, ОС-48 и т.д. совпадают по скорости с STM-1, STM-4, STM-64 и т.д. Выбор скорости 155.52 Мбит/сек для STM-1 (или 51.84 для ОС-1) был неслучаен. Это было сделано при разработке стандартов SONET/SDH для «примирения» американской и европейской систем PDH и позволило мультиплексировать потоки, как одной, так и другой иерархий в STM-1. Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться как каскадное: 4xSTM-1 = STM-4, 4xSTM-4 = STM-16, 4xSTM-16 = STM-64, так и непосредственное: 4x STM-1 = STM-4, 16x STM-1 = STM-16, 64x STM-1 = STM-64. Кадр STM-1 имеет 2430 байт и представляется в виде матрицы размером в 9 строк и 270 столбцов (см. рисунок 7.1). Первые 9 столбцов составляют байты секционного заголовка (Section Оverhead – SOH), которые содержат байты служебных каналов, индикации ошибок передачи, управления синхронизацией, идентификации наличия STM-1 в кадре STM-N, а также указатель на начало административного блока в поле полезной нагрузки, в котором размещаются виртуальные контейнеры четвертого или третьего уровней. Поле полезной нагрузки состоит из 261 столбцов. Частота следования кадров STM-1 равна 8 кГц, получаем скорость полезной нагрузки 9х261х8х8 = 150336 кбит/сек.

 

 

Рисунок 7.1 - Структура STM-N

 

Синхронные сети не смогли бы получить широкого распространения, если бы они не обеспечивали поддержки скоростей PDH. Поэтому стандартами SDH определена поддержка в сетях доступа сигналов PDH. Для передачи в общем случае не синхронных PDH потоков в поле полезной нагрузки СТМ, была разработана схема мультиплексирования. По этой схеме кадры потоков PDH отображаются в контейнеры фиксированного размера С-n (C-11 для Т1, С-12 для Е1, С-31 для Е3, С-32 для Т3 и С-4 для Е4). Контейнеры С-n снабжаются маршрутными заголовками, содержащими управляющую информацию и статистику о прохождении контейнера. Такие контейнеры (снабженные РОН) получили название виртуальных контейнеров (VC) и, в зависимости от уровня соответствующего им PDH сигнала, различают VC первого, третьего и четвертого уровней. В VC третьего и четвертого порядка вместо С-n могут входить группы компонентных блоков (TUG). Для устранения несинхронности входных потоков, каждому VC приписывается указатель, содержащий информацию о положении VC в поле полезной нагрузки, VC не привязан жестко к определенному месту в поле полезной нагрузки, а может как бы «плавать» в нем (см. рис. 7.2).

 

 

Рисунок 7.2 - Схема мультиплексирования PDH сигналов в SDH

Лекция 8. Сети SDH

 

Сеть SDH, как и любая сеть, строится из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью:

- сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный для транспортировки в сети SDH - задача мультиплексирования, решаемая терминальными мультиплексорами - ТМ сети доступа;

- транспортировка агрегатных блоков по сети с возможностью ввода/вывода входных/выходных потоков - задача транспортирования, решаемая мультиплексорами ввода/вывода - ADM, логически управляющими информационным потоком в сети, а физически - потоком в физической среде, формирующей в этой сети транспортный канал;

- перегрузка VC в соответствии со схемой маршрутизации из одного сегмента сети в другой, осуществляемая в выделенных узлах сети, - задача коммутации, или кросс-коммутации, решаемая с помощью цифровых коммутаторов или кросс-коммутаторов - DXC;

- объединение нескольких однотипных потоков в распределительный узел - концентратор (или хаб);

- восстановление (регенерация) формы и амплитуды сигнала, передаваемого на большие расстояния, для компенсации его затухания - задача регенерации, решаемая с помощью регенераторов - устройств, аналогичных повторителям в LAN;

- сопряжение сети пользователя с сетью SDH - задача сопряжения, решаемая с помощью оконечного оборудования - различных согласующих, устройств, например, конверторов интерфейсов, конверторов скоростей, конверторов импедансов и т.д.

Основным функциональным модулем сетей SDH является мультиплексор, который выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными устройствами, позволяющие решать кроме задачи мультиплексирования и выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора - SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора. Выделяют два основных типа SDH мультиплексора: терминальный мультиплексор и МВВ. TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (см. рисунок 8.1). ТМ может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

 

 

Рисунок 8.1 – SMUX (ТМ или ADM)

 

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и ТМ. Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ( «восточный» и «западный») в случае выхода из строя одного из направлений. Он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Регенератор представляет собой вырожденный случай мультиплексора, имеющего один входной канал, как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода. Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15 - 40 км, для длины волны порядка 1300 нм или 40 - 80 км - для 1500 нм. Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе [3] (см. рисунок 8.2).

 

 

8.2 – МВВ в режиме внутреннего коммутатора

 

Мультиплексор имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (см. рисунок 8.3), что равносильно локальной коммутации каналов.

 

 

Рисунок 8.3 – МВВ в режиме локального коммутатора

Синхронные коммутаторы - SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и СТМ STM-N (см. рисунок 8.4).

 

 

Рисунок 8.4 – SDXC

 

Особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей. Функции: маршрутизация VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера; консолидация или объединение VC, проводимая в режиме концентратора/хаба; трансляция потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи «точка – мультиточка»; сортировка или перегруппировка VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор; доступ к VC, осуществляемый при тестировании оборудования; ввод/вывод (drop/insert) VC, осуществляемый при работе МВВ. Основные конфигурации сетей SDH это точка-точка, линейная цепь и кольцо, хотя применяются и другие топологии, например ячеистая (см. рисунок 8.5).

 

 

Рисунок 8.5 – Базовые топологии SDH сетей

 

Защитные свойства сетей SDH достигаются за счет средств контроля, переносимых в служебных байтах заголовков (SOH, POH). Один из способов - резервирование участков сети по схеме 1+1, используя разнесенные трассы для прокладки ОК. При повреждении кабеля на одном участке сети, происходит автоматическое переключение на резервный участок. Однако наиболее популярная топология - самовосстанавливающееся кольцо. При разрыве в кольце служебные байты пострадавших линий сигнализируют о невозможности прохождения трафика. В ответ на это ближайшие узлы перенаправляют потоки с поврежденного участка в обход по кольцу. Этот процесс занимает доли секунды. Для линейных сетей большой протяженности расстояние между ТМ больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания ВОК. В этом случае на маршруте между ТМ (см. рисунок 8.6) должны быть установлены, кроме мультиплексоров и проходного коммутатора, ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.

 

 

Рисунок 8.6 – Сеть SDH большой протяженности

 

Методы асинхронной передачи

 

В последнее десятилетние к передаче информации стали предъявляться более широкие требования. Одному и тому же абоненту могут быть переданы различные по характеру сообщения: движущиеся изображения (видеотелефон, видеоконференция); компьютерные данные (файлы); электронная почта; информация из системы дистанционного обучения (в том числе мультимедийная); фильмы по КТВ и др. - информация от одних источников может поступать непрерывно, от других – время от времени. Скорость поступления информации от различных источников различная. Так, речевой поток поступает со скоростью 64 кбит/с, а передача движущегося изображения требует скорости от 1,5 до 100 Мбит/с. В 1980-1990-х г. была предложена новая технология передачи, получившая название моды асинхронной передачи МАП (АТМ), которая предполагает запись любого вида информации в ячейки фиксированной длины. Ячейки содержат полезную информацию и заголовок. Для заголовка отводится 5 байт, для полезной информации – 48 байт [5]. Цифровая информация от источников сообщений заполняет ячейки. Поскольку ячейки имеют фиксированную длину, то нет необходимости отделять их друг от друга с помощью служебной информации. Если у источника отсутствует потребность в передачи информации, то передаются пустые ячейки.

Лекция 9. Основы построения ISDN

 

Традиционные аналоговые телефонные линии не позволяют получать нужные скорости при обмене информацией (например, при работе в Internet).

Переход от традиционных телефонных сетей общего пользования (ТСОП) к сетям ISDN позволяет существенно улучшить качество связи и увеличить скорость передачи данных. Принципиальное, а для потребителя и единственное отличие ISDN-канала от телефонного, состоит в способе передачи информации. В линиях ISDN вся информация (голос/данные/видео) передается в цифровой форме. Линия связи, соединяющая городскую АТС и абонента, остается той же самой. Пользоваться услугами ISDN так же просто, как и обычным телефоном или модемом. При переходе на ISDN нет надобности заменять старое аналоговое оборудование (телефоны, факсы и т.п.) на цифровое. Через специальные устройства аналоговое оборудование можно подключить к сети ISDN [5]. В 1990-1992 годах практически все экономически развитые страны мира приступили к коммерческой эксплуатации У-ЦСИС. ЦСИС – результат эволюции сетей передачи данных и интегральной цифровой сети связи (ИЦСС).

В такой сети информация пользователей передавалась в цифровой форме только по цифровым трактам между станциями и узлами и в коммутационном поле, в то время как абонентские линии оставались аналоговыми. На рисунке 9.1 приведена схема телефонной ИЦСС. В ИЦСС цифровой поток не доводился до абонентского пункта.

 

 

Рисунок 9.1 – Структурная схема телефонной ИЦСС

 

Эта сеть поддерживала два вида служб: телефонную и передачу данных. Для каждого вида служб необходим свой интерфейс с сетью. Многофункциональный терминал на такой сети неэффективен из-за большой сложности. Абоненту не предоставляется стандартный цифровой стык для подключения оконечных терминалов различных служб. Для перехода от ИЦСС к ЦСИС необходимо выполнить целый комплекс требований, вытекающих из особенностей каждой из служб, поддерживаемых сетью. Служба телефонной связи обслуживает речевой трафик. Особенность его состоит в том, что информация передается в любой момент времени по каналу одном направлении. При передаче речевой информации недопустимы задержки, превышающие 25 мс. Поэтому использование методов коммутации пакетов при передаче речевой информации в ЦСИС приводит к необходимости ужесточения требований к абсолютной величине задержки и колебаниям задержки при передаче сигналов, по сравнению с соответствующими требованиями, предъявляемыми к сети при передаче данных. Положительной чертой речевого трафика является его относительная устойчивость к потере части сообщения при передаче по сети.

Особенность трафика данных состоит в малой чувствительности к абсолютной величине задержки и в большой чувствительности к потере части сообщения из-за блокировок в сети. Под блокировкой при пакетной передаче понимают потерю части пакетов в сети, что приводит к выпадению отдельных кадров (или групп кадров) из сообщения. Основные характеристики ЦСИС. Возможности передачи речевой информации и данных в ЦСИС определяется чувствительностью к задержке, чувствительностью к искажениям, чувствительностью к потере части сообщения (блокировке). Под чувствительностью к задержке при передачи речевой информации в пакетной форме понимают критичность к запаздыванию сообщений, когда возникают трудности понимания между партнерами. В рекомендации G.144 МККТТ максимальное время прохождения сигнала для одного направления передачи ограничено величиной 240 мс. Речевые сообщения относительно мало чувствительны к блокировке (благодаря возможности переспроса неправильно понятого сообщения). Блокировки при передаче данных существенно влияют на качество связи, так как при отсутствии информационной избыточности полученное сообщение с потерянными кадрами может быть полностью искажено. Цифровой сетью называют сеть электросвязи, в которой информация передается (по абонентским и соединительным линиям) и коммутируется (на станциях и узлах) в цифровой форме. Цифровой сетью интегрального обслуживания называют такую цифровую сеть, которая поддерживает множество служб электросвязи. Под интеграцией обслуживания (служб) понимают объединение нескольких служб (речи, данных, изображений и др.), поддерживаемых одной сетью. Понятия ИЦСС и ЦСИО имеют много общего, но не совпадают. Такие различия в названии сетей, каждая из которых поддерживает несколько служб, вызваны их особенностями. Так, в ИЦСС объединяющими (интегрирующими) являются временное разделение каналов в каналообразующем и коммутационном оборудовании и элементная база коммутации и управления, а в У-ЦСИС, кроме этого, происходит интеграция способов коммутации (КК и КП) и ряда служб, поддерживавшихся ранее другими сетями.

 

У-ЦСИС

 

ЦСИС обеспечивает для передачи данных скорость 64 кбит/с, что является вполне достаточным для большинства служб, такой тип ЦСИС иногда называют узкополосной.

Особенности ЦСИС, отличающие ее от других сетей:

- возможность передачи информации в цифровой форме от одного терминала до другого;

- предоставление широкого спектра услуг (видов сервиса), включающего передачу речевой и неречевой информации;

- возможность подключения разнообразных терминалов к сети с помощью многоцелевых стандартных согласующих устройств (интерфейсов) «пользователь-сеть»;

- обеспечение централизованной сигнализации (по общему каналу) с высокой скоростью и верностью;

- обеспечение любого из требуемых способов коммутации (коммутации каналов или пакетов);

- обеспечение цифрового транспортного соединения между терминалами оконечных абонентских пунктов;

- предоставление пользователям доступа к большому числу речевых и неречевых служб через общую абонентскую линию;

- предоставление пользователям доступа к сети через небольшое число стандартных многоцелевых интерфейсов [5].

В состав У-ЦСИС должны входить три вида специализированных сетей (см. рисунок 9.2): сеть с коммутацией каналов (КК); сеть с коммутацией пакетов (КП); сеть сигнализации (СС).

 

 

Рисунок 9.2 – Структурный состав ЦСИC

 

Согласно определению ITU, ISDN представляет собой набор стандартных интерфейсов для цифровой сети связи. По своей сути, ISDN – это цифровой вариант аналоговых телефонных линий с коммутацией цифровых потоков. Требования, предъявляемые к ЦСИС:

- установление связи различных служб к одному абоненту по одной абонентской линии, имеющий один номер;

- в перспективе передачу любого вида информации (представленной изначально в аналоговой или дискретной форме) с помощью одного многофункционального терминала;

- возможность одновременно передавать информацию различных видов;

- повышение качества передачи информации (по сравнению с качеством передачи на существующих сетях);

- более эффективное использование каналов и линий сети;

- возможность передачи информации с помощью стартстопных, синхронных и пакетных установок;

- установление соединения для передачи данных (в режиме коммутации каналов) не более чем за 1 с;

- доставку сообщения не более чем за 10 с;

- разъединение соединения не более чем за 10 с;

- коэффициент ошибок не должен превышать 10^-6;

- предоставление по требованию пользователя широкого круга дополнительных видов обслуживания (ДВО);

- абоненту должны передаваться любые необходимые сигналы, оповещающие его о фазе соединения или об отклонении процессов установления соединения от нормы;

- возможность расширения обслуживания на подвижные объекты;

- возможность расширения служб и ввода новых видов информации.

Узкополосные ЦСИО имеют следующие достоинства:

- высокая скорость передачи информации (до 64 кбит/с) для большинства служб нетелефонного типа;

- предоставление абонентам возможности пользоваться многофункциональным терминалом, подключенным к одной линии и имеющим один номер для входящего вызова;

- более низкий тариф оплаты за передачу данных;

- возможность передачи информации в цифровой форме между двумя абонентскими пунктами (терминалами);

- наличие общеканальной системы сигнализации №7 с КП, обеспечивающей эффективное использование средств связи;

- возможность выбора одного из способов коммутации (КК или КП);

- совместимость с существующими сетями;

- приспособленность терминалов для передачи информации различными способами.

На рисунке 9.3 показаны этапы перехода к ЦСИС.

 

 

Рисунок 9.3 - Этапы перехода к ЦСИС

Лекция 10. Пользовательские интерфейсы ISDN

 

Одним из базовых принципов ISDN является предоставление пользователю стандартного интерфейса, с помощью которого пользователь может запрашивать у сети разнообразные услуги. Этот интерфейс образуется между двумя типами оборудования, устанавливаемого в помещении пользователя (СРЕ): терминальным оборудованием пользователя ТЕ (компьютер с соответствующим адаптером, маршрутизатор, ТА) и сетевым окончанием NT, которое представляет собой устройство, завершающее канал связи с ближайшим коммутатором ISDN. Пользовательский интерфейс основан на каналах трех типов: В со скоростью передачи данных 64 кбит/с;  D со скоростью передачи данных 16 или 64 кбит/с; Н со скоростью передачи данных 384 кбит/с (НО), 1536 кбит/с (Н11) или 1920 кбит/с (Н12).

Вместе с тем, обеспечиваемая скорость передачи в 64 кбит/с оказывается недостаточной для высокоскоростных служб передачи данных (связь ЛВС между собой, передача больших объемов информации, передача цифровых стереофонических сигналов и т.д.). Для удовлетворения этих потребностей пользователей в большинстве существующих У-ЦСИС предусмотрена возможность установления одновременных соединений по нескольким параллельным цифровым каналам. Таким образом, пользователь может осуществить соединение по nх64 кбит/с каналам.

Однако даже использование nх64 кбит/с соединений не обеспечивает возможность передачи телевизионных сигналов и видеоконференции. Исключением является замедленная видеоконференция, при которой одновременно используется два канала по 64 кбит/с. Скорость перемещения объектов в этом случае весьма ограничена, что приводит к низкому качеству видеоизображения. Для обеспечения качественной передачи видеоизображений и цифрового телевидения требуется многократное увеличение скорости передачи информации. С этой у целью была разработана концепция широкополосной ЦСИС, в которой скорость передачи информации через пользовательский интерфейс составляет 155,520 Мбит/с от абонента и 620,08 Мбит/с от сети. В качестве метода коммутации в такой сети используется метод асинхронного переноса информации (АТМ).

Появление новых информационных технологий стимулирует спрос на услуги электросвязи, который зависит от уровня развития экономики страны. Переход к Ш-ЦСИО планируется провести в три этапа [5].

Этап 1 – перевод части служб, использовавших в У-ЦСИО метод КК на метод КП. Особенностью транспортной системы У-ЦСИО является разделенность служб КК и КП из-за различных требований к верности и задержкам со стороны служб ПД и передачи речевой информации.

Увеличение количества служб в Ш-ЦСИО, использующих метод КП, возможен благодаря использованию высокоскоростных СП. Использование высоких скоростей передачи позволяет уменьшить задержку пакетов. В Ш-ЦСИО применяются ВОЛС, отличающиеся высокой степенью защищенности от влияния внешних источников помех, благодаря этому уменьшается коэффициент ошибок. Это позволяет упростить протоколы сетевого и канального уровней. На этом этапе метод КК используют только широкополосные службы передачи изображений (подвижные изображения, видеоконференции, цветной телефакс), так как скорости передачи пакетов в сети недостаточны для использования метода КП. Широкополосными считаются службы, для которых требуется предоставлять средства передачи и коммутации со скоростями не менее чем 30В (1920 кбит/с).

Этап 2 – все службы У-ЦСИО поддерживаются транспортной системой на базе КП. На этом этапе задержка доставки сообщений от одного пользователя до другого через сеть должна быть снижена до такой величины, чтобы речевая служба могла использовать способ КП. Лишь службы широкополосной (высокоскоростной) связи продолжают на этом этапе базироваться на средствах широкополосной сети с КК.

Этап 3 – объединение широкополосной сети с КК и высокоскоростной сети с КП. Такая сеть будет строиться на базе АМП и БКП. Использование АМП и БКП позволит достигнуть существенно более высокой скорости передачи по линиям и производительности цифровых систем коммутации.

 

Услуги Ш-ЦСИО. Требования, предъявляемые к Ш-ЦСИО

 

Службы электросвязи в основном характеризуются тремя параметрами: скоростью передачи; временем занятия ресурсов сети (длительностью сеанса связи); пачечностью – отношением среднего времени сеанса связи к среднему времени передачи информации. Величины этих параметров определяют выбор типа транспортной системы ЦСИО для данной службы (см. таблица 10.1), из которой видно, как существенно отличаются характеристики служб, поддерживаемых Ш-ЦСИО. Так скорость передачи подвижных изображений отличается от скорости передачи данных телеметрии более чем в 10⁶ раз, пачечность этих же служб различается в 10 раз и более.

Все службы делятся на классы, в зависимости от скорости передачи: на низко-, средне- и высокоскоростные. Решение вопроса о выборе метода коммутации для данной службы зависит прежде всего от величины пачечности. Чем она выше, тем актуальнее применение метода КП для службу (телеметрия, интерактивные данные). В наименьшей степени актуальность использования метода КП относится к речевой службе (пачечность невелика). Все службы электросвязи делят по функциональному признаку на две группы: интерактивные и службы распределения информации [5]. Интерактивный обмен – это информационное взаимодействие, по крайней мере двух объектов. Различают: диалог, обмен сообщениями с хранением и поиск.

  

Таблица 10.1 – Параметры служб Ш-ЦСИО

 

ITU-T рекомендует два (см. рисунок 10.1) типа широкополосных интерфейсов: симметричный интерфейс со скоростью 150 Мбит/с; асимметричный интерфейс (скорость в направлении «сеть-пользователь» - 600 Мбит/с, в обратном направлении - 150 Мбит/с).

 

Рисунок 10.1 – Конфигурация доступа в Ш-ЦСИО

 

Сетевое окончание B-NT реализует функции подключения абонентских установок к АЛ и совместного использования ими общих ресурсов. В рекомендации G.703 ITU-T установил типы каналов, которые формируют ЦСП: В (64 кбит/с), НО (384 кбит/с), Н11 (1536 кбит/с), Н12 (1920 кбит/с), Н21 (32,768 Мбит/с), Н22 (43-45 Мбит/с), Н4 (135 Мбит/с). Эти каналы используются для ПД, речи, документальной электросвязи, телевизионных программ, видеоконференции и других служб (см. рисунок 10.2). В таблице 10.2 перечислены достоинства и недостатки известных способов коммутации

 

 

Рисунок 10.2 – Распределение каналов в широкополосном интерфейсе

 

Таблица 10.2 – Достоинства и недостатки способов коммутации

 

Лекция 11. Этапы развития телекоммуникационных технологий

 

В историческом развитии сетей и услуг связи можно выделить четыре этапа: PSTN, IDN, ISDN, IN. Первый этап – построение телефонной сети общего пользования PSTN, которая предоставляла населению, учреждениям, предприятиям единственную услугу – передачу речевых сообщений. В дальнейшем по телефонным сетям с помощью модемов стала осуществляться ПД. Второй этап – цифровизация телефонной сети (первичной и вторичной). Были созданы ИЦС (IDN), предоставляющие также в основном услуги телефонной связи на базе цифровых систем коммутации и передачи.

Третий этап - интеграция услуг. Цифровизация сетей связи позволила не только повысить качество услуг, но и перейти к увеличению их числа на основе интеграции. Так появилась концепция цифровой сети с интеграцией служб ISDN. Пользователю этой сети предоставляется базовый доступ (2B+D), по которому информация передается по трем цифровым каналам: два канала В со скоростью передачи 64 кбит/с и канал D со скоростью 16 кбит/с. Каналы В используются для передачи речевых сообщений и данных, канал D - для сигнализации и для передачи данных в режиме пакетной коммутации. Для пользователя с большими потребностями может быть предоставлен первичный доступ, содержащий (30B+D) каналов. Концепция ISDN существует около 20 лет, но широкого распространения в мире не получила по нескольким причинам. Во-первых, оборудование ISDN достаточно дорого, чтобы стать массовым; во-вторых, пользователь постоянно оплачивает три цифровых канала; в-третьих, перечень услуг ISDN превышает потребности массового пользователя. Именно поэтому интеграция услуг начинает заменяться концепцией интеллектуальной сети.

Четвертый этап – интеллектуальная сеть (IN), которая предназначена для быстрого, эффективного и экономичного представления информационных услуг пользователю. Услуга предоставляется пользователю тогда, когда она ему требуется и в тот момент времени, когда она ему нужна. Таким образом, быстрота и эффективность предоставления услуги позволяют обеспечить и ее экономичность, так как пользователь будет использовать канал связи значительно меньшее время, что позволит ему уменьшить затраты. В этом заключается принципиальное отличие ИС от предшествующих сетей – в гибкости и экономичности предоставления услуг.

Переход к цифровой сети позволяет охватить новыми услугами всех абонентов. При предоставлении современных услуг требуется сложная  обработка запросов, пересылка больших объемов данных с высокой скоростью. Если ресурсы, используемые для предоставления услуг, рассредоточены на многих объектах сети, то это приводит к недопустимым задержкам и искажениям информации при ее многократной пересылке от одной станции к другой. Концепция ИС является одной из определяющих концепций развития современных сетей связи. Работы по стандартизации концепция ИС в рамках ITU-T и ETSI была разделена на несколько направлений. Эти направления реализованы в виде концепций набор возможностей 1 (CS1) - CS1, CS2, CS3 и т.д. CS может быть построен с использованием так называемых независимых от услуг конструктивных блоков (SIB) содержащихся в каждой концепции [5].

ИС – это архитектурная концепция предоставления новых услуг связи, обладающих следующими характеристиками: использование методов обработки информации; эффективное использование сетевых ресурсов; модульность и многоцелевое назначение сетевых функций; интегрированные возможности разработки и внедрения услуг средствами модульных и многоцелевых сетевых функций; стандартизованное взаимодействие сетевых функций посредством независимых от услуг сетевых интерфейсов; возможность управления некоторыми атрибутами услуг со стороны абонентов и пользователей; стандартизованное управление логикой услуг. Кроме того, концепция ИС применима практически ко всем известным сегодня типам сетей таким, как: ТСОП (PSTN); сеть связи с подвижными системами PLMN; узкополосная и широкополосная ЦСИС. Основная цель ИС состоит в быстром, эффективном и экономичном предоставлении информационных услуг пользователю. Согласно рекомендации ITU-T Q.1201 требованием к архитектуре ИС является отделение функций предоставления услуг от функций коммутации и распределение их по различным функциональным подсистемам. Функции коммутации остаются в базовой сети связи, а функции управления, создания и внедрения услуг выносятся в создаваемую отдельно от базовой сети «интеллектуальную» надстройку, взаимодействующую с базовой сетью посредством стандартизированных интерфейсов. Удовлетворение этих требований возможно лишь при построении сетей электросвязи на основе новой концепции, состоящей в том, что функции предоставления ДВО отделяются от основных услуг. В традиционных ЦСК эти функции непрерывно связаны. При этом вся совокупность услуг, предоставляемых сетью, делится на две группы: основные услуги и дополнительные виды обслуживания. Основные услуги, связаны с процессами установления соединений (КК), тарификации, организации виртуальных соединений (КП), передаче пакетов между элементами сети. Основные услуги, редко изменяются и реализуются сетью при обслуживании каждого вызова. Дополнительные услуги разнообразны:

- универсальный номер доступа (УНД);

- персональный номер (ПН); «зеленый телефон» (ЗТ). Услуга УНД предоставляет возможность по единому номеру, закрепленному, например, за предприятием, фирмой, баком получить связь с требуемым пользователем. Услуга ПН: после регистрации в ИС абонент получает логический номер, по которому его можно отыскать независимо от того, где он находится. При переезде в другой населенный пункт мира он сообщает ИС номер телефона, куда нужно переадресовать все входящие вызовы. Услуга ЗТ относится к «службе 800», обеспечивает местные и междугородные соединения с поставщиками информации (рекламными фирмами) и передачу информации за их счет. Услуги, относящиеся к ДВО, реализуются только по специальному запросу пользователя. Разные группы пользователей могут получать разные наборы ДВО. CS1 (Q.1200) определяет возможности ИС, основанные на существующих сетевых технологиях, ISDN, ориентированных на поддержку услуг, реализованных на базе сетей с КК (см. таблицу 11.1).

 

Таблица 11.1 – Услуги набора CS-1

 

Услуги CS1 относятся к услугам типа А (одноконцевыми) с централизованной логикой управления. CS1 включает 25 видов услуг, поддерживаются сетями PSTN, ISDN и PLMN. В качестве первой очереди внедрения ИС выбраны 5 услуг CS-1: АСС, ССС, FPH, PRM, VOT. Недостатки CS-1: CS-1 SIB недостаточна для моделирования сложных задач; в CS-1 количество SIB ограничено; в CS-1 SIB поддерживает только услуги, связанные с вызовом (услуги не связанные с вызовом вне компетенции CS-1). Набор услуг CS-1 не удовлетворял требованиям (не было межсетевого взаимодействия объектов ИС). Были разработаны услуги CS-2, дополнившие CS-1. Основные, из 17 услуг представлены в таблице 11.2. Внесение изменений в набор услуг изменило архитектуру ИС: были определены новые SIB, расширены существующие. CS-3 разработаны для поддержки B-ISDN.

Таблица 11.2 - Услуги набора CS-2

 

Особенности CS-4: поддержка ИС для Mobility/IMT2000 управления подвижной связью, взаимодействие ИС и Internet через протокол IP (INAP); расширение интеграции ИС и B-ISDN. Состав архитектуры ИС: SSP (АТС), выполняющий функцию управления вызовом и функцию коммутации услуги; SCP – узел управления услугами делает возможной работу с БД с транзакцией в реальном масштабе времени (см. рисунок 11.1).

 

 

Рисунок 11.1 – Упрощенная схема ИС

 

SCP интерпретирует поступающие запросы, обрабатывает данные и формирует ответы; SDP – узел базы данных услуг, содержащий данные, используемые программами логики услуги, чтобы обеспечить индивидуальность услуги; IP – интеллектуальные периферийные устройства, представляющие собой независимые от используемых приложений устройства интеллектуальных ресурсов, обеспечивающие дополнительные к SSP возможности; SMP – узел менеджмента услуг, реализующий функции административного управления пользователями и/или сетевой информацией, включающей данные об услугах и программную логику услуги; SCEP – узел создания услуг, выполняет функцию среды создания услуг и служит для разработки, формирования и внедрения услуг в пункте их обеспечения SMP. Узлы схемы ИС размещены на трех уровнях иерархии: SSP с IP; SCP с узлом данных услуги (БД) SDP; SMP с узлом создания услуг SCEP. Для получения услуги ИС пользователь сети набирает номер той АТС, которая обладает функциями SSP, а также код услуги и номер услуги. Пользуясь протоколом INAP, АТС с функциями SSP общается с узлом SCP и получает информацию для предоставления услуги и обслуживания вызова. В обслуживании вызова принимает участие IP (передача голосовых команд, сбора информации и т. д.).

Лекция 12. Архитектура NGN и общие принципы

 

Архитектура сетей NGN состоит из IP-ядра и нескольких сетей доступа, использующих разные технологии. Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей. Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса. В состав транспортной сети NGN могут входить следующие компоненты: транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации; оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети; контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями; шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи. Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг.Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (Services Node – SN) и/или узлов управления услугами (SCP). SN является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя. SCP является элементом распределенной интеллектуальной платформы и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг [6].

Совокупность нескольких узлов служб и/или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами, к которую могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений.

Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Softswitch), как показано на рисунке 12.1. Сети нового поколения должны предоставлять ресурсы (инфраструктура, протоколы и т.п.) для создания, внедрения и управления всеми видами услуг (существующих и будущих). В рамках NGN основной упор делается на возможность адаптации услуги сервис-провайдерами, многие из которых также обеспечат своим пользователям возможность приспособить свои собственные услуги. Сети нового поколения будут включать в себя API (Application Programming Interfaces), обеспечивающие поддержку разработки, предоставления и управления услугами.

 

 

Рисунок 12.1 – Архитектура сети связи NGN

 

Оборудование Softswitch взаимодействует со многими компонентами в телекоммуникационной системе. В верхней части рисунка 12.2 показаны такие функциональные блоки: система тарификации, платформа услуг и приложений, а также сеть общеканальной сигнализации (ОКС).

 

 

Рисунок 12.2 – Вариант модели сети на базе концепции NGN

 

Следует только отметить возможность выхода через сеть ОКС на узел управления услугами (Services Control Point – SCP), входящий в состав интеллектуальной сети, что позволяет дополнить услуги и приложения, доступные абонентам непосредственно через Softswitch, интеллектуальными услугами. Логика обработки вызовов реализуется в контроллере шлюзов (Media Gateway Controller – MGC). Взаимодействие Softswitch с коммутационными станциями других сетей осуществляется через оборудование Media Gateway (MG). Для этих целей используется протокол MGCP (Megaco), разработка которого была выполнена в IETF (Инженерная группа по проблемам Интернет) подгруппой Megaco (Media Gateway Control). Протокол MGCP в силу того, что он был разработан в IETF, ориентирован, в основном, на IP-технологии. В результате работы МСЭ появился проект рекомендации H.248, который ориентирован скорее на передачу мультимедийной информации, чем передачу неструктурированного трафика данных. Пунктирной линией на рисунке «Вариант модели сети NGN» показана связь Softswitch с пакетной сетью, которая, как правило, базируется на технологиях IP и ATM. Пакетная сеть обрабатывает основную часть трафика телекоммуникационной системы. Переход к сети с коммутацией пакетов целесообразно осуществлять путем постепенной эволюции телекоммуникационной системы. Функциональная модель сетей NGN, в общем случае, может быть представлена тремя уровнями: транспортным, уровнем управления коммутацией и передачей информации, уровнем управления услугами (см. рисунок 12.3).

 

 

Рисунок 12.3 – Функциональная модель сетей NGN

 

Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую следующие потребности: предоставление инфокоммуникационных услуг; управление услугами; взаимодействие различных услуг. Задачей уровня управления коммутацией и передачей является также обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками. Задачей транспортного уровня является коммутация и прозрачная передача информации пользователя. Уровень управления услугами позволяет реализовать специфику услуг, и применять одну и ту же программу логики услуги вне зависимости от типа транспортной сети (IP, АТМ, FR и т.п.) и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней. Данный уровень может включать множество независимых подсистем («сетей услуг»), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации. Если представить топологию сети NGN в виде набора плоскостей, то внизу окажется плоскость абонентского доступа (базирующаяся, например, на трех средах передачи: металлическом кабеле, оптоволокне и радиоканалах), далее идет плоскость коммутации (КК и/или КП). В указанной плоскости находится и структура мультисервисных узлов доступа. Над ними располагаются программные коммутаторы SoftSwitch, составляющие плоскость ПУ, выше которой находится плоскость интеллектуальных услуг и эксплуатационного управления услугами (см. рисунок 12.4).

 

 

Рисунок 12.4 – Сеть NGN в виде набора плоскостей

 

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе функциональной модели распределенных (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т X.500, доступ к которым организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol). Основными услугами сети доступа должно являться обеспечение подключения следующих типов абонентов: абоненты аналогового и цифрового доступа ТСОП; абоненты доступа xDSL; абоненты выделенных каналов связи Nx64 кбит/с и 2 Мбит/с; абоненты, использующие для доступа оптические кабельные технологии (PON); абоненты, использующие для доступа структурированные кабельные системы (HFC); абоненты, использующие системы беспроводного доступа и радиодоступа (Wi-Fi). Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 и т.д. Для управления услугами использованы протоколы H.323, SIP. В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются АТМ и IP с возможным применением в будущем оптической коммутации (PON).

Часть 2 Автоматическая коммутация

 

Лекция 1. Телефонные тракты и аппараты

 

Процесс преобразования речевых сигналов в электрические, передача их на расстояние и преобразование обратно в речевые сигналы называется телефонной передачей речи. Для осуществления телефонной передачей создаются телефонные тракты, содержащие акустико-электрические (микрофон) и электроакустические (телефон) преобразователи (АЭП и ЭАП соответственно), являющимися составными частями телефонного аппарата, а также соединительные тракты, состоящие из линейных и станционных устройств. Телефонные тракты могут быть двух-, четырехпроводными, а также составленными из двух-, четырехпроводных участков (см. рисунок 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 – Телефонный четырехпроводный тракт

 

Этот четырехпроводный тракт состоит из двух двухпроводных трактов одностороннего действия и обеспечивает двухстороннюю передачу речи. Четырехпроводный тракт может быть организован с помощью двух двухпроводных физических кабельных или воздушных линий, а также каналов многоканальных СП с частотным или временными способами разделения каналов. Этот тракт устойчив, т.к. влияние между двумя цепями незначительное. Применение на ГТС четырехпроводных трактов с использованием 4 жил кабеля нецелесообразно, поэтому в ТА вводится двух- или трехобмоточный трансформатор с балансным контуром, с помощью которого преобразователи ТА подключаются к АЛ. Трехобмоточный трансформатор с балансным контуром образует ДС, уменьшающую электрическую обратную связь между микрофоном и телефоном ТА [5]. Для эффективного использования линий связи осуществляют уплотнение, требующее перехода с двухпроводной линии на четырехпроводный телефонный канал и наоборот (см. рисунок 1.2).

 

 

Рисунок 1.2 - Телефонный тракт с 2х и 4х проводными участками

Однако таким трактам свойственна электрическая обратная связь между передающим и принимающим участком тракта, включаемыми в ДС. Для повышения устойчивости тракта необходимо создавать КС, позволяющие коммутировать 4х проводные участки тракта, что сокращает число ДС, последовательно включенных в телефонный тракт. Речь человека представляет собой совокупность звуковых колебаний. Звуки речи образуются в результате работы голосового аппарата человека. В процессе разговора легкие через бронхи и трахею создают поток воздуха, поступающей через вибрирующие голосовые связки. Голосовые связки то сжимая, то открывая голосовую щель пропускают воздух импульсами, частота следования которых постоянна для данного человека и равна частоте свободных колебаний голосовых связок. Частотный спектр получающегося при этом звуковом давлении содержит большое число гармонических составляющих, амплитуда которых уменьшается с ростом частоты. Эта частота характеризует тон голоса говорящего: бас – 80..320 Гц; сопрано – 250..1200 Гц; баритон – 100…400 Гц. Основной этот тон не играет роли для распознавания речи. При этом 65% мощности приходится на звуковые колебания с частотой до 500 Гц [7].

Воздушная струя проходит через систему резонаторов, которые образуются воздушными объемами полости рта носоглотки. Наличие этой системы резонаторов обуславливает изменение гармонических составляющих, амплитуда одних усиливается, других ослабевает. И вот характерные для разных звуков речи усиленные области частот называются формантами. Звуки речи различаются друг от друга по числу формант и их расположению в частотном спектре. Отдельным звукам речи может соответствовать до 6 формантов, из которых только один или два являются основными. Если исключить из передачи любую из основных формант, то передаваемый звук исказится.

Спектральная характеристика русской речи: диапазон частот звуков занимает полосу частот 80..12000 Гц; диапазон основных тонов занимает полосу частот 80..300 Гц причем частота основного тона при разговоре для мужчин 150 Гц, для женщин 250 Гц; диапазон формант занимает полосу частот 200…8600 Гц, однако подавляющее большинство формант находится в диапазоне частот 300..3400 Гц. МККГГ рекомендовал передавать по телефонному тракту этот диапазон частот. Звуковые колебания речи обладают незначительной мощностью, который при нормальной громкости в среднем равна 10 мкВт (без учета пауз 15 мкВт). Эта мощность соответствует звуковому давлению приблизительно 0,5 Па на расстоянии около 5 см от рта говорящего. Средняя мощность слабых звуков речи при шепоте – 0,01 мкВт, при крике - 1000-5000 мкВт. Величина, характеризующая пределы изменений мощности речевого сигнала в логарифмическом масштабе, называется динамическим диапазоном речи, измеряется в дицебеллах. Подсчитано, что для неискаженной передачи звуков различной возможной интенсивности необходимо обеспечить динамический диапазон 57дБ. По телефонным трактам обеспечивается передача более узкого динамического диапазона речи, составляющего 30..40дБ.

При телефонной передаче звуковые колебания говорящего человека через акустическую среду, воздействуя на АЭП (микрофон) ТА, который преобразует их в соответствующие колебания электрического тока. Энергия этих колебаний через ТА и соединительный тракт направляется в тракт приема на ЭАП (телефон, громкоговоритель). В ЭАП электрическая энергия преобразуется в звуковую и приемником звука воспринимается– ухом слушающего абонента. Человек слышит от 16-16000Гц. Для двухсторонней телефонной передачи АЭП и ЭАП должны устанавливаться в ТА обоих абонентов.

По назначению ТА делятся на аппараты общего (аппараты общего пользования и таксофоны) и специального назначения (корабельные -  влагонепроницаемые, шахтные (взрывобезопасные), военно-полевые, ТА для группового включения, ТА с ЗУ для возможности сокращенного набора номера, ТА с громкоговорителем и др.). К ТА общего назначения предъявляются требования: высокое качество приема и передачи информационных адресных и речевых сигналов, прочность, надежность, удобство пользования, невысокая стоимость. По способу электропитания микрофона ТА – ТА МБ (U_MB=3В размещается либо внутри корпуса ТА, либо поблизости от него) и ТА ЦБ, в которых микрофон получает питание по проводам АЛ от ЦБ, размещаемой на телефонной станции (U_ЦБ=48, 60В). По конструкции – стационарные и переносные. По способу включения разговорных приборов с постоянной схемой (микрофон и телефон постоянно включены в линию во время разговора) и ТА с переменной схемой (микрофон включается в линию только при передаче, а телефон – только при приеме речи). ТА с постоянными схемами делятся на ТА с местным эффектом и без. Местным эффектом называется явление прослушивания своего разговора и шумов помещения в телефоне своего ТА. ТА состоит (см. рисунок 1.3) из: РГП, ПВ, РП и ввода адресной информации номеронабирателя (НН). РГП состоят: из преобразователей, использующих угольный микрофон и электромагнитный телефон капсюльного типа; 3,4 жильным шнуром, соединяющим со схемой РГП; трансформатора; резисторов и диодов.

 

 

Рисунок 1.3 – Схема телефонного аппарата

 

Схема ПВ состоит из поляризованного звонка переменного тока, преобразующего электрический ток с частотой 25 Гц в акустический сигнал вызова и последовательно соединенный с ним конденсатора Сзв, который преграждает путь постоянному току ЦБ АТС. Ток чувствительности звонка лежит в пределах 2..3 мА. Устройство коммутации РП переключает контакты при поднятии микротелефонной трубки. При наборе номера (завод диска) контакт 1-2 замыкается и шунтирует РГП. При возвратном движении диска номеронабирателя контакт 1-2 остается замкнутым, а контакт 3-4, называемый импульсным, периодически размыкается так, что число размыканий цепи соответствует набираемой цифре номера.

Таким образом, информация о цифре номера передается на АТС в виде серии импульсов постоянного тока. Между соседними сериями должен быть достаточно большой промежуток времени, который позволяет приборам АТС отделять одну набираемую цифру от другой. При разговоре уровень собственной речи, слышимой говорящим человеком, приблизительно на 20 дБ меньше уровня речи у его губ. Такое ослабление является привычным для абонента, делает возможным в ходе разговора контролировать громкость своей речи и обеспечивает восприятие реплик собеседника [7]. При телефонном разговоре человек, говорящий в микрофон, слышит свою речь в телефоне своего же аппарата. Это объясняется тем, что ток от микрофона говорящего абонента через элементы схемы ТА попадает не только в линию и аппарат собеседника, но и в телефон этого же аппарата. По этой причине абонент через свой телефон слышит окружающие шумы. Прослушивание абонентом через телефон своего аппарата местных шумов и собственной речи при разговоре называется местным эффектом. Уровень собственной речи, слышимой разговаривающим абонентом, из-за усилительных свойств микрофона приблизительно на 20-25 дБ выше, чем при разговоре без телефона. В результате абонент слышит себя непривычно громко и непроизвольно снижает уровень речи, что ухудшает слышимость на приемном конце. Т.о., вредное влияние местного эффекта сказывается в снижении качества передачи речи и соответственно уменьшает дальность передачи. Существуют противоместные схемы: мостовая и компенсационная. Полного подавления местного эффекта не удается, так как длина АЛ бывает разной.

В 80-х стали использоваться многофункциональные ТА, выполненные на современной элементной базе. Эти ТА подразделяются на 4 группы:

- «классический» (электронный) ТА, имеющий связь с городской или УАТС по 2-х проводной линии;

- бесшнуровой ТА, отличающийся от «классического» тем, что микротелефонная трубка связана со стационарной частью не шнуром, а радиоканалом;

- системный или локальный ТА (ЛТА) в составе мини-АТС, отличающейся от «классического» наличием промежуточного изолирующего звена между аппаратом и городской АТС – (УПАТС);

- радиотелефоном мобильной связи (сотовый, телефон спутниковый, транкинговой и др.), отличающиеся от других видов полным отсутствием проводной линии связи с АТС.

Лекция 2. Телефонная сигнализация

 

Совокупность электрических сигналов, используемых на сети для управления установлением соединения, называется системой телефонной сигнализации. Телефонной сигнализации посвящены Рекомендации МСЭ-Т серии Q. В систему телефонной сигнализации обычно входят следующие виды сигналов. Линейные сигналы отмечают основные этапы установления соединения (занятие, отбой, разъединение и др.). Сигналы управления передаются между УУ КУ и станций и между УУ и ТА абонента. Основные сигналы управления – сигналы наборы номера, так называемая адресная информация. В ряде систем также передаются сигналы о категории вызова, запроса аппаратуры АОН, вызывающего абонента при междугородной связи, виде устанавливаемых соединений, способе передачи управляющей информации и т.д. Информационные акустические сигналы передаются от АТС к телефонному аппарату и служат для информирования абонента о состоянии устанавливаемого соединения. К ним относятся: ответ станции; занято; посылка вызова; контроль посылки вызова. В АТСЭ УУ может передаваться сигнал предупреждения о междугородном вызове [3].

Звеном сети электросвязи называется участок тракта передачи информации, ограниченный двумя смежными узлами коммутации или узлом коммутации и абонентским терминалом. В зависимости от звена (участка) сети различают следующие виды сигнализации (см. рисунок 2.1). Абонентская – на участке между абонентским терминалом и коммутационной станцией. Внутристанционная – между различными функциональными узлами и блоками внутри коммутационной станции. Межстанционная – между различными коммутационными станциями в сети. Сигналы, передаваемые по телефонным каналам и линиям, разделяются на три группы: линейные сигналы, сигналы управления и информационные акустические сигналы.

 

 

Рисунок 2.1 – Виды сигнализации в телефонных сетях связи

 

Отдельных проводов для целей сигнализации не предусматривается по экономическим соображениям. АЛ используется для передачи и речевых сигналов и сигнализации. Передача адресной информации (номера вызываемого абонента) может осуществляться двумя способами:

- с помощью дискового номеронабирателя путем замыкания и размыкания шлейфа на короткое время (так называемый шлейфовый или импульсный способ набора – «pulse»). Количество циклов замыканий и размыканий соответствует передаваемой цифре плюс один стартовый цикл. Длительность одного цикла составляет 100 мс: 60 мс АЛ находится в замкнутом состоянии и 40 мс - в разомкнутом. Данный способ прост и широко распространен, однако он является медленным и неудобным;

- с помощью многочастотного или тонального набора («tone») и применяется в ТА с тастатурными номеронабирателями. Передача каждой цифры осуществляется за 40 мс с помощью многочастотного кода «2 из 7», т.е. передаче одной цифры соответствует одновременная передача двух гармонических сигналов определенных частот (DTMF). Частоты синусоид берутся из ряда и строки таблицы 2.1, соответствующих передаваемому символу. Этот код обеспечивает 16 комбинаций частот. Межсерийная пауза - 40 мс. Клавиши * и # используются для дополнительных услуг.

 

Таблица 2.1 – Формат сигнала

 

Межстанционная сигнализация по способу передачи сигнальной информации делится на три класса. Внутриполосная сигнализация (In-band Signalling); при этом информация передается непосредственно по телефонному каналу (разговорному тракту) с помощью: постоянного тока, токов ТЧ, индуктивных импульсов и др. Сигнализация по индивидуальному выделенному сигнальному каналу (CAS). Она предоставляет выделенные средства передачи сигнальной информации (выделенную емкость канала) для каждого разговорного канала в тракте передачи информации (один временной канал в тракте ИКМ, выделенный частотный канал вне разговорного спектра канала ТЧ и др). Сигнализация по общему каналу (CCS) – тракт передачи сигнальных сообщений предоставляется для пучка телефонных каналов по принципу адресно-группового использования. Сигналы передаются в соответствии со своими адресами и размещаются в общем буфере для использования каждым телефонным каналом. Системы межстанционной сигнализации первых двух классов были разработаны для применения в сетях с аналоговым КО. Протоколы ОКС оптимизированы для использования в сетях, основанных на цифровой коммутации и ПУ. В настоящее время используют системы первых двух классов. Поэтому при внедрении SS7 в сети с ЦСК требуется организация взаимодействия между системами сигнализации различных классов [8].

До середины 60-х г. применялись системы межстанционной сигнализации первых двух классов. Примерами таких систем являются: одночастотная система тональной сигнализации 1VF – декадно-импульсная; двухчастотная система тональной сигнализации 2VF – система сигнализации №4 CCITT; многочастотная импульсная система сигнализации MFP – система сигнализации №5 CCITT (известна также под названием R1); многочастотная система сигнализации MFC – система сигнализации R2 CCITT. Названия перечисленных систем отражают наиболее общие способы передачи сигналов: тональный сигнал, являющийся комбинацией нескольких частот, и импульсный сигнал. Эти системы характеризуются наличием фиксированного сигнального пути для каждого разговорного тракта, проходящего либо непосредственно по разговорному каналу (внутриканальная сигнализация), либо по каналу, физически совмещенному с ним (сигнализация по выделенному каналу). Недостатки обоих вариантов – недостаточная гибкость, низкая скорость, высокая стоимость и ограниченная пропускная способность. Основной способ их преодоления сводится к формированию сети сигнализации, логически отделенной от базовой (информационной) сети связи. В этом случае процессы установления/разъединения соединений для каждого вызова осуществляются быстрее, а ресурсы каналов передачи несигнальной информации используются более эффективно за счет их доступности для других абонентов, например, в промежуток времени, когда один из абонентов занят.

Появление в 60-х г. станций с ПУ позволило реализовать систему сигнализации по общему каналу. Концепция общеканальной сигнализации (ОКС) проста: каналы для передачи голоса используются только после установления соединения. При этом обмен сигнальными сообщениями между УУ КС происходит по соединяющим их звеньям, а передачу речи осуществляют каналы передачи несигнальной информации. Основным принципом ОКС является полное отделение тракта сигнализации от разговорного тракта. В ОКС информации передается между станциями посредством специально организованной сети сигнализации, которая фактически является сетью ПД и предназначена для связи между собой центральных (координационных) процессоров КС. Можно считать, что в такой сети процессоры КС - узловые пункты передачи сигнальной информации, а сами АТС - « абоненты» сигнальной сети.

 

Основы сигнализации ОКС7

 

Существуют два стандарта систем ОКС: система сигнализации № 6 (SS6) – была разработана в 60-х г. для использования на аналоговых линиях в целях обслуживания межконтинентального трафика; система сигнализации № 7 (SS7) – появилась в 70-х г. для использования как в цифровых (64 кбит/с), так и в аналоговых национальных и международных сетях. Система SS7 разработана для управления установлением соединения телефонных вызовов и услугами передачи неголосовой информации. SS7 имеет преимущества: время установления соединения в не превышает 1с; высокая производительность; экономичность; надежность; гибкость.

Увеличение спроса на новые виды телекоммуникационных услуг в 80-е г. привело к разработке стандартов системы SS7, обеспечивающих требования практически всех типов сетей связи: ТСОП (PSTN); ЦСИС (ISDN); ИС (IN); сети наземной подвижной связи (PLMN), например, сети сотовой подвижной связи стандарта GSM. Стандарт телефонной сигнализации ОКС7 применяется в междугородных, международных и мобильных телефонных сетях. Он определяет телефонную сигнализацию, то есть протоколы организации соединений абонентов, управления ими и учета потребляемых сетевых ресурсов. При этом каналы передачи служебной информации отделены от каналов транспортировки голоса (или медиа-трафика). Система оптимизирована для работы по цифровым каналам со скоростью 64 кбит/с и позволяет осуществлять управление установлением соединения, а также передачу информации техобслуживания и эксплуатации. Она может также быть использована как надежная транспортная система для передачи других видов информации между станциями и специализированными центрами в сетях телекоммуникаций [3]. Система применяется для обслуживания соединений ТСОП, включая ЦСИС, на сетях подвижной связи, для целей техэксплуатации и техобслуживания сетей; осуществляет взаимодействие с сетевыми БД и узлами систем управления сетями электросвязи; наличие ОКС № 7 является обязательным условием ИС связи. ОКС является элементом построения современных сетей электросвязи. Представление сети ОКС как единого транспортного механизма для обеспечения взаимодействия всех типов цифровых сетей показано на рисунке 2.2 [8].

 

 

Рисунок 2.2 – Взаимодействие цифровых сетей по ОКС № 7

 

В ОКС отсутствует соответствие между сигнальными и разговорными каналами. Маршрут передачи сигнальной информации в сети может отличаться от маршрута передачи пользовательской информации.

Лекция 3. Сеть сигнализации

 

При использовании ОКС для обмена сигнальными сообщениями между коммутационными станциями организуется отдельная сеть передачи сигнальных сообщений. Поэтому понятие «сеть сигнализации» применимо исключительно для ОКС. С помощью нескольких высокоскоростных каналов передачи сигнальных сообщений можно обслуживать большое число информационных каналов. В системах CCS все сигнальные сообщения SM передаются по дуплексным каналам – звеньям сигнализации SL в составе пакетов данных, называемых сигнальными единицами SE (Signal Unit). Помимо сигнальной информации, SE содержат адресные сведения, параметры, обеспечивающие защиту от ошибок, и др. Совокупность ЦКС и соединяющих их звеньев сигнализации образует сеть сигнализации, логически отделенную от базовой сети связи и функционирующую в режиме ПД с КП. Сеть сигнализации состоит из звеньев и узлов. Узлы в сети сигнализации называют сигнальными пунктами (SP). Нагрузка в сети создается потоком сигнальных сообщений, которые передаются между сигнальными пунктами. Пункт сигнализации (SP) – это узел сети сигнализации, в котором реализованы части пользователей SS7. Звено сигнализации (SL) – средство передачи сигнальных единиц между двумя пунктами сигнализации. Транзитный пункт сигнализации (STP) – узел сети сигнализации без функций частей пользователей, осуществляющий только функции части передачи сообщений SS7. Звенья ОКС обладают большой пропускной способностью, поэтому не всегда необходимо связывать между собой все коммутационные станции отдельными звеньями сигнализации. Если один SР связывается с другим, то считается, что они имеют «сигнальное соотношение». Маршрут, через который устанавливается сигнальное соотношение, может быть: связный, т.е. посредством прямого соединения сигнальных пунктов SР, и квазисвязный, где сигнальная информация передается через промежуточный сигнальный пункт STP. В его задачу входит обработка адреса сигнального сообщения и его дальнейшая маршрутизация к другому SP (STP). Режимы сети сигнализации показаны на рисунке 3.1.

 

 

Рисунок 3.1 – Режимы сети сигнализации

 

Сеть сигнализации, как и сети пакетной коммутации других типов, строится согласно следующим основным критериям [8]: простота структуры сети; надежность; минимальные временные задержки; оптимальная стоимость. Этим критериям будет соответствовать сеть с достаточно симметричной топологией и функционирующая в квазисвязанном режиме. Многие национальные сети SS7 строятся по региональному принципу с иерархической системой транзитных пунктов сигнализации (см. рисунок 3.2).

 

 

Рисунок 3.2 – SТР в сети сигнализации

 

В рамках ТСОП для SS7 создается выделенная сеть сигнализации. В ней объединены несколько типовых устройств (центров сигнализации), а для обмена сообщениями используются КИ сигнализации потоков Е1 (TS16). Такая сеть включает в себя пункты передачи сигнальных сообщений (STP), абонентские пункты сигнализации (Service Switching Point - SSP) и пункты предоставления дополнительных услуг (Service Control Point - SCP). С помощью STP в сети SS7 выполняется маршрутизация пакетов сигнальных сообщений. SSP отводится роль терминалов сетей передачи данных, а SCP, адаптированные в соответствии с концепцией интеллектуальных сетей, работают эквивалентно хостам и коллективным базам данных этих сетей.

 

Архитектура системы сигнализации

 

Архитектура средств сигнализации в соответствии ISO представлена на рисунке 3.3. Элементом уровня один является канал связи для звена сигнализации.

 

 

Рисунок 3.3 – Архитектура системы сигнализации

 

Уровень два определяет функции, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по отдельному звену сигнализации (деление сигнальных сообщений на SE, обнаружение и исправление ошибок в SE, обнаружение отказа и восстановление звена сигнализации). Уровень три определяет функции обработки сигнальных сообщений и управления сетью сигнализации. Уровень четыре определяет функции, характерные для определенного типа пользователя системы (TUP, ISUP, TCAP и SCCP). В ОКС-7 предусмотрены также подсистемы, которые не ориентированы на соединение, а работают, как и IP-сервисы, по принципу «запрос-ответ». Основу для таких сервисов создает подсистема контроля за сигнальным соединением (SCCP), которая переводит глобальный телефонный номер в код пункта назначения и номер зоны, в которую адресован вызов. Поверх SCCP работает прикладная подсистема транзакций (TCAP) база для реализации возможностей интеллектуальных (INAP) и мобильных сетей (MAP). ОКС7 охватывает три нижних уровня ISO и состоит из двух подсистем MTP и UP. MTP отвечает за передачу сообщений сигнализации (функции обнаружения и исправления ошибок). Основной задачей транспортной сети является обеспечение надежной транспортной системой всех групп пользователей. UP – подсистема отвечает за поддержку пользователя.

Различают три типа сигнальных единиц (СЕ): значащая сигнальная единица (ЗСЕ, MSU), которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой UР и SССР; сигнальная единица состояния звена (LSSU), которая используется для контроля состояния звена сигнализации и формируется на третьем уровне МТР; заполняющая сигнальная единица, которая используется для обеспечения фазирования звена при отсутствии сигнального графика.

Сложной по структуре является ЗСЕ МSU, показанная на рисунке 3.4.

Поле Flag (последовательность бит 01111110) отмечает начало СЕ. Открывающий флаг данной СЕ является закрывающим флагом предшествующей СЕ. Поля ВSN, FSN порядковая нумерация СЕ включает прямой порядковый номер 7 бит (FSN) и обратный порядковый номер

7 бит (BSN).

 

 

Рисунок 3.4 – Формат значащей сигнальной единицы

 

Поля ВIВ, FIВ - биты-индикаторы включают прямой бит-индикатор 1 бит (Forward Indicator Bit FIB) и обратный бит-индикатор 1 бит (Backward Indicator Bit BIB). FIВ и ВIВ совместно с FSN и ВSN используются при основном методе защиты от ошибок для обеспечения правильной последовательности СЕ и для осуществления функции подтверждения.

Поле LI – индикатор длины выполняет функции, указывает длину сообщения и тип сообщения (для FISU=0; для LSSU=1 или 2; для MSU >2).

Поле SIO – байт служебной информации служит для установления соответствия сигнальной информации конкретной подсистеме пользователя и отличает международные сообщения от национальных.

Поле (SIF) сигнальная информация предназначена для передачи полезной (сигнальной) информации по звену сигнализации (от 3 до 63 байт). Поле (Check) проверочные биты (16 бит) удостоверяют правильность приема сигнальной единицы с помощью процедуры обнаружения ошибок путем линейных операций над предыдущими битами сигнальной единицы.

Наиболее важной частью СЕ является SIF, содержащий сигнальное сообщение. SIF содержит метку сообщения, состоящую из частей: DРС – код пункта назначения; ОРС – код исходящего пункта; СIС – код идентификации канала между узлами коммутации. В СЕ состояния звена LSSU поле сигнальной информации SIO и байт служебной информации SIF заменяются полем состояния (SF), которое формируется оконечным устройством звена сигнализации и содержит 8 или 16 байтов, которое используется для контроля ошибок звена сигнализации. В ЗСЕ FISU поля SIO и SIF вообще отсутствуют. На рисунке 3.5 показан пример использования ОКС № 7.

 

 

Рисунок 3.5 – Применение сигнализации ОКС7

 

При установлении соединения используются  сигналы: IAM; SAM; АСМ; АNС; СВК; CLF; RLG.

Лекция 4. Способы коммутации на сетях связи

 

Любые сети связи поддерживают некоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры, локальные сети, факс-аппараты или просто собеседники, общающиеся с помощью телефонных аппаратов. Существуют различные схемы коммутации абонентов в сетях: КК (circuit switching), КС (message switching) и КП (packet switching). Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки, и по прогнозам многих специалистов будущее принадлежит технологии ПК, как более гибкой и универсальной.

Как сети с КП, так и сети с КК можно разделить на два класса по другому признаку – на сети с динамической коммутацией и сети с постоянной коммутацией. В первом случае сеть разрешает устанавливать соединение по инициативе пользователя сети. Коммутация выполняется на время сеанса связи, а затем по инициативе одного из пользователей связь разрывается. В общем случае любой пользователь сети может соединиться с любым другим пользователем сети. Период соединения между парой пользователей при динамической коммутации составляет от нескольких секунд до нескольких часов и завершается при выполнении определенной работы – сеанса связи при разговоре, передачи файла, просмотра страницы текста или изображения и т. п. Во втором случае сеть разрешает паре пользователей заказать соединение на длительный период времени. Соединение устанавливается персоналом, обслуживающим сеть. Время при этом измеряется обычно несколькими месяцами. Режим постоянной коммутации в сетях с КК часто называется сервисом выделенных (dedicated) или арендуемых (leased) каналов. Примерами сетей, поддерживающих режим динамической коммутации, являются ТСОП, локальные сети, сети TCP/IP. Популярными сетями, работающими в режиме постоянной коммутации, являются сети технологии SDH, на основе которых строятся выделенные каналы связи с пропускной способностью в несколько гигабит в секунду. Некоторые типы сетей поддерживают оба режима работы – сети Х.25 и АТМ могут предоставлять пользователю динамически связаться с любым другим пользователем сети и в то же время отправлять данные по постоянному соединению определенному абоненту. На ТСОП распространенным способом коммутации является КК (линий), характеризующийся тем, что канал между передатчиком и приемником предоставляется на все время передачи информации в реальном масштабе времени. При КК между вызывающим и вызываемым абонентами с помощью узлов КК организуется сквозной канал.

Недостатком этого способа коммутации является то, что канал, установленный через одну или несколько КС между двумя оконечными устройствами сети, в большинстве случаев используется не полностью, так как речевое сообщение прерывается длительными паузами. В таких системах коммутации качество обслуживания вызовов для систем с потерями оценивается вероятностью отказов в установлении соединений из-за занятости линий, а для системам с ожиданием временем ожидания обслуживания вызова.

Способ КС характеризуется тем, что тракт между приемником и передатчиком заранее не устанавливается, а канал в нужном направлении предоставляется по адресу, приписываемому в начале сообщения, только для передачи сообщения, а в паузах этот канал используется для передачи других сообщений. Пришедшее на КС (узел) сообщение (или его часть - сегмент) поступает в ЗУ. После приема и анализа адреса сообщение устанавливается в очередь для передачи его в нужном направлении. Системы КС являются системами с ожиданием. Качество обслуживания вызовов оценивается по среднему времени задержки. Способ КС используется, когда не требуется работа в реальном масштабе времени. По сравнению с КК КС имеет преимущества: устойчивость к перегрузкам; использование каналов высокое; возможно использование разных типов каналов на разных участках; регистрируются и хранятся проходящие через узел сообщения, разнотипные АУ. Способ КС используется для телеграфной связи и ПД, когда не требуется работа в реальном масштабе времени. Недостатки метода КС непредсказуемые задержки, связанные с различной пропускной способностью каналов, стирание сообщения в предыдущем узле происходит по получению сигнала обратной связи от последующего, большой объем памяти в узлах. Сегодня КС работает только для некоторых не оперативных служб, причем чаще всего поверх сети с КП, как служба прикладного уровня. Системы электронной почты являются типичными представителями СПД с КС. Работа через промежуточный накопитель позволяет сократить затраты ручного труда операторов, а также расширяет возможности преобразования кодов, скоростей, форматов и процедур передачи при связи с разнотипными терминалами. При этом неважно, какого типа информацию требуется передать: текстовую, графическую, двоичную [1].

При КП все передаваемые пользователем сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Сообщением называется логически завершенная порция данных – запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т.д. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета на узел назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. В центре коммутации блоки обрабатываются и записываются в ОЗУ. Заголовок анализируется и определяется направление последующей передачи пакета. Если канал в этом направлении свободен, он передается, если занят, пакет ставится в очередь на передачу. Эта техника коммутации была разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости ПД. Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 или даже 1:100.

Достоинства КП: высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика; возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика. Недостатки КП: неопределенность скорости ПД между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов СУ зависят от общей загрузки сети; переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети; возможные потери данных из-за переполнения буферов. Разрабатаны и внедрены методы, преодолевающие недостатки для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи. Такие методы называются методами обеспечения качества обслуживания (QoS). Сети с КП, в которых реализованы методы обеспечения QoS, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные как телефонный и компьютерный. Различают два способа передачи пакетов при пакетной коммутации: дейтаграммный (разные маршруты и сборка пакетов); способ виртуального канала (передача сообщения из цепочки пакетов.

Дейтаграмма – это сообщение, к которому прикреплена информация об отправителе и получателе сообщения, при этом каждый пакет передается независимо от остальных пакетов того же сообщения, причем разные пакеты одного сообщения передаются по разным маршрутам. Поэтому пакеты поступают в приемный узел коммутации в произвольном порядке с разным временем задержки. В приемном узле восстанавливается истинный порядок следования пакетов в сообщении, заголовки пакетов стираются, и восстановленное сообщение передается получателю. Достоинствами данного способа является максимальная скорость передачи информации с минимальной нагрузкой на сеть. Одним из недостатков способа является как таковое отсутствие канала передачи. Из-за того, что дейтаграммы распределяются по свободным линиям связи, получатель пакета может сначала получить конец пакета, а через какое-то время начало, что связано с неравномерностью загрузки отдельных линий связи между разными коммутаторами сети. В связи с этим возникает необходимость буферизации получаемых данных на стороне принимающего абонента, последующей значительной обработке принятых дейтаграмм и сборке исходного пакета данных. Данный способ широко применяется в глобальных сетях типа MAN и WAN. КО в таких сетях собирается на ЭВМ, способных практически мгновенно анализировать полученную информацию и принимать решение о дальнейшей пересылке информации, а линии связи требуют применения современных и инновационных технологий.

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов) и управления процессами установления соединения на АТС применяются коммутационные приборы - устройства, обеспечивающие скачкообразное изменение проводимости электрических цепей, на определенный промежуток времени. Различают приборы контактные и бесконтактные. В контактных приборах проводимость меняется путем замыкания и размыкания контактов, включенных в электрическую цепь. В бесконтактных приборах изменение проводимости достигается изменением параметров одного из элементов электрической цепи. Изменение проводимости электрических цепей в приборе осуществляется КЭ. К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т.д.), поэтому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, которые объединены в коммутационную группу. При этом КЭ переключаются под влиянием поступающего управляющего сигнала. По способу управления коммутационные приборы можно разделить на приборы ручной и автоматической коммутации. Приборы ручной коммутации управляются механическим воздействием человека (ключи, кнопочные переключатели, телефонные гнезда и штепсели). Приборы коммутации управляются электрическими сигналами. В коммутационном приборе в зависимости от числа входных и выходных линий может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп, обеспечивающая коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в этом поле прибора называется точкой коммутации [7]. Для коммутации цепей используются приборы, которые обеспечивают два устойчивых состояния КЭ. При этом цепь, проходящая через КЭ, в одном состоянии разомкнута (т.е. закрытое состояние), а в другом замкнута. Коммутационные приборы различаются структурными и электрическими параметрами. К структурным параметрам относятся: число входов n; число выходов m; доступность входов D по отношению к выходам; число одновременно коммутируемых электрических цепей l (проводность); свойство памяти. Производными от этих параметров является общее число точек коммутации T, число коммутационных групп и число КЭ, а также максимальное число одновременных соединений. К электрическим параметрам относятся: сопротивление КЭ в закрытом (разомкнутом) состоянии R_З, и открытом (замкнутом) состоянии R_o, отношение которых называется коэффициентом K=R_з/R_o; время переключения КЭ из одного состояния в другое; вносимое затухание в разговорный тракт; уровень шумов; напряжение питания; величина тока, для переключения КЭ; потребляемая мощность [5].

Лекция 5. Классификация коммутационных приборов

 

Коммутационные приборы по структурным параметрам можно разделить на типы: реле, искатели, многократные соединители и соединители. Приборы типа реле (1x1) имеют один вход и один выход (см. рисунок 5.1). Число входов и выходов прибора указывается в круглых скобках, где первая цифра - число входов п, а вторая - число выходов т. Прибор имеет два состояния, в одном из которых соединение между входом и выходом отсутствует, а в другом - соединение установлено. Переход из одного состояния в другое осуществляется под воздействием сигнала, который поступает на вход R из устройства управления.

 

 

Рисунок 5.1 – Коммутационный прибор типа реле (1х1)

 

Коммутационный прибор типа искателей (1хm) имеют один вход n = 1 и т выходов (см. рисунок 5.2). В приборе можно установить соединение входа с любым из т выходов, доступность прибора D = т. При этом одновременно в приборе может быть установлено одно соединение.

 

 

Рисунок 5.2 – Коммутационный прибор типа искателей (1хm)

 

Коммутационный прибор типа многократных соединителей n(1хm) имеют n входов и пт выходов (см. рисунок 5.3). Каждому входу из п доступны только т определенных выходов, D = т из общего числа выходов - пт. Одновременно может быть установлено п соединений.

 

 

Рисунок 5.3 – Коммутационный прибор типа n(1xm)

Коммутационный прибор типа соединителей (nхm), имеют п входов и т выходов (см. рисунок 5.4). Каждому из п входов доступен любой из т выходов, D = т. В приборе одновременно может быть установлено п соединений, если п<т или т соединений, если n>т. С помощью коммутационных приборов строятся КБ, ступени искания и коммутационные поля автоматических телефонных (телеграфных и др.) станций и узлов, УУ, линейные и служебные комплекты [7].

 

 

Рисунок 5.4 – Коммутационный прибор типа соединителя (nxm)

 

Приборы и элементы, применяющиеся в коммутационном и управляющем оборудовании СК, приведены в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1 – Приборы и элементы систем коммутации

 

Основными частями реле являются: электромагнит (обмотка с сердечником), якорь (стальная подвижная пластина) и набор (пакет)я контактных пружин или контактная система. Обмотка реле выполняет функцию управляющей части реле. Для обмотки используется медный эмалированный провод марки ПЭЛ диаметром 0,06…1мм. Реле может иметь от 1 до 4 рабочих обмоток, кроме того может иметь бифилярную обмотку (петлевая), которая используется в схемах приборов а качестве дополнительного сопротивления.

Геркон – герметизированный магнитоуправляемый контакт представляет собой стеклянный баллон длиной 20-80 мм, диаметр 2-6 мм, внутри которого находится контакт-деталь изготовленная из ферромагнитного материала пермолоя. Стеклянный баллон наполнен инертным газом (азот, водород). Контакт-деталь может иметь различную конструкцию. Нейтральные герконовые реле имеют от 1-6 герконов, расположенных внутри катушки, закрытой ферромагнитным корпусом, являющийся одновременно экраном и магнитопроводом. При прохождении тока по обмотке любого направления возникает магнитный поток, который замыкается через корпус и контактные пружины, которые намагничиваются и притягиваются друг к другу создавая электрический контакт. При выключении тока пружины под действием сил упругости размыкаются. Герконовые реле имеют малое время срабатывания (2-3мс) и малое время отпускания 0,5мс по сравнению с реле РПН (t_сраб=8-30мс, t_отп=8-20мс) и РЭС14 (t_сраб=10-30мс, t_отп=5-12мс), а также более стабильное сопротивление контакта, малую потребляемую мощность, малые габариты и массу. Недостаток большое время вибрации герконов при их замыкании (0,3-0,5мс). Гезаконовые реле имеют: герметизированные запоминающие контакты и две обмотки, каждая из которых охватывает одну из пружин. Если управляющие импульсы в обоих обмотках создают магнитодвижущую силу одного направления, то магнитный поток будет равен сумме потоков, создаваемых обмотками – пружины притягиваются друг другу и после окончания управляющих импульсов останутся в притянутом положении (остаточного намагничивания). Для размыкания контактов необходимо подать в одну из обмоток импульсы тока обратного направления.

Ферриды – герконовые реле, обладающие свойством памяти, т.е. способностью удерживать рабочее состояние после прекращения управляющего воздействия, обеспечшее его перевод из исходного состояния.

В состав электромеханических искателей обычно входят: контактное поле (статор - неподвижный узел), состоящее из изолированных ламелей, к которым подключаются выходы m; ротор со щетками, последовательно перемещающийся между ламелями. К щеткам подключается коммутируемая линия (вход); привод, обеспечивающий движение ротора. Искатели классифицируют: по количеству и виду движений ротора (вращательные, подъемно-вращательные); по структуре контактного поля (декадное и недекадное). В коммутационных системах используются ШИ-11 и ШИ-17, а также ДШИ, имеющие 100 выходов.

В АТСК применяются МКС, которые представляет собой многопозиционный электромагнитный коммутационный прибор. КЭ МКС являются металлические контакты релейного типа, выполненные из благородных металлов. Принцип работы МКС основан на принципе координатной сетки. К вертикальным шинам сетки подключаются входы, а к горизонтальным – выходы, и в местах пересечения шин создаются коммутационные точки, позволяющие соединить вход с любым выходом. Конструктивно МКС – коллективное реле с большим числом контактных пружин. Основными элементами его являются вертикальные блоки, или вертикали. Каждая вертикаль содержит контактные струны (шины) и m групп контактных пружин, составляющих контактное поле вертикали. Состояние контактов в группах вертикали обусловлено работой двух электромагнитов с рейками: удерживающего УЭ с рейкой УР и выбирающего ВЭ с рейкой ВР. Каждая вертикаль имеет свой УЭ, а число ВЭ равно числу контактных групп m. Ранее выпускались МКС, имеющие 10 или 20 вертикалей (входов) и 10 выходов при 6- или 12-проводных цепях. Принята следующая условная запись: МКС – nхmхl, где n - число вертикалей, m - емкость вертикалей, l - проводность коммутируемых цепей (МКС-10х10х12 и МКС-20х10х6). МКС могут быть реализованы на герконовых реле. На практике используются герконовые соединители типа МГС-8х8х2 и МГС-8х8х4, имеющие 8 входов, 8 выходов и обеспечивающие соответственно двух- и четырехпроводную коммутацию. МКС характеризуются малым временем установления соединения, надежностью. В качестве КЭ могут применяться бесконтактные (электронные) элементы – электронные ключи. Одним из основных частей коммутационного узла является КП, которые могут строиться с использованием как одного признака разделения каналов, например пространственного, так и одновременно нескольких признаков, например пространственного и временного. На рисунке 5.5 представлена структура КП, состоящего из трех частей а, b и с [5].

 

 

Рисунок 5.5 – Структура коммутационного поля

 

С помощью коммутационное поле через внутристанционные линии V₁ и V₂  N входов соединяются с М выходами. В звене а осуществляется переход от большого числа входов N (АЛ) к меньшему числу внутристанционных линий V, т.е. выполняется функция сжатия. В звене b коммутационного поля внутристанционные линии V₁ коммутируются с внутристанционными линиями V₂ (функция коммутации). В звене с осуществляется переход от внутристанционных линий V₂ к требуемому числу выходов М, т.е. выполняется функция расширения. В коммутационном поле звенья a, b и с представляют собой ступени искания, которые, в свою очередь, могут состоять из соединенных между собой однотипных КБ (совокупность коммутационных приборов, имеющих все или часть общих входов или выходов). Соответствующим объединением входов или выходов коммутационных приборов можно получить КБ с требуемыми структурными параметрами для построения полей или его отдельных частей. От структурных параметров зависят пропускная способность блока и потери сообщения, которые могут иметь место при установлении соединения через данный блок. Число выходов блока, с которыми может быть соединен вход, называется доступностью D.

Лекция 6. Однозвенные коммутационные схемы

 

Простейшую коммутационную схему можно представить в виде прямоугольной (или квадратной) решетки, составленной из точек коммутации, которая может быть использована для соединения любого из входов с любым из выходов, следовательно, она является полнодоступной и неблокирующей схемой. Прямоугольные решетчатые структуры, составленные из точек коммутации обеспечивают только межгрупповые (транзитные) соединения. И применяются на удаленных концентраторах; на распределителях вызовов; на ОС или при установлении транзитных соединений; на отдельных звеньях многозвенных коммутационных схем. В случае, когда число выходов в группе достаточно велико, можно обеспечить каждому входу доступ не ко всем, а лишь к ограниченному числу выходов. Переход к схемам с ограниченной доступностью – экономия точек коммутации. Неполнодоступное включение также может использоваться на отдельных звеньях многозвенных коммутационных схем большой емкости, где существует более одного пути к любому заданному выходу. Например, если требуется соединить входы 1 и 8 с группой выходов, то следует выбрать выходы 1 и 3, а не 1 и 4 с тем, чтобы избежать 6локировки входа 2. При необходимости выполнения условия полнодоступности каждой паре вход-выход (за исключением одноименных) ставится в соответствие индивидуальная точка коммутации. На рисунке 6.1 приведена квадратная и на рисунке 6.2 треугольная коммутационные схемы, которые можно использовать для установления всех возможных взаимных соединений двухпроводных линий. При этом каждая из двухпроводных линий используется для передачи информации в обоих направлениях и, следовательно, одновременно является как входом, так и выходом коммутационной схемы [9].

 

 

Рисунок 6.1 – Квадратная двухпроводная коммутационная схема

 

 

Рисунок 6.2 – Треугольная двухпроводная коммутационная схема

Пунктирные линии указывают на то, что соответствующие входы к выходы коммутационной схемы соединены друг с другом так, что обеспечивается двухсторонняя связь по двухпроводным цепям. Обе схемы позволяют установить любое соединение путем выбора одной точки коммутации. Квадратная коммутационная схема (симметричная), позволяет любое соединение устанавливать двумя путями. Например, при коммутации линии i с линией j, соответствующая точка может быть выбрана либо на пересечении входа i с выходом i, либо на пересечении входа j с выходом i. Обычно это определяется тем, какой вход требует обслуживания: если i, то выбирается точка (i,j), если j, то выбирается (j,i). В треугольной коммутационной схеме исключены все избыточные точки. Однако, перед установлением соединения между входами i и j необходимо определить, какой из них больше по номеру. При i больше j выбирается точка (i, j), при j больше i выбирается точка (j, i). Коммутационные системы для четырехпроводных цепей требуют установления раздельных соединений – для прямой и обратной ветви цепи передачи. Т.о., при обслуживании каждого требования необходимо одновременно задействовать две точки коммутации. Вход четырехпроводной коммутационной схемы соединяется с парой проводов, образующих исходящее направление передачи. При установлении соединения между четырехпроводными цепями i и j в коммутационной схеме синхронно включаются обе точки коммутации: (i, j) и (j, i).Однозвенная полнодоступная коммутационная схема, имеющая N входов и M выходов представляет собой простейший коммутатор (см. рисунок 6.3).

 

 

Рисунок 6.3 – Полнодоступный коммутатор

 

Поскольку вход с выходом соединяется лишь через одну индивидуальную точку коммутации, то граф коммутационной схемы представляет собой один узел. Следовательно, для однозвенного полнодоступного коммутатора вероятность блокировки равна нулю. Для уменьшения точек коммутации используются звеньевые коммутационные схемы, в которых коммутаторы соединены каскадно.

Сокращение объема оборудования в многозвенных схемах ведет к увеличению потерь сообщения из-за возникновения внутренней блокировки (состояние коммутационной схемы, при котором некоторые свободные выходы в процессе установления соединения становятся недоступными из-за занятости промежуточных линий, необходимых для данного соединения). В исходном состоянии двухзвенный КБ является полнодоступным, т.е. все выходы доступны всем входам (см. рисунок 6.4).

 

 

Рисунок 6.4 – Структурные параметры двухзвенного КБ

 

Однако в процессе занятия выходов это условие нарушается и доступность уменьшается. Например, если установлено соединение одного входа первого коммутатора звена A с выходом первого коммутатора звена В, то при этом занимается единственная промежуточная линия (ПЛ), соединяющая эти коммутаторы. Остальные выходы первого коммутатора звена В становятся недоступными для входов первого коммутатора звена А. Вызовы, поступившие на эти входы, получают отказ в соединении, хотя и имеются свободные выходы в КБ. Следовательно, внутренние блокировки снижают пропускную способность КБ и увеличивают его потери. Однако при рациональном построении звеньевых схем эти потери можно свести к величинам, не выходящим за пределы установленных норм. При этом достигается существенная экономия коммутационного оборудования АТС.

Звеньевые КБ нашли применение в АТСК, АТСКЭ и электронных СК. Двухзвенный КБ имеет следующие структурные параметры:  - число коммутаторов звена А;  - число входов в один коммутатор звена А;  - число выходов из одного коммутатора звена А;  - число коммутаторов звена В;  - число входов в один коммутатор звена В;  - число выходов из одного коммутатора звена В. Между структурными параметрами КБ существуют соотношения:  - число входов КБ;  - число выходов КБ;   - общее число ПЛ. Кроме того, двухзвенный КБ характеризуется коэффициентом связности f_АВ и коэффициентом расширения (сжатия) . Связность - это число ПЛ, связывающих каждый коммутатор звена A с каждым коммутатором звена В. Для однозвенного КБ f_АВ=1. При >1 имеет место расширение на звене А, т.е. переход от меньшего числа линий к большему N<V. Если <1, то имеет место сжатие (концентрация), т.е. переход от большого числа линий к меньшему N>V.

КП АТСКЭ строится по звеньевому принципу с использованием МГС, МФС или МИС. На основе соединителей создаются более крупные КБ с требуемыми структурными параметрами АТС. Параметры соединителей на различных звеньях КП могут быть неодинаковыми. Наиболее распространенными являются соединители емкостью 2х2, 2х4, 4х4, 4х8, 8х8, реже (8х16 и 16х16). В АТСКЭ находят применение КБ: блоки смешивания и блоки концентрации. Блок смешивания имеет одинаковое число входов и выходов и предназначен для смешивания нагрузки. На рисунке 6.5 приведена блока смешивания, построенного на соединителях емкостью 8×8, который имеет структурные параметры: общее число входов N=64, число ПЛ V=64, общее число выходов М=64, коэффициент связности между коммутаторами звеньев А и В f_AB=1 и коэффициент концентрации σ=1. Число входов в каждый коммутатор звена B n_B = 8, число выходов из каждого коммутатора звена А m_А = 8, число коммутаторов на звене A k_A = 8. Число входов в коммутаторы звена В n_B=8, число выходов m_B=8 и число коммутаторов k_B=8

 

Рисунок 6.5 – Коммутационный блок смешивания 64х64х64

 

На рисунке 6.6 схема двухзвенного блока концентрации для перехода от 64 входов к 16 выходам (4:1). В этой схеме на звене А используются четыре однозвенных неполнодоступных блока 16×8 с доступностью D=4. На звене В имеется четыре блока емкостью 8×4. Параметры блока концентрации: N=64; V=32; M=16; f_AB=2; σ=0,25.

 

 

Рисунок 6.6 – Коммутационный блок концентрации 64х32х16

Лекция 7. Координатные АТС малой, средней и большой емкости

 

В системах АТСК используются три ступени искания: АИ, ГИ и РИ. На рисунке 7.1 представлена  схема АТСК с четырехзначной нумерацией без учета ее работы в окружении других АТС. Ступень АИ при исходящей связи работает в режиме свободного искания (поиск незанятого исходящего шнурового комплекта ИШК через блоки АВ), а при входящей связи - в режиме линейного искания (DCBA). На ступени ГИ осуществляется режим группового искания (выбор группы линий), а на ступени РИ - режим свободного искания (поиск незанятого АР).

 

 

Рисунок 7.1 – Функциональная схема АТСК (с одной ступенью ГИ)

 

ШК используются при установлении соединения и заняты при разговоре, его функции: участвуют в подключении регистра к соединительному тракту; активизируют АОН и передают поступающую информацию о категории и номере вызывающего абонента; посылают абонентам информационные сигналы; принимают от абонентов линейные сигналы; обеспечивают цепи питания микрофонов ТА. Используются виды ШК: исходящий ИШК, входящий ВШК, ВШКМ при входящем междугородном соединении и ИШКТ для таксофонов. При использовании двух- и трехпроводных СЛ применяются РСЛ (РСЛВ, РСЛИ), которые согласовывают проводность ступени ГИ и СЛ и предусматривают контроль исправности линии [7].

От емкости АТС и поступающей нагрузки зависит требуемое число КБ каждого типа и их структурные параметры. В блоки АИ подключаются по 1000 АЛ, включаемые в сотенные блоки АВ на звено А. Число блоков АИ определяется емкостью АТС. При исходящей связи соединение АЛ к ступени ГИ осуществляется через два звена А и В (режим свободного АИ). При входящей связи соединение входа блока с требуемой АЛ производится через звенья D, С, В, А (режим линейного искания ступени АИ). Ступени ГИ строятся из двухзвенных блоков, имеющих 80 входов, 120 ПЛ и 400 выходов. В поле ступени ГИ можно образовать максимально 20 направлений (D=20).

Ступень РИА предназначена для подключения АР к ИШК, а через него к блоку АВ и к АЛ на время приема информации о номере вызываемого абонента и установления соединения. Регистры АТСК осуществляют прием адресной информации, ее хранение и передачу в УУ - маркеры. ИШК и ВШК предназначены для осуществления питания микрофонов ТА вызывающего и вызываемого абонентов, приема сигналов отбоя. Из ВШК посылается вызов в ТА вызываемого абонента и сигнал контроля посылки вызова в ТА вызывающего абонента. В системе АТСК(У) каждый КБ имеет свое УУ – маркер (МАВ, MCD, МГИ, МРИ). Маркеры выполняют задачи поиска и выбора соединительных путей через коммутационную систему для установления требуемых соединений.

На телефонных сетях типа АТСК и АТСКУ применяются регистры: абонентские (АР), исходящие (ИР), входящие (ВР), промежуточные (ПР) и кодовые (КР). АР устанавливаются на АТС и предназначены для приема информации о номере вызываемого абонента, передаваемом вызывающим абонентом посредством номеронабирателя своего ТА. Информация передается импульсами в соответствии с десятичной системой счисления, принятой для нумерации АЛ. АР взаимодействуют с УУ ступеней искания в процессе установления соединений. ИР включаются на выходах исходящей станции или транзитного узла и предназначены для приема информации из АР и взаимодействия по межстанционным СЛ с УУ ступеней искания не однотипных станций. ИР используются для организации связи от АТСК к АТСДШ. Обычно 8...12 СЛ обслуживаются двумя регистрами. ВР используются при организации входящей связи от КС и узлов других систем, например при связи от АТСДШ к АТСК. ВР могут передавать адресную информацию также в ИР при транзитной связи. ВР могут устанавливаться на подстанциях для организации входящей связи от АТС неоднотипной системы. ПР используются при установлении междугородных соединений. КР устанавливаются на транзитных КУ и предназначаются для приема от АР, ВР или ИР части адресной информации (кода КУ), достаточной для выбора требуемого направления, а также для взаимодействия с УУ только того транзитного узла, на котором эти регистры установлены. Каждый регистр независимо от типа содержит следующие основные блоки (см. рисунок 7.2): устройства приема информации УПИ; счетное устройство СУ; ЗУ, число которых определяется числом цифр принимаемого номера; переключающее устройство П; устройство выдачи информации УВИ. Информация, поступающая от ТА абонентов или из других регистров в виде последовательности импульсов, воспринимается УПИ и передается в СУ.

УПИ подготавливает регистр к дальнейшей работе, обеспечивает подачу в аппарат вызывающего абонента сигнала готовности к приему номера, а затем транслирует серии импульсов, соответствующие набираемым цифрам номера, в счетное устройство. В зависимости от принятой цифры СУ устанавливается в соответствующее состояние и через подключающее устройство (П) передает информацию о принятой цифре в ЗУ1. После приема первой цифры и выдачи ее в ЗУ1 СУ возвращается в исходное состояние, а устройство П подключает ЗУ2.

 

 

Рисунок 7.2 – Функциональная схема регистра

 

Вторая серия импульсов через УПИ поступает в СУ, которое принимает эту информацию и через П передает ее в ЗУ2. Следующая серия импульсов поступает в ЗУЗ и т. д. Информация о последней цифре номера не передается в ЗУ, а запоминается СУ, которая в этом случае выполняет роль ЗУ последней цифры номера. ЗУ связаны с УВИ, которые получая сигналы запроса из УУ, выдает информацию в УУ о требуемых цифрах номера. Информация между регистрами и УУ может передаваться разными способами: по проводам соединительного тракта (разговорным проводам), по отдельному сигнальному тракту (каналу) или многопроводным способом, при котором между регистром и УУ существуют непосредственные связи. Последний способ может быть использован только при внутристанционных связях между регистром и УУ. С целью уменьшения времени занятия регистра и УУ информация между регистром и УУ передается в кодированном виде. При этом могут использоваться различные коды, отличающиеся между собой как различными признаками сигналов, на основе которых построены коды, так и быстродействием. Различают непосредственное и регистровое (косвенное) управление приборами коммутационного поля станции. Непосредственное управление применяется только на АТС с индивидуальными УУ в таких системах импульсы набора номера поступают в УУ непосредственно от номеронабирателя ТА, которое транслирует эти импульсы в приемное устройство коммутационного прибора, благодаря чему процесс коммутации осуществляется одновременно с набором номера (см. рисунок 7.3). Управление коммутационными приборами на ступенях производится последовательно по мере набора номера в соответствии с набираемыми цифрами. В АТС с непосредственным управлением УУ сравнительно просты и содержат 2-11 реле в зависимости от того, на которой ступени искания прибор установлен.

 

Рисунок 7.3 – Схема тракта с непосредственным управлением

 

При регистровом, (косвенном) управлении информация о номере вызываемого абонента воспринимается не УУ, а регистром. В АТСКЭ используются не регистры, а приемники набора номера ПНН, имеющие более простую схему и выполняющие только основные функции регистра.

В системах АТС с ПУ различают УУ с замонтированной и записанной программами. В УУ с замонтированной программой последовательность работы ФБ определяется схемной (замонтированной) логикой, заложенной в программном устройстве ЦУУ. Изменение последовательности работы ФБ обеспечивается путем перемонтажа внутри программного устройства. УУ с записанной программой – последовательность работы ФБ определяется программой, записанной в ЗУ, являющемся составной частью ЦУУ. Программа изменяется путем перезаписи программы в ЗУ ЦУУ. УУ взаимодействуют с приборами поля и комплектами, поэтому для согласования сигналов управления по быстродействию и мощности между ЦУУ и оборудованием, которым оно управляет, устанавливаются ПУУ. В АТС, имеющих электронные УУ с записанной программой, роль ЦУУ выполняют ЭУМ, использующие элементную базу и принципы построения ЭВМ. ЭУМ выполняет программы установления различных видов соединений и в соответствии с ними взаимодействует с ПУУ, а последние - с полем и линейными и станционными комплектами. Для надежности ЭУМ дублируется и ЦУУ представляет собой двухмашинный управляющий комплекс УК. ЭУМ могут работать в нескольких режимах: синхронном, с разделением нагрузки и разделением источников нагрузки. При синхронном режиме обе ЭУМ работают одновременно по обслуживанию вызова со сравнением результатов каждой команды. Если одна из машин выходит из строя, то вторая может продолжать обслуживать вызовы. В режиме разделения нагрузки вызовы обслуживаются поочередно то одной, то другой машиной. При разделении источников нагрузки каждая ЭУМ закрепляется за определенной группой источников. При выходе из строя одной из ЭУМ вторая может обслуживать вызовы. Использование ЭУМ в качестве ЦУУ позволяет отражать состояние КП (входов, выходов, ПЛ, точек коммутации) в ОЗУ и осуществлять поиск СЛ между входом и выходом поля методами машинной реализации по информации, хранящейся в ОЗУ.

 

Перечень сокращений 

АИ – абонентское искание

АК – абонентский комплект

АЛ – абонентская линия

АОН – автоматическое определение номера

АР – абонентский регистр

АТС – автоматическая телефонная станция

АТСЭ – АТС электронной системы

АМТС – автоматическая междугородная телефонная станция

АМТСЭ – АМТС электронной системы

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

АУ – абонентские установки

АЭП – акустико-электрический (микрофон) преобразователь

БСЛ – блок соединительных линий

ВИ – временной интервал

ВК – временной коммутатор

ВР – временное разделение

ВСК – выделенный сигнальный канал

ВЦЛ – входящая цифровая пиния

ВШКМ – входящий комплект междугородный

ГТС – городская телефонная сеть

ДВО – дополнительные виды обслуживания

ДШИ – декадно-шаговый искатель

ЗСЛ – заказно-соединительная линия

ЗУ – запоминающее устройство

ЗУА – ЗУ адресное

ЗУИ – ЗУ информационное

ЗТУ – зоновый телефонный узел

ЕСТ РК – Единая сеть телекоммуникаций Республики Казахстан

ИКМ – импульсно-кодовая модуляция

ИР – исходящий регистр

ИС – интеллектуальная сеть

ИЦЛ – исходящая цифровая линия

КО – коммутационное оборудование

КП – коммутация пакетов

КР – кодовый регистр

КПП – кодовый приемопередатчик

КС – коммутационная станция

КС – сети коммутацией сообщений

КСЛ – комплект соединительных линий

КУ – коммутационный узел

КЭ – коммутационный элемент

ЛБ – линейный блок

ЛВС – локально-вычислительная сеть

ЛИ – линейное искание

ЛКС – линейно-кабельные сооружения

ЛС – линии связи

МААК – модуль аналоговых абонентских комплектов

MAC – модуль акустических сигналов

МАСЛ – модуль аналоговых соединительных линий

МАИ – маркер абонентского искания

МВВ – мультиплексор ввода вывода

МГИ – маркер группового искания

МГС – многократный герконовый соединитель

МИС – многократный интегральный соединитель

МКС – многократный координатный соединитель

МККР – международный консультативный комитет по радио

МКС – многократные координатные соединители

МОС – Международная Организация Стандартизации

МРИ – маркер регистрового искания

МСУ – мультисервисный сетевой узел

МСЭ-Т – Международный Союз Электросвязи телекоммуникационный сектор стандартизации

МТС – междугородная телефонная сеть

МТУ – междугородный транзитный узел

МЦАЛ – модуль цифровых абонентских линий

МЦК – международный центр коммутации

МЦСЛ – модуль цифровых соединительных линий

МФС – многократный ферридовый соединитель

НН – номеронабиратель

ОАМТС – областная АМТС

ОВ – определитель входов

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство

ОКС – общеканальная система коммутации

ОПП – обходной  промежуточный путь

ОПС – опорная станция

ОПТС – опорно-транзитные станции

ОС – оконечная станция

ОЦК - основной цифровой канал

ОШ – общей шины

П – переключающее устройство

ПВ – приемник вызова

ПК – пространственный коммутатор

ППВ – путь последнего выбора

ПУ – программное управление

ПУУ – периферийное управляющее устройство

РАТС – районная АТС

РСЛ – комплект реле соединительных линий

РСЛВ – комплект реле соединительных линий входящий

РСЛИ – комплект реле соединительных линий исходящий

СЛМ – соединительная линия междугородная

СМО - система массового обслуживания

СПД – сеть передачи данных

СТС – сельская телефонная сеть

СЦИ – синхронная цифровая иерархия

СУ – системы управления

СУВ – сигналы управления и взаимодействия

ТА – телефонный аппарат

ТА – терминальный адаптер

ТИ – тактовые импульсы

ТСОП – телефонная сеть общего пользования

ТЧ – тональная частота

ШИ – шаговые искатели

ФБ – функциональный блокам

ЦАП –цифро-аналоговый преобразователь

ЦАТС – цифровая АТС

ЦБ – центральная батарея

ЦС – центральная станция

ЦСК – цифровая система коммутации

ЦСП – цифровая система передачи

ЦСИО – цифровая сеть с интегрального обслуживания

ЦСИС – цифровая сеть с интеграцией служб

ЦКП – цифровое коммутационное поле

ЦЛ – цифровая пиния

ЦСЛ – цифровая СЛ

ЦУУ – центральной УУ

УАК – узел автоматической коммутации

УВИ – устройство выдачи информации

УВС – узел входящего сообщения

УВСМ – УВС междугородный

УЗСЛ – узел ЗСЛ

УК – управляющий комплекс

УПАТС – учрежденческо-производственная АТС

УПИ – устройства приема информации

УС – узловая станция

УСП – сельско пригородная связб

УСС - узел спецсвязи

УУ – управляющее устройство

УЭ – удерживающий электромагнит

ЧРК – мультиплексирование с частотным разделением каналов

 

Список литературы 

1. Беллами Дж. Цифровая телефония. -М.: Радио и связь, 1986. – 544с.

2. Концепция Правительства от 04.12.2001 N 1564 «Концепция развития отрасли телекоммуникаций РК на период с 2001 по 2005 г.»

3. Абилов А.В. Сети связи и системы коммутации. - М.: Радио и связь, 2004 – 288 с.

4. сайт kunegin.narod.ru

5. Крук Б,И., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005.- 647с.

6. http://www.pirgalin.info/main/ngn-architecture.php

7. Иванова О.Н. Автоматическая коммутация. - М.: Радио и связь, 1988.-624с.

Сводный план 2010г., поз 282