Сеть связи (или телекоммуникационная сеть) — это технологическая система, которая состоит из линий и каналов связи, узлов, око

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра автоматическая электросвязь

ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ 2

Часть 2

Конспект лекций для студентов

специальности

5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2010

СОСТАВИТЕЛИ: Б.Б.Агатаева, С.А.Калиева, Л.П.Прилепкина. Основы радиотехники, электроники и телекоммуникаций 2. Часть 2. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АИЭС, 2010.-66 с.

Конспект лекций соответствует программе курса и предназначена для всех форм обучения по специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации для изучения дисциплины «Основы радиотехники, электроники и телекоммуникаций 2». Конспект состоит их двух частей. Во второй части конспекта рассмотрены архитектура и топология сетей связи и систем коммутации, методы коммутации каналов и пакетов. Описаны принципы построения аналоговых и цифровых телекоммуникационных систем, сетевые технологии.

Содержание

Стр.

17 Лекция	Сети связи и системы коммутации	4
18 Лекция	Сеть связи	7
19 Лекция	Эталонная модель взаимодействия открытых систем	11
20 Лекция.	Коммутация каналов и коммутация пакетов	15
21 Лекция.	Сети абонентского доступа (САД)	19
22 Лекция.	Сетевые технологии X.25	23
23 Лекция.	Сетевые технологии Frame Relay	27
24 Лекция.	АТМ – технология высокоскоростных сетей	31
25 Лекция.	Общая характеристика телекоммуникационных систем	35
26 Лекция.	Способы предоставления и преобразования сообщений, сигналов и помех	38
27 Лекция.	Виды сигналов и помех в телекоммуникационных системах	42
28 Лекция.	Принципы преобразования аналоговых сообщений в цифровую форму	45
29 Лекция.	Каналообразующие системы и передача сигналов	49
30 Лекция.	Цифровые телекоммуникационные сети	53
31 Лекция.	Синхронная цифровая иерархия	57
32 Лекция.	Достоинства цифровых сетей на основе СЦИ	61
Список литературы		65

17 Лекция Сети связи и системы коммутации

Цель лекции: для понимания сетей связи и систем коммутации необходимо вначале изучить основные понятия телекоммуникаций, структуру и назначение телекоммуникационных систем.

Термины и определения

Электрическая связь (телекоммуникация) - передача или прием знаков, сигналов, голосовой информации, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио, оптической и другим электромагнитным системам. (Закон Республики Казахстан о связи)

Электросвязь (Telecommunication) — это любое излучение, передача и/или прием электрических сигналов, которые представляют знаки, голосовую информацию, письменный текст, изображения, звуки или сообщения любого рода по радиосистеме, проводной, оптической и другим электромагнитным системам”. (Рекомендация ITU-T G.701).

Таким образом, электросвязь это – телекоммуникация.

Информация - сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах.

Сообщение - форма выражения (представления) информации, удобная для передачи.

Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение. Отображение сообщения обеспечивается изменением какой-либо физической величины, характеризующей процесс. Эта величина является информационным параметром сигнала.

Телекоммуникационные системы. Определение телекоммуникационной системы:

Рисунок 17.1 - Типичная телекоммуникационная система

Система электросвязи - совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений.

Канал связи – совокупность технических средств (преобразователей) и среды распространения, обеспечивающих передачу сигнала на расстояние, рисунок 17.2.

Рисунок 17.2 – Канал связи

Канал связи является – одноканальной телекоммуникационной системой.

Многоканальная телекоммуникационная система обеспечивает передачу многих сообщений по одной линии связи, рисунок 17.3.

Рисунок 17.3 - Многоканальная телекоммуникационная система

Преобразование сигналов в ТКС осуществляется в преобразователе сигналов, структура преобразователя сигналов приведена на рисунке 17.4.

Рисунок 17.4 - Преобразователь сигналов

Передающий преобразователь сигнала включает кодер источника, кодер канала и модулятор.

Приемный преобразователь сигнала включает декодер источника, декодер канала и демодулятор.

Кодер источника осуществляет сжатие информации.

Декодер источника выполняет восстановление информации из сжатого сигнала.

Кодирование источника позволяет устранить избыточность, имеющуюся в исходном сообщении.

Кодер канала вводит дополнительную избыточность с целью повышения помехоустойчивости

Декодер канала выполняет удаление избыточности из полученного сигнала и его исправление в случае необходимости

Кодирование канала позволяет повысить помехоустойчивость передаваемых сообщений.

Модулятор изменяет спектр сигнала с целью его передачи по конкретной линии связи

Демодулятор осуществляет перенос спектра принятого сигнала в первичную полосу. Модуляция позволяет решать несколько задач:

-повышение помехоустойчивости;

-уплотнение линий связи (создание нескольких каналов связи на одной линии связи)

-повышение скорости передачи сигналов

Для модуляции используются различные методы:

-аналоговые (амплитудная, частотная, фазовая);

-цифровые (различные методы манипуляции, многопозиционные методы модуляции – КАМ, ОФМ и т.д.);

Принцип формирования ИКМ сигналов.

В основу принципа формирования ИКМ сигналов используется теорема Котельникова (Шеннона): любой аналоговый (непрерывный), сигнал может быть дискретизирован, и восстановлен на противоположном конце, если частота дискретизации будет в два раза превышать верхнею частоту этого сигнала.

Дискретизированные импульсы соответствуют амплитуде мгновенных значений этого сигнала. Эти преобразования называются импульсно-амплитудной модуляцией. Мгновенные значения сигнала содержатся на огибающей АИМ сигнала. Между выборками, передающим в каждом периоде один раз, свободные временные позиции занимаются для передачи выборок других каналов. Таким образом, дискреты передаются один за другим циклически в виде временно уплотнённых АИМ сигналов.

Применение импульсно-кодовой модуляции обеспечивает высокую помехозащищённость передаваемой информации. В процессе ИКМ каждому дискретному значению сигнала присваивается определённое кодовое слово.

При амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда импульсов, а длительность и частота следования остаются постоянными. Преобразование сигналов из аналоговой в цифровую форму существенно увеличивает их помехозащищённость при передаче, так как приёмник должен регистрировать два состояния передаваемого сигнала, или его наличие (приём единицы), или его отсутствие (приём нуля).

Квантование.

Любая техника обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность, поэтому нет никакой необходимости передавать всё бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством. Эти разрешённые для передачи амплитудные значения сигналов называются уровнями квантования, выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов. Полученный при дискретизации АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования.

Разность между истинным значением отсчёта сигнала и его квантованным значением называется ошибкой или шумом квантования.

Кодирование.

Квантование и кодирование представляют собой единый непрерывный процесс. При нелинейном кодировании для обеспечения помехозащищённости требуется 128 положительных и 128 отрицательных уровней, а кодовая группа восьми разрядная.

Кодирование осуществляется в симметричном коде, при котором шкала кодирования имеет от 0 до 128 положительных уровней и столько же отрицательных. Первый разряд восьмиразрядной кодовой комбинации определяет полярность амплитуды кодируемого сигнала; 2,3,4 разряды определяют вершину сегмента, в области которого расположен сигнал; 5,6,7,8 разряды определяют уровни в сегменте.

18 Лекция. Сеть связи

Цель лекции: изучить основные термины, используемые в теории телекоммуникационных систем.

Термины и определения.

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 (ранее применялись также термины "информационная сеть", "компьютерная сеть" и др.) — 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.

Архитектура сети — совокупность физических, логических и структурных элементов сети, связей между ними и правил их взаимодействия. Архитектура отображается иерархическим многоуровневым описанием сети в виде моделей, каждая из которых выделяет существенные элементы своего уровня абстрагирования.

Иерархичность — расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему. Используя иерархичность сеть можно расчленять на отдельные подсети (сегменты) низшего порядка. Сеть можно рассматривать как подсеть, т.е. как подсистему или элемент системы более высокого порядка и как самостоятельную систему, включающую подсистемы (сегменты) более низкого порядка. Сеть состоит из совокупности пунктов (узлов) и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и ее способность обеспечить обмен между пунктами

Топология сети

Физическая топология отражает размещение пунктов сети и и соединяющих их линий в пространстве.

Логическая топология дает представление о путях, по которым может быть организовано взаимодействие между источниками и потребителями.

Выбор топологии сети является первой задачей, решаемой при ее построении и определяется требованиями надежности и экономичности связи.

«Точка – точка» (Point-to-Point) — соединение между парой телекоммуникационных устройств.

«Радиальная» («звезда») — используется при ограниченном числе абонентских пунктов, расположенных на небольшой территории;

Полносвязная («Каждый с каждым») - Высокая надежность, отличается оперативностью и высоким качеством передачи сообщений. На практике применяется при небольшом числе узлов.

«Радиально-узловая» - Такую структуру имели городские телефонные сети, если емкость сети не превышала 80...90 тысяч абонентов.

«Кольцо» - характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены только две линии.

Кольцевая топология широко используется в ЛВС, в транспортных сетях, а также в сетях абонентского доступа, организуемых с использованием оптических кабелей.

«Двойное кольцо» - характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены только две пары линий.

Двойное кольцо образуется парами физических соединений между смежными пунктами, причем информационный поток направляется в двух противоположных направлениях, одно из которых используется как основное, а второе - как резервное.

Положительные стороны топологии «Двойное кольцо» - высокая надежность. При повреждении тракта передачи на последнем узле происходит переключение информационного потока на резервный тракт, который обеспечивает передачу информации в обратном направлении.

Архитектура ЕСТ РК.

ЕСТ Республики Казахстан является иерархической структурой и включает в себя три уровня рисунок 18.1:

Первый уровень – первичная сеть.

Второй уровень – вторичные сети.

Третий уровень – СТК определенного вида в зависимости от видов предоставляемых абонентам услуг связи.

Рисунок 18.1 – Структура первичной сети

Первичная сеть ЕСТ РК представляет собой совокупность типовых каналов передачи, сетевых трактов и типовых физических цепей, образованную на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств этой сети и соединяющих их линий связи. Первичная сеть предоставляет вторичным сетям каналы передачи и физические цепи. Первичная сеть подразделяется на магистральную, внутризоновую и местную.

Вторичные сети организуются на основе типовых каналов передачи и физических цепей первичной сети с помощью узлов и станций коммутации.

Вторичная сеть представляет собой совокупность коммутационных станций, узлов коммутации, оконечных абонентских устройств и каналов вторичной сети.

Вторичные сети могут быть магистральными и местными.

К сетям специального вида относятся выделенные сети и сети связи специального назначения.

Выделенные сети предоставляют услуги ограниченному кругу пользователей. Они не имеют присоединения к СТОП.

Сети связи специального назначения предназначены для обеспечения нужд государственного управления, обороны безопасности и охраны правопорядка.

Магистральная первичная сеть – часть первичной сети ЕСТ РК, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи и сетевых трактов разных внутризоновых первичных сетей общего пользования на всей территории страны.

Внутризоновая первичная сеть – это технологически сопряженные междугородные сети телекоммуникаций, образуемые в пределах территории одной или нескольких областей.

Местные первичные сети на участке «местный узел – оконечное устройство» являются сетями доступа.

Вторичная сеть – совокупность линий и каналов вторичной сети, образованных на базе первичной, станций и узлов коммутации или станций и узлов переключений, предназначенная для организации связи между двумя или более определенными точками.

Границами вторичной сети являются стыки этой сети с абонентскими оконечными устройствами.

Вторичными сетями следует считать телефонные сети, сети передачи данных, интегральные сети, сети радиовещания и телевидения и другие.

Сеть доступа – совокупность абонентских линий и станций местной сети, обеспечивающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть.

По территориальному признаку и назначению первичные и вторичные сети подразделяются на магистральные (междугородные для вторичных сетей), внутризоновые (зоновые) и местные (городские, сельские, комбинированные) сети, а также международные сети телекоммуникаций. Магистральные и внутризоновые первичные сети связи являются основой транспортной сети телекоммуникаций в составе СТОП РК.

Магистральная сеть – это сеть, связывающая между собой узлы областных центров связи и центральные узлы связи Республики Казахстан.

Магистральная сеть обеспечивает транзит потоков сообщений между зоновыми сетями и связанность ЕСТ Республики Казахстан, является стратегически важным компонентом ЕСТ Республики Казахстан.

Зоновые (региональные) сети – это сети, образуемые в пределах территории одного или нескольких регионов.

- местные сети — сети связи, образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территории и не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские;

- международная сеть — сеть общего пользования, присоединенная к сетям связи иностранных государств.

В настоящее время трехуровневое представление первичной сети все чаще заменяется двухуровневым: транспортная сеть и сеть доступа (абонентская сеть).

Рисунок 18.2 - Территориальные сегменты ЕСТ РК

Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции переноса (транспортирования) 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.

19 Лекция. Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Цель лекции: изучение принципов построения Эталонной модели взаимодействия открытых систем позволит получить базу для дальнейшего освоения материала по пакетным и цифровым сетям.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем. В 1984 г. ISO (Международная организация стандартизации) выпустила стандарт «Эталонная модель взаимодействия открытых систем» (Open System Interconnect - OSI)

Эталонная модель OSI является основной архитектурной моделью для систем передачи сообщений. Эта модель является наилучшим средством для изучения современных технологий связи. Эталонная модель OSI делит проблему передачи информации на 7 уровней (рисунок 19.1).

Рисунок 19.1 - Эталонная модель взаимодействия открытых систем ISO (OSI)

Для выполнения присущих уровню задач необходимо общение с соответствующим уровнем другой системы, т.е:

Уровень 1 Системы А связывается с Уровнем 1 Системы В;

Уровень 2 Системы А - с Уровнем 2 Системы В и т.д.

Выполнение этих задач осуществляется через выше- и нижестоящие уровни данной системы

Прикладной процесс Системы А сообщается с Уровнем 7 (верхний уровень).

Уровень 7 сообщается с Уровнем 6

Задача Уровня 1 - отдавать (а также забирать) информацию в физическую среду.

После того, как информация проходит через физическую среду и принимается Системой В, она поднимается через слои Системы В в обратном порядке (сначала Уровень 1, затем Уровень 2 и т.д.), пока она, наконец, не достигнет прикладного процесса Системы В.

Модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями разных систем. Следовательно, каждый уровень Системы А использует услуги, предоставляемые ему смежными уровнями, чтобы осуществить связь с соответствующим ему уровнем Системы В.

Протоколы и интерфейсы. Порядок взаимодействия между объектами одного и смежных уровней описываются стандартами, называемыми протоколами и интерфейсами.

Протоколы - стандарты (правила) взаимодействия объектов одного уровня с другим.

Интерфейсы - стандарты (правила) взаимодействия объектов соседних уровней.

Нижестоящий уровень называется источником услуг, а вышестоящий - пользователем услуг. Взаимодействие уровней происходит в так называемой точке предоставления услуг.

Заголовки. Обмен управляющей информацией между соответствующими уровнями разных систем производится в виде специальных «заголовков», добавляемыми к полезной информационной нагрузке.

Обычно заголовок предшествует фактической прикладной информации

Каждый нижележащий уровень передающей системы добавляет к поступившему от вышележащего уровня информационному блоку свой заголовок с необходимой управляющей информацией для соответствующего уровня другой системы, рисунок 19.2.

Рисунок 19.2

В принимающей системе производится анализ данной управляющей информации и удаление соответствующего заголовка перед передачей информационного блока вышележащему уровню.

Таким образом размер информационного блока:

- увеличивается при движении сверху вниз по уровням в передающей системе;

- уменьшается при движении снизу вверх по уровням в принимающей системе.

Назначение уровней. Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции протокола каждого уровня.

Прикладной уровень (уровень 7) - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI. Он обеспечивает услугами прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить процессы передачи речевых сигналов, базы данных, текстовые процессоры и т.д

Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные процессы, а также устанавливает и согласовывает процедуры устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

Представительный уровень (уровень 6) отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.

Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

Сеансовый уровень (уровень 5) устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними.

Кроме того, сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.

Транспортный уровень (уровень 4). Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами высших (прикладных) уровней и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, низшие уровни решают проблемы транспортировки данных.

Транспортный уровень обеспечивает услуги по транспортировке данных, что избавляет высшие слои от необходимости вникать в ее детали. Функцией транспортного уровня является надежная транспортировка данных через сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).

Сетевой уровень (уровень 3) - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами.

Поскольку две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Канальный уровень (уровень 2) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал.

Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации

Физический уровень (уровень 1) определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики установления, поддержания и разъединения физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как величины напряжений, параметры синхронизации, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

Физической средой в различных телекоммуникационных системах могут быть самые разнообразные средства от простейшей пары проводов до сложной системы передачи синхронной цифровой иерархии. Данный курс лекций посвящен рассмотрению именно физических сред и физического уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем.

20 Лекция. Коммутация каналов и коммутация пакетов

Цель лекции: изучение принципов коммутации каналов и коммутации пакетов позволит получить представление о коммутации и коммутаторах различных цифровых сетей.

Методы коммутации. Коммутация – это процесс

- установления соединения между определенными входом и выходом системы;

- поддержания его на время передачи информации пользователя;

- последующего разъединения.

Существуют следующие методы коммутации:

- коммутация каналов (Circuit Switching дословном переводе коммутация цепей);

- коммутация сообщений (Message Switching);

- коммутация пакетов (Packet Switching).

При коммутации каналов:

- сначала создается сквозной канал связи;

- затем по этому каналу связи в реальном масштабе времени осуществляется обмен информацией;

- после завершения обмена канал связи разрушается.

При коммутации каналов системные ресурсы, в основном, используются на установление соединения. Лишь небольшая часть системных ресурсов используется на поддержание соединения. Обмен в реальном масштабе времени определяет основную область применения коммутации каналов – передачи речевых сообщений. Недостаток коммутации каналов – низкая эффективность использования канала связи. Следствие: высокая стоимость эксплуатации канала связи.

Коммутация сообщений:

- обмен данными производится не в масштабе реального времени;

-сквозное соединение между входом и выходом системы не требуется;

- избыточные сообщения не теряются, а запоминаются и передаются с задержкой.

Недостатки коммутации сообщений:

- длительное время доставки сообщений;

- непригодность для обмена речевыми сообщениями.

Основное применение - документальная электросвязь (телеграфия, факсимильная связь).

Коммутация пакетов

При коммутации пакетов сообщение разбивается на блоки определенного размера – пакеты. Каждый пакет передается независимо, как только освобождается доступный канал связи. На приемной стороне производится восстановление сообщения из пакетов, принятых в разное время и может быть по разным путям. Коммутация пакетов использует асинхронный способ передачи. Канал связи предоставляется только при необходимости.

Методы коммутации каналов. При коммутации каналов используются методы:

- пространственная коммутация;

- временная коммутация;

- пространственно-временная коммутация.

Понятие об ИКМ-линии. В цифровой коммутации осуществляется передача информации (кодовое слово длиной 8 бит), находящейся в канальных интервалах цикла ИКМ (цифровой ИКМ-линии). ИКМ-цикл содержит 32 канальных интервала.

При пространственной коммутации производится перемещение сигнала (кодового слова) из одной ИКМ-линии в другую ИКМ-линию, рисунок 20.1.

Рисунок 20.1 - Пространственная коммутация

Рассмотрим построение блока пространственной коммутации (БПК).

При пространственной коммутации осуществляется временное уплотнение каналов. При временной коммутации производится перемещение сигнала (кодового слова) из одного временного интервала в другой временной интервал одной и той же ИКМ-линии. Недостатки временной коммутации:

- нельзя коммутировать несколько ИКМ-линий.

Решение 1:

- использовать несколько блоков временной коммутации.

Решение 2:

- использовать пространственно-временную коммутацию.

При пространственно-временной коммутации происходит передача кодового слова из одного канального интервала ИКМ-линии в другой канальный интервал второй ИКМ-линии.

Многозвенные коммутационные схемы. Эффективным средством уменьшения стоимости коммутационной системы является создание многозвенных коммутационных схем. Наиболее часто используются схемы:

-пространство—время—пространство (П-В-П), рисунок 20.2, (space-time-space – STS);

-время — пространство — время (В-П-В), (time-space-time – TST).

Применяются также и более сложные схемы:

-В-П-П-В;

- В-П-П-П-П-В.

Рисунок 20.2 - Коммутационная схема П-В-П (S-T-S)

Коммутация пакетов. При коммутации пакетов сообщение разбивается на блоки определенного размера – пакеты. Пакет – блок данных, снабженный ограничителями блока и адресной информацией, рисунок 20.4.

Рисунок 20.4 - Пакет

Ограничители блока - флаги.

В коммутации пакетов используются два метода: метод дейтаграмм, метод виртуальных каналов.

Метод дейтаграмм. Все пакеты рассматриваются как отдельные объекты.

Маршрут пакета в каждый конкретный момент времени зависит от конкретного состояния сети. При движении пакета по сети возможно нарушение исходной последовательности. Для восстановления исходной последовательности используется размещение в заголовке каждого пакета его порядкового номера.

Метод виртуального канала. Виртуальный канал – это логический путь между двумя оконечными станциями.

Создание виртуального канала:

- установление виртуального канала;

- передача адреса источника и станции назначения;

- назначение номера канала;

- передача информации;

- разъединение.

Достоинства виртуального канала:

- заголовок пакета в ВК короче заголовка дейтаграммы;

- задержки пакета в ВК меньше задержек дейтаграммы;

- не нарушается исходная последовательность следования пакетов.

Следствие: метод виртуального канала позволяет обеспечить более эффективное использование канала связи и более пригодна для транспортировки речевых сигналов.

Пакетные коммутаторы. Особенности пакетной коммутации: необходимость маршрутизации каждого пакета по адресной информации его заголовка. Рассмотрим обобщенную структуру пакетного коммутатора, рисунок 20.5.

Рисунок 20.5 - Обобщенная структура пакетного коммутатора

Каждая входная и выходная линия коммутатора снабжается отдельным контроллером. Контроллеры обеспечивают:

-анализ и трансляцию заголовков;

-буферное хранение и передачу пакетов.

Главный процессор управляет коммутатором и контроллерами.

21 Лекция. Сети абонентского доступа (САД)

Цель лекции: изучение принципов построения сетей абонентского доступа и цифровых сетей интегрального обслуживания позволит углубить знания студентов при обучении.

Понятие САД. Рассмотрим месторасположение сети абонентского доступа в структуре телекоммуникационной сети, рисунок 21.1.

Рисунок 21.1 - Сеть АД в структуре ТК сети

Сеть абонентского доступа относится к участку сети от телефонной розетки до оконечного оборудования транзитной сети (коммутатора), только к абонентской линии (АЛ).

Рассмотрим абонентскую линию. Это медная пара, состоящая из двух жил и подключающая с одной стороны терминал абонента, а с другой подключенная к станции. Параметры АЛ: двухпроводная медная пара (жила а и в), полярность: «-» на проводе «а», «+» проводе «в», напряжение питания: 60 В или 48 В постоянного тока.

Рассмотрим классический доступ – по медной (металлической) паре, рисунок 21.2.

Рисунок 21.2 – Классический доступ

САД состоит из АЛ имеющей разный диаметр жил по участкам, распределительного шкафа, распределительной коробки. Недостатки: высокие расходы на содержание.

Способы повышения эффективности использования АЛ. Означают повышение пропускной способности АЛ, т.е. увеличение количества передаваемой информации путем увеличения числа абонентов подключаемых к одной АЛ.

- спаренное включение телефонных аппаратов;

- применение каналообразующего оборудования (системы уплотнения);

- организация выноса станционного оборудования в места концентрации абонентов (подстанции);

- радиодоступ.

Спаренное включение телефонных аппаратов. Преимущества: два абонента на одной АЛ, экономия кабеля, экономия затрат.

Недостатки: один абонент разговаривает, другой отключен от АЛ, небольшая длина АЛ.

Применение каналообразующего оборудования (системы уплотнения).

Преимущества системы уплотнения: несколько абонентов на одной АЛ, экономия кабеля, экономия затрат.

Недостатки: многократное преобразование речевого сигнала.

Организацию выноса станционного оборудования в места концентрации абонентов (подстанции).

Преимущества станционного выноса: сокращение длины АЛ, за счет внедрения подстанции, возможность замыкания внутренней нагрузки на подстанции, экономия затрат на прокладку АЛ.

Недостатки: стоимость подстанции и прокладки СЛ.

Рассмотрим радиодоступ. Радиодоступ означает замену медной АЛ радиоканалом по всей её длине или на некоторых её участках. Сюда не относятся радиотелефоны (ТА с радио-трубкой), у которых радиоканал между корпусом телефона и трубкой.

Абоненты подключены через абонентский блок к базовым станциям, а те к контроллеру. Характеристики радиодоступа: быстрота развертывания, отсутствие кабельной инфраструктуры, низкая зависимость от ландшафта, высокий уровень капиталовложений, расходы на радиочастотный спектр, полоса пропускания зависит от типа используемого стандарта.

Современные технологии на сетях абонентского доступа. Существуют три основных технологии на современных САД:

- технологии xDSL;

- технология ISDN;

- оптические системы доступа.

Технологии xDSL - Digital Subscriber Line - технологии цифровой абонентской линии.

Технологий xDSL существует большое количество, рассмотрим некоторые из них. НDSL - High-bit-rate Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия имеет дуплексную скорость 2048 кбит/с. Применяется для цифровых систем передач абонентских линий (РСМ) и для модемов.

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия.

Скорость: от сети к абоненту - Макс. 6,1 Мбит/с, от абонента к сети - Макс. 640 кбит/с.

SНDSL - Symmetric High-bit-rate Digital Subscriber Line - симметричная высокоскоростная абонентская линия имеет дуплексную скорость 2048 кбит/с.

VDSL - Very High-bit-rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия.

Скорость: от сети к абоненту - Макс. 52 Мбит/с, от абонента к сети - Макс. 23 Мбит/с.

Технология ISDN – Integrated Services Digital Network - Цифровая сеть интегрального обслуживания

В ISDN существует два типа цифровых каналов:

- Первый – информационный или базовый (В-канал);

- Второй – сигнализации (D-канал).

В ISDN существует два типа доступа:

- ОСНОВНОЙ (базовый) доступ (BRA Basic Rate Access), 2B+D;

- ПЕРВИЧНЫЙ доступ (PRA Primary Rate Access), 30B+D.

Основной доступ

- Конфигурация: два основных (разговорных) канала и один сигнальный канал (2B+D)

- Скорость передачи: (2×64 + 16) кбит/с = 144 кбит/с

- Средство передачи: стандартная линия (пара медных проводов)

- Ограничение: макс. длина линии составляет 8 км при сечении проводов 0,8 мм.

Первичный доступ

- Конфигурация: 30 основных (разговорных) каналов и один сигнальный канал (30B+D).

- Скорость передачи: (30×64 + 64) кбит/с = 2 Мбит/с.

- Средство передачи: система передачи 2 Мбит/с.

Оптические системы доступа. На абонентской сети организуется сеть доступа с использованием волоконно-оптического кабеля с применением различных топологий.

Топологии:

- Точка-точка;

- Шина;

- Звезда;

- Дерево;

- Кольцо.

Пример САД с использованием волоконно-оптического кабеля топологии "кольцо" приведен на рисунке 21.3.

Услуги оптических систем доступа:

- телефонные, включая ДВО;

- передача данных на различных скоростях;

- выделенные линии двух, четырехпроводные или поток Е1;

- кабельное телевидение;

- видео-конференц связь;

- высокоскоростной выход в Internet и другие широкополосные услуги.

Рисунок 21.3 – Пример оптической системы доступа

Преимущества:

- все виды услуг, включая широкополосные;

- различные скорости передачи информации;

- различные типы интерфейсов как для подключения абонентов, так для подключения сети доступа к узлам услуг;

- высокое качество услуг;

- высокая надежность системы (резервирование);

- возможность наращивания и т.д.

Недостатки:

- большая стоимость системы;

- большой срок окупаемости.

22 Лекция. Сетевые технологии X.25

Цель лекции:для изучения сетей с пакетной передачей необходимо изучить принципы построения сетей X.25, изучить их протоколы, принципы функционирования, кадры, правила их заполнения, что позволит углубить знания студентов при обучении.

Сети Х.25. В 1976 году был принят стандарт X.25, который стал основой всемирной системы PSPDN (Packet-Switched Public Data Networks).

Сети X.25 долгое время были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Стандарт X.25 определяет интерфейс между оконечным оборудованием - терминалом (DTE - Data Terminal Equipment) и оборудованием передачи данных (DCE - Data Communication Equipment), работающим в пакетном режиме. В качестве терминала может служить ЭВМ или любая другая система, удовлетворяющая требованиям X.25. Соединение DTE - DTE осуществляется через DCE. Главной особенностью сети X.25 является использование аппарата виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети.

Виртуальные каналы предназначены для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети. Информационный обмен в сети X.25 состоит из трех обязательных фаз:

- установление вызова (виртуального канала);

- информационный обмен по виртуальному каналу;

- разрыв вызова (виртуального канала).

Существуют два вида соединений:

- switched virtual circuit (SVC) - коммутируемый виртуальный канал;

- permanent virtual circuit (PVC) - постоянный виртуальный канал.

Соединения в сети X.25.

Постоянный виртуальный канал PVC является аналогом выделенного канала.

Коммутируемый виртуальный канал (SVC) напоминает традиционный телефонный вызов и реализует обмен данными. Имеются три типа коммутируемых виртуальных каналов, работающие в дуплексном режиме, но отличающиеся направлением устанавливаемых соединений: входящий SVC, двунаправленный SVC и выходящий SVC.

Информационное взаимодействие в сети X.25 осуществляется на физическом, канальном и сетевом уровнях.

На физическом уровне могут быть использованы любые универсальные или специализированные интерфейсы. Компонентами сети являются устройства трех основных категорий, рисунок 6.1:

- устройства DTE (Data Terminal Equipment);

- устройства DCE (Data Communication Equipment);

- устройства PSE (Packet Switching Exchange).

Рисунок 22.1 – Структура сетей Х.25

Устройство PAD - Пакетный адаптер данных (packet assembler/ disassembler) является специфическим устройством сети X.25. Пакетный адаптер данных PAD предназначен для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки. Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети X.25 непосредственно через адаптер X.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы X.25. Основные функции PAD:

- сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты;

- разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы;

- управление процедурами установления соединения и разъединения по сети X.25 с нужным компьютером;

- передача символов, включающих старт-стопные сигналы и биты проверки на четность, по требованию асинхронного терминала;

- продвижение пакетов при наличии соответствующих условий, таких как заполнение пакета, истечение времени ожидания и др.

Основные функции PSE - Коммутатор Х.25:

- прием кадра LAP-B;

- ответ на него другим кадром LAP-B, в котором подтверждается получение кадра с конкретным номером;

- организация повторной передачи кадра при утере или искажении кадра.

В случае правильного приема кадра LAP-B:

- извлечение пакета Х.25;

- на основании номера виртуального канала определение выходного порта;

- формирование нового кадра LAP-B для дальнейшего продвижения пакета.

X.25 функционирует на уровнях 1-3 модели OSI, рисунок 22.2.

Рисунок 22.2 – Протоколы Х.25

Протокол физического уровня канала связи не определен. На канальном уровне используются протоколы LAP и LAP-B.

LAP-B (Link Access Procedure Balanced) – процедура доступа к соединению, сбалансированная.

HDLC (High Level Data Link Protocol) – протокол управления соединением высокого уровня.

Х.25 описывает форматы пакетов и процедуры обмена пакетами между равноправными объектами.

X.75 определяет правила согласования параметров при переходе из сети в сеть. Используется для соединения сетей таких, как X.25, на международном уровне.

MLP (Multilink Procedure) – мультиканальный протокол.

Формат пакета X.25. Формат пакета Х.25 приведен на рисунке 22.3.

Рисунок 22.3 - Формат пакета Х.25

Протокол X.25 (Packet Layer Protocol) обеспечивает для вышележащих уровней сервис с установлением соединения.

На данном уровне определены процедуры установления виртуальных соединений, передачи данных по виртуальным соединениям и разрыва виртуального соединения.

Все пакеты X.25 имеют в своем составе три общих октета:

- GFI (General Format Identifier) – общий идентификатор пакета. GFI указывает модуль VC (8, 128 или 32768 бита);

- LGN (Logical Channel Group Number) – совместно с полем LCN задает номер логического канала;

- LCN (Logical Channel Number) – задает номер логического канала;

- PTI (Packet Type Identifier) – идентификатор типа пакета.

В X.25 определен 21 тип пакета.

Формат кадра LAP-B, рисунок 22.4.

Рисунок 22.4 – Формат кадра LAP-B

Flag (Флаг) - служит для разделения кадров и всегда имеет формат 0х7Е (01111110).

Для исключения появления такой же информационной комбинации используется метод вставки бит (Bit Stuffing).

Address (Адрес) - так как LAP-B работает в режиме «точка-точка», то поле адреса служит для различения канальных команд и откликов.

Control (Управление) - служит для идентификации типа кадра, может включать порядковый номер и информацию от системы управления и контроля ошибок.

FCS (Frame Check Sequence – Контрольная последовательность кадра) - служит для контроля целостности передаваемых данных.

Недостатки сетей X.25

- ориентация на «плохие сети» и, соответственно, низкие скорости передачи (до 512 кбит/с);

- отсутствие гарантий выделения необходимой пропускной способности;

- наличие переменных задержек и невозможность использования сетей X.25 для передачи речи.

23 Лекция. Сетевые технологии Frame Relay

Цель лекции: для изучения сетей с пакетной передачей необходимо изучить принципы построения сетей Frame Relay, изучить их протоколы, принципы функционирования, кадры, правила их заполнения, что позволит углубить знания студентов при обучении.

Причины появления Frame Relay

Возросшие требования к скорости передачи данных в СПД:

- переход к передаче смешанной (текстовой и графической информации);

- необходимость устранения некоторых ранее использовавшихся процедур.

Неравномерный характер трафика в сетях:

- современные терминалы создают неравномерный трафик, для передачи которого необходимо кратковременное резкое увеличение пропускной способности.

Увеличение возможностей оконечных устройств:

- современные компьютеры позволяют реализовать задачи, ранее реализуемые на сетевом уровне.

Внедрение помехоустойчивых каналов связи:

- современные цифровые каналы связи позволяют значительно снизить уровень ошибок.

Принципы построения сетей Frame Relay. Кадр Frame Relay содержит минимальное количество управляющей информации, следствием чего является высокая эффективность передачи данных. Технология Frame Relay не имеет встроенных функций контроля доставки и управления потоком кадров. Предполагается, что каналы ПД являются достаточно надежными, а функции управления потоком выполняются протоколами верхних уровней.

Компоненты сети Frame Relay:

- устройства DTE (Data Terminal Equipment);

- устройства DCE (Data Circuit-Terminating Equipment);

- устройства FRAD (Frame Relay Access Device), рисунок 23.1.

Основу Frame Relay составляют виртуальные каналы (virtual circuits).

Виртуальный канал в сети Frame Relay представляет собой логическое соединение, которое создается между двумя устройствами DTE в сети Frame Relay и используется для передачи данных.

В сети Frame Relay используется два типа виртуальных каналов - коммутируемые (Switched Virtual Circuits, SVC) и постоянные (Permanent Virtual Circuits, PVC).

Рисунок 23.1 - Структура сети с протоколом Frame Relay

Коммутируемые каналы SVC. Процесс передачи данных с использованием SVC состоит из четырех последовательных фаз:

1. Установление вызова - на этом этапе создается виртуальное соединение между двумя DTE.

2. Передача данных - фаза непосредственной передачи данных.

3. Ожидание - SVC еще существует, однако ПД уже отсутствует (если период ожидания превысит установленное значение тайм-аута, соединение может быть завершено автоматически).

4. Завершение вызова - на этом этапе выполняются операции, необходимые для завершения соединения.

Постоянные каналы PVC. PVC представляет собой постоянное соединение, обеспечивающее информационный обмен между двумя DTE устройствами. Процесс передачи данных с использованием SVC состоит из двух последовательных фаз:

1. Передача данных - Фаза непосредственной передачи данных.

2. Ожидание - SVC еще существует, однако ПД уже отсутствует если постоянный канал PVC не используется для передачи данных, то он не может быть автоматически разорван).

Идентификаторы виртуальных каналов, рисунок 23.2. DLCI (Data-Link Connection Identifier) – идентификатор виртуального канала. DLCI определяет номер виртуального порта для процесса пользователя. Для организации обмена данными с сетью LAN1 устройство FRAD LAN2 использует ВК DLCI 200. Устройство FRAD LAN1 использует ВК DLCI 101 для организации обмена данными с сетью LAN2 и ВК DLCI 102 – с сетью LAN3. Идентификатор DLCI имеет только локальное значение и не является уникальным в пределах сети. Конкретные значения DLCI для каждого пользователя определяются провайдером.

Рисунок 23.2 - Идентификаторы виртуальных каналов

Кадры FRAME RELAY, рисунок 23.3.

Рисунок 23.3 - Кадр FRAME RELAY

Поле FLAG выполняет функцию обрамления кадра.

Поле Address (Header). В этом поле размещается информация, которая используется для управления виртуальными соединениями и процессами передачи данных в сети Frame Relay.

Поле полезной нагрузки Info в кадре Frame Relay имеет переменную длину и предназначено для переноса блоков данных протоколов верхних уровней.

Поле FCS. Содержит 16-ти разрядную контрольную сумму всех полей кадра Frame Relay за исключением поля "флаг".

Поле DLCI занимает 10 бит в заголовке кадра. В это поле коммутатор FR помещает идентификатор, используя который получатель кадра может правильно интерпретировать содержимое поля полезной нагрузки.

Биты FECN и BECN обеспечивают функционирование процедуры явного указания о возникновении перегрузки Explicit Congestion Notification. Эта процедура является одним из двух механизмов, которые обеспечивают возможность управления процессом передачи данных в сети Frame Relay.

Поле DE. Битом DE помечаются кадры, которые при возникновении ситуации перегрузки на коммутаторе FR должны быть уничтожены в первую очередь.

Поле C/R. Поле C/R - это признак «команда/ответ».

Параметры качества обслуживания Frame Relay. В качестве таких параметров в сети Frame Relay используются:

- согласованное значение информационной скорости (Committed Information Rate - CIR);

- гарантируемый объем передаваемых данных (committed burst size Bc);

- не гарантируемый объем передаваемых данных (excess burst size Be).

Значение CIR определяется для каждого PVC пользователя.

Согласованная информационная скорость - это максимальная скорость, с которой пользователь может обеспечивать информационный обмен по отдельному каналу PVC.

Сумма значений CIR всех PVC пользователя не должна превышать 75-80 процентов пропускной способности физического канала провайдера.

Гарантированный объем и интервал неравномерности трафика: Данный параметр услуги предназначен для определения временного интервала допустимой неравномерности трафика пользователя Tc в соответствии с формулой:

Тс = Bc/CIR (23.1)

Таким образом, значение Bc определяет максимальный объем данных пользователя, который может быть передан без потерь за период Тс.

Не гарантированный объем передаваемых данных. Значение Be определяет величину предельного увеличения трафика пользователя для конкретного виртуального канала PVC.

Кадрам пользователя, которые образовали добавку Be к согласованному значению Bc, присваивается признак DE, что означает их удаление при возникновении перегрузок в сети. Параметры качества обслуживания Frame Relay, рисунок 23.4.

Рисунок 23.4 - Параметры качества обслуживания Frame Relay

Недостатки Frame Relay. Технология Frame Relay не дает гарантий по задержкам передачи кадров, оставляя эту услугу сетям АТМ.

24 Лекция. АТМ – технология высокоскоростных сетей

Цель лекции: изучение сетей АТМ позволит получить полное представление о широкополосных сетях, применяющих пакетную коммутацию и пакетную передачу.

ATM - Asynchronous Transfer Mode - Асинхронный режим переноса.

- высокая пропускная способность;

- экономичный расход ресурсов сети;

- обеспечение качества обслуживания;

- позволяет обслуживать различные классы пользователей;

- гибкость системы.

Сущность технологии АТМ. Транспортирование всех видов информации пакетами фиксированной длины (ячейками), когда потоки ячеек от различных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте, рисунок 24.1.

В качестве протокольной единицы в АТМ принят пакет фиксированной длины, включающий заголовок (5 октетов) и информационное поле (48 октетов), общая длина пакета равна 53 октетам.

Рисунок 24.1 – Сущность технологии АТМ

Основные особенности АТМ:

- отсутствие защиты от ошибок и управление потоком данных на уровне звена, ориентация на соединение;

- ограниченное количество функций, которые несет заголовок пакета АТМ;

- относительно небольшая длина информационной части ячейки.

Основные компоненты АТМ. Рассмотрим основные компоненты АТМ, рисунок 24.2:

- конечные станции;

- коммутаторы АТМ;

- граничные устройства;

- каналы связи.

Рисунок 24.2 – Основные компоненты АТМ

Конечные станции (PC, сервер) имеют в своем составе сетевой адаптер АТМ, с помощью которого подключаются к сети АТМ. В роли передающей среды используется оптоволоконный кабель.

Адаптер АТМ посылает ячейки в сеть и принимает их из сети. Он также использует служебную информацию (сигнализация).

Программное обеспечение конечной станции поддерживает уровень адаптации АТМ.

Коммутатор АТМ имеет несколько (2 - min) физических порта для подключения устройств АТМ. Он связывается с другими коммутаторами или конечными станциями через физические каналы связи. Коммутатор посылает поступающие на него ячейки из входящего порта на исходящий, основываясь на содержимом полей VPI/VCI в заголовке каждой ячейки. Он также использует служебную информацию сигнализации для установления соединения, поддержания его в рабочем состоянии и закрытия. Коммутатор следит за трафиком и проверяет соблюдение условий, предъявляемых к соединению.

Граничное устройство используется для интеграции в сеть АТМ сетей, построенных на базе других технологий. Граничное устройство с одной стороны является конечной станцией АТМ и, с другой выполняет функции моста и/или маршрутизатора для передачи данных между сетью АТМ и другими сетями (Ethernet, Token Ring и т.д.). В частности оно транслирует ячейки в кадры и наоборот.

Архитектура протоколов. Поток информации в каждом логическом соединении разделяется на пакеты фиксированного размера – ячейки. ATM – это упрощенный протокол с минимальными возможностями управления потоком данных и защиты от ошибок, рисунок 24.3.

Рисунок 24.3 – Модели протоколов АТМ

Физический уровень имеет дело со спецификацией передающей среды и схемой кодирования сигналов. Заданные в нем скорости передачи данных - от 25,6 Мбит/с до 622,08 Мбит/с. Также возможны другие скорости передачи, как более высокие, так и более низкие.

Уровень ATM обеспечивает передачу пакета. Он определяет порядок передачи данных в ячейках, а также использование логических соединений.

Уровень адаптации ATM (AAL) необходим для поддержки протоколов передачи, не основанных на ATM. Этот уровень отображает информацию высших уровней на ячейки ATM, передает их и затем собирает информацию из ячеек для доставки ее на высшие уровни.

Плоскость пользователя. Обеспечивает передачу информации пользователя, а также связанные с ней функции управления (например, управление потоком данных и защиту от ошибок).

Плоскость менеджмента. Реализует функции управления вызовами и управления соединением.

Плоскость управления – управление плоскостями, т.е. выполнение функций управления относящихся к системе в целом, и координацию между всеми плоскостями и управление уровнями – выполнение функций управления, относящихся к ресурсам и параметрам, расположенным в объектах протокола.

Пакеты - Ячейки АТМ. Преимущества использования малых ячеек фиксированного размера:

- небольшие ячейки уменьшают задержку ожидания высокоприоритетных ячеек, поскольку низкоприоритетная ячейка, занявшая ресурс (например, передатчик), освободит его быстрее;

- ячейки фиксированного размера коммутируются более эффективно, что важно для очень высоких скоростей передачи данных ATM. При фиксированном размере ячейки проще реализовать механизм коммутации в аппаратуре.

Логические соединения АТМ.

Virtual Channel Connections (VCC) - Соединения по виртуальному каналу - логические соединения в ATM. Соединение VCC устанавливается через сеть между двумя конечными пользователями, и по нему с переменной скоростью проходит дуплексный поток ячеек фиксированного размера. VCC также используются для связи между сетью и пользователем (сигнализации управления) и внутрисетевого обмена (управления сетью и маршрутизации).

Virtual Path Connection (VPC) – Соединение по виртуальному тракту - представляет собой пучок VCC, имеющих одни и те же конечные точки. Таким образом, все ячейки, передаваемые по всем VCC в одном VPC, коммутируются совместно, рисунок 24.4.

Виртуальный канал (VC).

Универсальный термин, предназначенный для описания однонаправленной транспортировки ячеек ATM, объединенных общим значением уникального идентификатора.

Рисунок 24.4 – Логические соединения АТМ

Виртуальный тракт (VP).

Универсальный термин, предназначенный для описания однонаправленной транспортировки ячеек ATM, принадлежащих к виртуальным каналам, объединенным общим значением уникального идентификатора.

25 Лекция. Общая характеристика телекоммуникационных систем

Цель лекции: классификация, назначение, условия функционирования. Принципы построения, структурные схемы телекоммуникационных систем. Симметричные, коаксиальные и оптические среды передачи сигналов.

Современные системы передачи (СП) должны обеспечивать передачу различных сигналов:

- телеграфные (ТЛГ);

- телефонные (ТЛФ);

- телевизионные (TВ);

- передачи данных (ПД) и т. п.

Все эти сигналы являются случайными функциями времени и наиболее полно могут быть описаны с помощью многопарного распределения плотности вероятности. В качестве типового канала можно принять канал с эффективной передаваемой полосой частот 0,3-3,4кГц, которая соответствует ширине спектра канала телефонного сигнала. Параметры этого канала выбраны так, что по нему можно передавать и факсимильные, телеграфные сигналы со скоростью до 9600 Бод. Данный канал получил название канала тональной частоты (ТЧ). Каналы для передачи более широкополосных сигналов получаются из каналов ТЧ. Выделяют два основных вида широкополосных каналов.

Первичный – эффективно передаваемая полоса частот:

а) I – 65 ¸ 103 кГц;

б) II – 330 ¸ 530 кГц;

в) III – 900 ¸ 1900 кГц.

Каналы I и II группы используются для скоростной передачи данных и для передачи газет. Каналы III группы используются для передачи телевизионных сигналов с частотой ³ 6,5 МГц.

Вторичный – занимаемая полоса частот:

а) I – 60 ¸ 108 кГц;

б) II – 312 ¸ 552 кГц;

в) III – 812 ¸ 2044 кГц.

Все это организуется через коаксиальный кабель, через РРЛ и спутниковую связь.

Принципы построения многоканальных систем передачи. Совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу N каналов по одной физической цепи (стволу), называется N-канальной или многоканальной телекоммуникационной ситемой (МТС). В состав систем передачи, кроме среды распространения, входят оконечные и промежуточные станции. Упрощенная схема МТС показана на рисунке 25.1.

Рисунок 25.1. – Упрощенная схема МТС

При ЧРК за каждым каналом в линии закрепляется определенный спектр частот. Поэтому задача преобразователей оконечной станции заключается в переносе исходного спектра частот сигнала в полосу частот, отведенную данному каналу в линии. Это смещение или перенос частот (спектра) может осуществляться с помощью амплитудной (АМ), фазовой (ФМ) или частотной (ЧМ) модуляций. Они пропускают разные полосы частот. Затем эти сигналы объединяются в групповой сигнал, ширина которого: Δf_гр = 2N-f₁.

При временном способе разделения каналов (ВРК) по цепи передается последовательность очень коротких импульсов, амплитуда которых равняется мгновенному значению исходного сигнала в соответствующие моменты времени. После передачи импульса первого канала идут импульсы второго, третьего и i–ого, а потом снова первого, таким образом, цикл передачи повторяется. Временное разделение осуществляется достаточно просто (рисунок 25.3.). Если по цепи передается последовательность импульсов, то интервал между импульсами одного и того же канала заполняется импульсами других каналов.

ГО_пер, ГО_пр – генераторное оборудование передающей и приемной частей;

ФНЧ – фильтр нижних частот.

Рисунок 25.2. – Упрощенная структурная схема МТС с ЧРК

Частота замыкания ключа одного и того же канала называется частотой дискретизации По теореме Котельниковаf_д ³ 2*F_мах и Т_д = ,

где Т_д – период следования канальных интервалов;

f_д – частота дискретизации.

СС – синхросигнал; ФСС – формирователь синхросигнала; ПрСС – приемник синхросигнала.

Рисунок 25.3. – Упрощенная схема МТС с ВРК

В данном случае МТС с ВРК реализует амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), в которой амплитуда импульса соответствует мгновенному значению сигнала. Метод АИМ обладает очень низкой помехозащищенностью, поскольку помеха, прежде всего, воздействует на амплитуду сигнала. Поэтому, для практической реализации МСП с ВРК используют более помехозащищенные системы передач (СП). Например: использование ИКМ с фазоимпульсной модуляцией (ФИМ).

26 Лекция. Способы предоставления и преобразования сообщений, сигналов и помех

Цель лекции: понятие о терминах и определениях. Понятие и основные характеристики сигналов. Понятие и основные параметры сигналов.

Чтобы соединить между собой для передачи сообщений два или более абонента или их абонентские устройства, помимо линии передачи нужны ещё многие дополнительные устройства. Это различные преобразователи сигналов, коммутирующие устройства, промежуточные усилители и т.п. Такая совокупность технических средств и среды распространения образуют КАНАЛ ПЕРЕДАЧИ (КАНАЛ СВЯЗИ) сигнала от источника к получателю.

Канал передачи - это совокупность технических средств и среды обеспечивающих передачу сигнала ограниченной мощности в определенной области частот между двумя абонентами независимо от используемых физических линий передачи.

Все каналы чётко стандартизованы, подробно описаны и на всех линиях они одинаковы. Например, возьмём телефонный канал или канал радиовещания, то все его характеристики уже известны из рекомендаций МСЭ. Пучки каналов связи образуют ТРАКТ.

Линии передачи (линии связи) - это воздушные провода, скрученные пары проводников, собранные в многожильный кабель, коаксиальные кабели, оптоволоконные линии, волноводы, воздушная и космическая среда, т.е. это среда передачи сигнала.

Места перехода от сигналов одного вида к сигналам другого вида называют СТЫКАМИ. Стыкование для различного оборудования, линий связи, переход на междугородние и международные линии - важнейшая и трудоёмкая часть по обеспечению связи.

Сеть ВВС строится по территориальному признаку. Низшая сеть - местная -городская, районная, сельская. Далее - внутризоновая сеть - в этой сети объединяются местные сети, соединяя райцентры и города в пределах области. Как правило, внутризоновая сеть совпадает с административным делением по краям и областям. В пределах этой сети все телефонные абоненты имеют одинаковое количество цифр в наборе номера. Структура внутризоновой сети обычно радиальная, т.е. областной центр радиально соединяется с другими телефонными узлами на данной территории.

Магистральная сеть соединяет между собой все областные центры, объединяя внутризоновые сети в единую ВСС.

Для коммутации сообщений в сети в необходимых местах строятся сетевые станции (СС) - обычно на концах линии передачи или на местах сквозного транзита, и сетевые узлы (СУ) на местах, где требуется обеспечивать коммуникацию на много направлений.

Магистральная, внутризоновая и местная сеть совместно с СУ и линиями связи образует ПЕРВИЧНУЮ СЕТЬ.

Параметры и характеристики сигналов Сигналы связи во времени меняют свои мгновенные значения, причем эти изменения могут быть предсказаны лишь с некоторой (меньше единицы) вероятностью описания. Поэтому принято моделировать реальные сигналы эргодическим и стационарным (в широком смысле) случайным процессом, полученным в результате двойного усреднения — вначале по множеству реализаций определяются числовые характеристики для достаточно большого числа моментов времени, а затем эти характеристики усредняются по времени. Полученная таким образом модель отображает некоторый «среднестатистический» сигнал, параметры которого и используются при практических расчетах.

Измерения также выполняются на конечных временных интервалах, что приводит к возникновению погрешности, которая оказывается тем больше, чем меньше интервал измерений. С учетом сказанного средние параметры сигналов нормируются по-разному на интервалах 1 с, 1 мин, 1 ч.

Электрический параметр — постоянная составляющая — это среднее значение случайного процесса:

Постоянная составляющая во времени неизменна, но ее величина случайна, для многих сигналов связи постоянная составляющая равна нулю.

Электрический параметр — переменная составляющая — это центрированный случайный процесс:

Средняя мощность — это мощность переменной составляющей (постоянная составляющая при этом не учитывается, так как не несет информации):

Средняя мощность совпадает с дисперсией случайного процесса — мерой его разброса около среднего значения. Положительное значение называют эффективным или действующим напряжением сигнала.

Максимальная мощность Р_макс — это мощность синусоидального сигнала с амплитудой U_M, которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей сигнала u_~(t) с определенной, достаточно малой вероятностью ε. Для различных видов сигналов ε принимают равной 10^-2, 10^-3, а иногда и 10^-5.

Минимальная мощность Р_мин чаще всего принимается равной допустимой среднеквадратической ошибке при приеме сигналов данного вида, которая устанавливается экспериментально. В свою очередь, среднеквадратическая ошибка обычно равна средней мощности допустимой флуктуационной помехи: Р_мин = Р_пср.

Иногда минимальная мощность сигнала принимается равной мощности синусоидального сигнала с амплитудой U_Ммин, которая превышается мгновенными значениями переменной составляющей с определенной, достаточно большой вероятностью (1 — ε ).

Обычно принимают (1 — ε) = 0,98.

Возможно использование логарифмических отношений вышеназванных величин: 10lg(Pмакс/Р_ср)= Qс — пикфактор сигнала;

10lg (Pмакс / P_ср)=D_c динамический диапазон сигнала;

10lg (Р_ср /Р_ncp)=А_пзс — помехозащищенность сигнала. Две последние величины используются и для характеристик трактов передачи сигналов. При этом динамический диапазон тракта равен D_T=10lg(P_изм/Р_ncp), где Р_нм — неискаженная мощность на выходе тракта, помехозащищенность тракта — А_зт=10lg(P_изм/Р_ncp),где P_изм- мощность измерительного сигнала на выходе. Тогда при передаче сигналов должны выполняться следующие неравенства:

D_T> D_c; А_зт> А_пзс; P_ср< P_изм .

Для оценки скорости изменения сигнала используют функцию автокорреляции

Очевидно, что при τ = 0 R(0) = P_ср. Величина r(τ) = R(τ)/R(0) называется коэффициентом автокорреляции. Собственно мерой скорости изменения сигнала является интервал корреляции т₀ — время, через которое практически утрачивается статистическая зависимость между u_~(t) и u_~(t+ τ). В частности, интервалом корреляции считается основание прямоугольника, площадь которого равна площади, заключенной под функцией автокорреляции, а высота —R(0).

Эффективная ширина энергетического спектра сигнала равна основанию прямоугольника, площадь которого равна площади, заключенной под кривой G(f), а высота— максимальной спектральной плотности G_макс(f), т.е.

Очевидно, что F_э= 1/2 τ₀.

Эффективную ширину энергетического спектра сигнала не следует смешивать с эффективно передаваемой полосой частот сигнала, которая устанавливается экспериментально исходя из необходимо высокого качества передачи.

Потенциальный информационный объем цифрового сигнала V_цс_макс может быть найден по формуле Шеннона для определения объема сигнала

где F_т, — тактовая частота, т. е. число передаваемых отсчетов сигнала в секунду; I — число разрешенных значений отсчетов (разрешенных уровней); р_i, — вероятность появления отсчета с уровнем если положить, что все уровни отсчетов равновероятны, т. е. р_i = р_j= 1/I. Тогда V_цс_макс = F_т log₂I .

Аналоговый сигнал согласно теореме Котельникова может быть представлен последовательностью дискретных отсчетов, следующих с частотой F_Д = 2 F_В, причем

F_В — верхняя частота эффективно передаваемого спектра сигнала. Число уровней сигнала, которые можно различить на приеме, может быть найдено как

Тогда

27 Лекция. Виды сигналов и помех в телекоммуникационных системах

Цель лекции. понятие о первичных сигналах электросвязи. Область применения и основные характеристики. Параметры первичных электрических сигналов.

В настоящее время системы электросвязи предназначены для передачи следующих первичных сигналов: телефонирования, звукового вещания, телеграфирования и передачи данных, факсимильных, телевизионного вещания. Рассмотрим основные параметры и характеристики этих сигналов.

Сигналы телефонирования представляют собой последовательности речевых импульсов, отделенных друг от друга паузами. Речевые импульсы соответствуют звукам речи, произносимым слитно, и весьма разнообразны по форме и амплитуде. Длительности отдельных импульсов также отличаются друг от друга, но обычно они близки к 100...... 150 мс. Паузы между импульсами изменяются в значительно большем диапазоне: от нескольких миллисекунд (междуслоговые паузы) до нескольких минут или даже десятков минут (паузы при выслушивании ответа собеседника).

Частотный спектр речевого сигнала очень широк, однако, экспериментально было установлено, что для передачи с достаточно высоким качеством (с удовлетворительной натуральностью и разборчивостью слогов — 90 % и фраз — 99 %) можно ограничиться полосой частот 0,3. ..З,4 кГц.

Рисунок 27.1 - Плотность вероятности динамических уровней телефонного сигнала и его динамический диапазон

Величина пикфактора сигнала при этом равна

Отношение у_тф = 10lg(P_тф/Р_изм), дБм0 называется динамическим уровнем (волюмом) ТФ сигнала. В этом выражении Р_изм — мощность измерительного сигнала в точке тракта, где проводится исследование. Согласно рекомендациям МСЭ-Т волюмы измеряются специальным прибором (волюмметром), обеспечивающим квадратичный закон суммирования колебаний различных частот, имеющим логарифмическую шкалу (в децибелах) и постоянную времени (время интегрирования) Т_н = 200 мс. Статистическими исследованиями установлено, что распределение волюмов подчиняется гауссовому закону со средним значением у_тфср= -12,7 дБм0 и среднеквадратическим отклонением σ_у, = 4,3 дБ (рис. 27.1.).

где W(у) — плотность распределения волюмов, у_тфср - среднее значение волюма, а σ_у- его среднеквадратическое отклонение.

Уровень P_{тф ср}, соответствующий средней мощности в ТНОУ может быть найден в результате перехода от среднего логарифма к логарифму среднего по формуле

тогда P_{тф ср} = 1· 10^0,1^(-10,57) = 88 мкВт0 — средняя мощность ТФ сигнала в ТНОУ без учета пауз.

Влияние пауз учитывается посредством коэффициента активности Ка источника сигнала. Он равен отношению времени, в течение которого уровень сигнала на его выходе превышает установленное пороговое значение (обычно —40 дБм0), к общему времени разговора. Для ТФ сигналов Ка = 0,25. Тогда средняя мощность ТФ сигнала с учетом пауз P_{тф ср п}= Ка P_{тф ср} + 10 = 32 мкВт0 (—15 дБмО) где второе слагаемое правой части, равное 10 мкВт0, вводится согласно рекомендациям МСЭ-Т, как поправка на повышенную мощность сигналов, сопровождающих ТФ разговор (служебные переговоры персонала и СУВ, передаваемые по тому же каналу). С учетом выражения (27.1) несложно определить и максимальный уровень Р_{тф макс}, соответствующий максимальной мощности Р_{тф макс}и напряжению ограничения U_огр

Для сигналов, передаваемых по каналам ЦТС принимают обычно Р_{тф макс}равным +3 дБм0, а для сигналов, передаваемых посредством аналоговых систем передачи, - +3,5 дБмО. В последнем случае максимальная мощность Р_{тф макс}очевидно будет равна 2220 мкВт0.

Минимальным считается волюм, меньше которого волюмы появляются с вероятностью ε≤10^-3. Воспользовавшись таблицами интеграла вероятности, определим минимальную величину волюма, которая оказывается равной

Очевидно, что уровень Р_{тф мин} соответствующий минимальному сигналу, будет на величину пикфактора ниже у_тф. Таким образом, динамический диапазон сигнала D_{с тф}, с учетом формул (27.1) и (27.2), составит величину (рисунок 27.3)

Сигналы звукового вещания (ЗВ) по своему характеру близки к речевым телефонным сигналам, поэтому их отличия от последних носят, в основном, количественный характер. Частотный спектр сигналов ЗВ ограничивают без заметного снижения качества передачи полосой частот 0,03... 15 кГц для каналов высшего класса и полосой частот 0,05...10 кГц для каналов первого класса. Сигналы З_н по сравнению с телефонными имеют значительно меньше пауз, а энергия отдельных импульсов, особенно музыкальных, существенно превышает энергию речевых импульсов сигналов ТФ. Поэтому средняя мощность сигналов ЭВ намного больше средней мощности ТФ сигналов. Нормируются среднесекундная, среднеминутная и среднечасовая мощности Р_звср равные соответственно 4500, 2230 и 923 мкВт0. Максимальная мощность определяется при вероятности превышения ε= 0,02 и составляет 8000 мкВт0. Минимальная мощность рассчитывается при вероятности превышения (1 - ε ) = 0,98.

Так, для канала первого класса он равен 0,5, т.е. мощность невзвешенной помехи может достигать 16000/0,5²=64000пВт0, следовательно, помехозащищенность сигналов ЗВ должна быть не хуже

Таким образом, потенциальная информационная емкость сигнала ЗВ первого класса может достигать

Факсимильные сигналы (сигналы передачи неподвижных изображений) получаются в результате преобразования светового потока, отражаемого элементами изображения, в электрические сигналы. Предполагается, что полоса частот такого сигнала находится в пределах 0.. .F_р, причем F_р - частота рисунка —связана с длительностью самого короткого импульса т соотношением F_р = 1/2 τ_и. В свою очередь, τ_и, определяется диаметром светового пятна d_c и скоростью развертки ‚V_p(скорость перемещения светового пятна по рисунку): τ_и = d_c/ V_p. При передаче документов выбирают d_c = 0,15 мм и V_p <440 мм/с, тогда τ_и = 0,34 мс, а F_р =1 500 Гц. При передаче газетных полос d_c <0,06 мм, а V_p< 30 м/с. Частота при этом достигает 250 кГц.

Помехозащищенность сигналов ФС А_пз _фс (отношение амплитуды сигнала к действующему напряжению флуктуационной помехи) принимается равной 35 дБ. При передаче штриховых изображений потенциальная информационная емкость сигналов ФС

При передаче полутоновых изображений в копиях должны различаться 16 градаций яркости, при этом динамический диапазон сигнала

Сигналы телевизионного вещания (ТВ) состоят из суммы сигналов яркости (изображения), аналогичных полутоновым сигналам ФС, сигналов цветности и так называемой «синхросмеси» — комбинации импульсов синхронизации строк и полукадров и импульсов гашения обратного хода луча. Частота рисунка F_p сигналов яркости может быть подсчитана исходя из того, что число элементов изображения в кадре равно (4/3)/m, где m = 625 — число строк в кадре принятой системы ЦТ СЕКАМ, а 4/3 — отношение размеров кадра по горизонтали и вертикали. Учитывая, что в секунду передается 25 кадров (50 полукадров, состоящих поочередно из четных и нечетных строк изображения), имеем, (4/3)m2·25/2 = 6,5 МГц. Однако практически вся энергия сигналов яркости сосредоточена в диапазоне 0... 1,5 МГц.

28 Лекция. Принципы преобразования аналоговых сообщений в цифровую форму

Цель лекции: понятие о дискретизация по времени. Понятие о квантовании по уровню. Понятие о кодировании

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) сигналов является одной из важнейших составляющих цифровых телекоммуникационных систем. Аналого-цифровое преобразование обычно состоит из нескольких последовательных операций, как показано на рисунке 28.1. Эти операции таковы.

Рисунок 28.1 - Аналого-цифровое преобразование сигнала

Дискретизация сигнала во времени реализуется посредством амплитудно-импульсной модуляции — модуляции импульсного переносчика (АИМ). В качестве переносчика используется последовательность прямоугольных импульсов с более или менее стабильной частотой следования f₀ (рисунке 4.2,а).К_ск=То/τ_u, где Т_o — период следования импульсов То = 1/ f₀ . По Фурье, спектральный состав такой последовательности равен

На рисунке 28.2 показаны частотные составляющие импульсных последовательностей со скважностями 10, 4 и 2. На практике применяются последовательности со скважностями несколько десятков, что соответствует почти плоской форме огибающей спектра. Простейший амплитудно-импульсный модулятор представляет собой ключ, срабатывающий при прохождении импульса переносчика и пропускающий при этом сигнал на свой выход (рис. 28.3,а,б).

Рисунок 28.2 - Последовательность прямоугольных импульсов (а) и спектральный состав таких последовательностей с различными К_ск (б)

На рисунке 28.3, в показан сигнал АИМ-2, у которого амплитуды импульсов соответствуют мгновенным значениям исходного сигнала, взятых в моменты возникновения импульсов переносчика. Сумма всех коэффициентов m_i равна единице, т.е.

Для двуполярного сигнала имеем

Из формулы следует, что спектр канального сигнала (модулированной импульсной последовательности) будет состоять из спектра исходного сигнала и спектров нижней и верхней боковых полос у каждой составляющей спектра импульсной последовательности, как это показано на рисунке 28.4,а.

Данный анализ справедлив для АИМ-1, для АИМ-2 результат несколько отличен. Это видно из рисунка 28.4,б. По мере увеличения скважности импульсов переносчика, это отличие становится все менее заметным. Однако в некоторых видах оборудования ЦТС на приеме используются амплитудно-модулированные импульсы, с шириной, приближающейся к тактовому интервалу, т.е. с К_ск , стремящимся к единице. Этот случай иллюстррует рисунок 28.5.

а – модулятор АИМ-1; б – АИМ-1; в – АИМ-2

Рисунок 28.3 - Виды амплитудно-импульсной модуляции

В ЦСП первых поколений применялся однополярный исходный сигнал, поэтому

Рисунок 28.4 - Спектры сигналов при АИМ-1(а) и АИМ-2 (б)

Рисунок 28.5 - Спектры АИМ-1 и АИМ-2 при К_ск, стремящимся к единице

Квантование сигнала по уровню является главной операцией аналого-цифрового преобразования сигнала и заключается в округлении его мгновенных значений до ближайших разрешенных, как это показано на рисунке 28.6.

На нем показан АИМ сигнал, по вертикали отмечены восемь уровней квантования (с 0-го по 7-й). Расстояния между уровнями одинаковые, т.е. имеет место равномерное или линейное квантование, и равны шагу квантования ∆u_k

Рисунок 28.6 - Возникновение ошибки квантования

Аналого-цифровое преобразование завершается операцией кодирования, которая в данном случае заключается в преобразовании уровней отсчетов непрерывных сигналов в кодовые комбинации. При этом обычно используются равномерные двоичные коды, в которых число кодовых символов или разрядов кодовых комбинаций равно m, а каждый символ может принимать значение 0 или 1.

29 Лекция. Каналообразующие системы и передача сигналов

Цель лекции: принцип регенерации сигналов. Виды помех и искажении. Коррекция межсимвольных искажений.

Регенераторы выполняют три основные функции: корректирование формы принимаемых импульсов, хронирование (восстановление временных интервалов) и собственно регенерацию.

Это функциональное деление отражено на рисунке 29.1, где представлена структурная схема одного регенерационного участка.

В данном случае предполагается, что импульсная последовательность на выходе предыдущего регенератора (точка 1 на рисунке) состоит из серии положительных и отрицательных импульсов и пробелов. Импульсы, появляющиеся на входе данного регенератора (точка 2), искажены как из-за передачи по кабелю, так и в результате воздействия помех. С помощью корректирующего усилителя исправляется форма импульсов и увеличиваются амплитуды импульсов до величин, обеспечивающих возможность принятия решения о наличии или отсутствии импульса. Окончательное восстановление импульсной последовательности производится с помощью операций хронирования и регенерации, осуществляемых одновременно. Регенерация импульса возможна только в тот момент времени, когда сумма амплитуд принимаемого импульса и помехи в точке З (точке решения регенератора ТРР) превышает уровень решения (порог) и когда сигнал на выходе канала выделения хронирующего сигнала (точка 4) имеет заданную амплитуду и полярность (момент решения). Хронирующий сигнал обеспечивает, во-первых, дискретизацию скорректированных импульсов в моменты времени, характеризующиеся максимальной величиной отношения сигнал/помеха, и, во-вторых, поддержание надлежащей расстановки импульсов во времени. В идеальном случае восстановленная импульсная последовательность на выходе регенератора (точка 5) будет являться точной копией импульсной последовательности в точке 1. На практике восстановленная последовательность импульсов может отличаться от исходной. Во-первых, если помеха в момент решения имеет достаточно большую амплитуду, то может быть принято неправильное решение, в результате чего появится ошибка.

Рисунок 29.1 - Структурная схема участка регенерации

Межсимвольные помехи иногда называют межсимвольными искажениями. Линейные помехи (помехи от линейных переходов) — результат воздействия параллельно работающих систем передачи. Их значение определяется переходными затуханиями в кабеле и количеством параллельно работающих систем передачи. Спектр этих помех неравномерен — близок к спектру линейного сигнала.

Рассмотрим механизм воздействия межсимвольных помех на примере передачи сигналов по кабелю с металлическими парами. Такие кабели являются распределенными системами и характеризуются четырьмя первичными параметрами (отнесенными к одному километру длины кабеля): сопротивлением проводов R, емкостью между проводами C, индуктивностью проводов L и проводимостью изоляции G. Для анализа в первом приближении достаточно учесть первые два параметра, в результате чего кабельный участок длиной 1 км моделируется простейшим фильтром нижних частот (рис. 5.2,а) с постоянной времени τ_в =R_л C_л причем , R_л = I R и С_л = IС. Тогда u_вых = u_вх(1 — е^-^t^/^τ^в). Форма прямоугольного импульса приобретает вид, показанный на рис. 29.2. «Хвост» импульса является помехой для последующего. Эта межсимвольная помеха является помехой 1 рода.

Если учесть все четыре параметра кабеля и то, что они распределенные, форма искаженного импульса оказывается близка к гауссовой, причем по мере увеличения длины кабельного участка растет τ_в и, следовательно, высота импульса становится меньше, а длительность больше (рис. 29.3). Но в любом случае помехи 1 рода, определяемые небольшой постоянной τ_в действуют лишь на ближайший импульс.

На рисунке 29.4 показано взаимное влияние импульсов при искажениях 1 рода и наложение на эти импульсы флуктуационной помехи (степень затенения условно показывает плотность вероятности мгновенных значений помехи).

Рисунок 29.2 - Форма импульса при прохождении через ФНЧ

Рисунок 29.3 - Влияние кабельного участка на форму прямоугольного импульса

Рисунок 29.4 - Сложение флуктуационных помех и межсимвольных помех I рода

В оптической системе связи (ОСС) — аналогичную роль играют разделительные конденсаторы электрической части трактов. Если в тракте разделительный конденсатор, или τ_н = L₁/( R_c||R_н), если в тракт включен линейный трансформатор с индуктивностью первичной обмотки, равной L₁ (рисунке 29.5,а,б). В этих формулах R_c и R_н сопротивления источника сигнала и нагрузки рассматриваемой цепи соответственно.

Помехоустойчивость регенератора. Качество передачи цифровых сигналов, прежде всего, определяется безошибочностью принятой информации. Ошибки на приеме возникают из-за помех, изменяющих форму сигнала так, что регенератор не может с достоверностью установить его истинное значение (в предельном случае — идентифицировать «1» и «0»). На сигналы воздействуют помехи трех типов: линейные, собственные и интерференционные (межсимвольные). Тогда u_вых = u_вх е^-^t^/^τ^н и форма прямоугольного импульса приобретает вид, показанный на рисунке 29.5,в. Поскольку τ_в << τ_н, искажения 2 рода гораздо опаснее, так как влияние данного импульса распространяется на многие последующие такты. На рисунке 29.6 показано влияние межсимвольных помех II рода на сигналы с высокой (рисунке 29.6,а) и низкой плотностью (рисунке 29.6,б) единиц.

Рисунок 29.5 - Форма импульса при прохождении через ФВЧ

Рисунок 29.6 - Искажения II рода при высокой (а), низкой плотности единиц

Межсимвольные искажения могут быть значительно уменьшены, если осуществить коррекцию амплитудно-частотной и фазовой характеристик (АЧХ и ФХ) тракта. Коррекция АЧХ и ФХ тракта осуществляется корректирующим усилителем регенератора в области высоких частот, т.е. ослабляет лишь помехи 1 рода. Коррекция в области низких частот неэффективна, поэтому межсимвольные помехи 2 рода ослабляются посредством выбора такого линейного кода, у которого низкочастотные составляющие спектра невелики. В общем случае коррекция АЧХ и ФХ предполагает расширение полосы пропускания тракта до бесконечно высокой частоты. Однако при этом неограниченно снижается защищенность регенератора от собственных помех, поскольку для них характерно равномерное спектральное распределение, в то время как основная энергия сигнала сосредоточена в относительно узкой полосе частот. Таким образом, требования к корректору с точки зрения подавления межсимвольных искажений и собственных помех противоречивы.

30 Лекция. Цифровые телекоммуникационные сети

Цель лекции: Переход к цифровым сетям. Виды цифровых телекоммуникационных систем. Плезихронная цифровая иерархия.

Изобретение и совершенствование аналоговых систем передачи сыграло важную роль в технике связи на своем этапе времени. Однако дальнейшее развитие аналоговой техники, в том числе и каналообразующей, в настоящее время осуществляется медленными темпами, так как уже получены практически предельные или экономически оправданные параметры, улучшение которых весьма проблематично. Теоретические предпосылки и техническая целесообразность указывают на необходимость перехода на цифровую каналообразующую аппаратуру.

Цифровые каналы характеризуются отсутствием накопления амплитудно-частотных искажений и помех, так как для восстановления параметров импульсных сигналов, искаженных в результате прохождения по линии, используется принцип регенерации. Это позволяет организовать высококачественные каналы большой протяженности. Благодаря новой постоянно совершенствуемой элементной базе сама каналообразующая аппаратура стала гораздо более простой в изготовлении, блоки стали значительно компактнее и универсальнее. Сами же системы передачи теперь практически на требуют большого числа кропотливых настроек.

В процессе группообразования информации от каждого низкоскоростного канала поочерёдно встраиваются по оси времени в общий высокоскоростной поток, т.е. происходит поочерёдная циклическая передача состояния информационных символов от каждого канала. Структура каждого цикла (ФРЕЙМА) строго определена. Длительность цикла 125 мкс (соответствует частоте дискретизации 8 кГц). Весь цикл разбивается на определённое число канальных интервалов – таймслотов. Для каждого из N объединяемых каналов выделяется канальный интервал КИ (таймслот), в котором будет передаваться кодовая группа состояния данного канала на момент передачи. Дополнительно к информационным канальным сигналам в цикл вводятся символы синхронизации, команды согласования; а также сигналы контроля и управления – так называемые СЛУЖЕБНЫЕ сигналы. Причём служебные сигналы вводятся как общие для всех каналов (синхронизация, телеконтроль, команды согласования), так и при необходимости для каждого канала. Из-за необходимости введения дополнительных, но НЕОБХОДИМЫХ символов в циклы, возрастает скорость передачи в кб/с за время цикла по сравнению с простой суммой информационных скоростей каналов. Например, 30 каналов по 64 кб/с имеют скорость

30 × 64 = 1920 кбит/c.

На эти 30 каналов необходимо за это же время передать дополнительных символов ещё на два канала 2 × 64 = 128 кбит/с. Итого в ИКМ-30 получается скорость потока 1920 + 128 = 2048 кбит/с, что и составляет скорость первичного группообразования. Т.е. в ИКМ-30 передаётся 30 информационных и 2 дополнительных канальных интервалов.

Чем выше по иерархии ступень мультиплексирования, тем больше надо дополнительных позиций во фрейме, поэтому скорость передачи групповых сигналов не является простой суммой канальных 64 кб/с скоростей. Итак, в цикле (фрейме) должны быть позиции для сигналов синхронизации, информационных, для передачи сигналов управления, контроля и возможно других дополнительных сигналов. Эти обычно полезные сигналы могут быть распределены или побитно, или покодово. При распределении этих позиций по фрейму руководствуются следующими соображениями:

1. Символы синхронизации должны быть хорошо различимыми, и должны обеспечивать минимальное время их поиска в случае потери синхронизма. Обычно их формируют в виде сосредоточенной группы сигналов в определённой позиции (слоте) фрейма (цикла).

2. Распределение команд согласования скоростей, управления и т.п. (т.е. сигналов управления и взаимодействия СУВ) должно быть таким, чтобы обеспечивалась их максимальная помехоустойчивость. Их часто равномерно распределяют по циклу, чтобы случайно не получить ложные сигналы от сосредоточенной помехи, но могут их передавать и в виде группы в определённом слоте (канальном интервале).

3. Длительность цикла должна быть минимальной, чтобы обеспечить минимум времени на восстановление синхронизма в случае его потери.

4. Структура цикла должна позволять работать системе как в асинхронном, так и в синхронном режиме.

Рассмотрим, например, структуру цикла, применяемую в отечественной аппаратуре ИКМ-30. В этой системе цикл, длительностью 125 мкс делится на 32 одинаковых канальных интервала (слота). Для передачи информации используют 8-разрядный код при частоте дискретизации 8 кГц. В каждом цикле передаются СУВ сразу для двух каналов (N/2). Т.к. ИКМ-30 мультиплексирует 30 телефонных каналов, то сверхцикл будет N/2 + 1 = 16 циклов. В каждом цикле первый слот отводится для сигналов цикловой синхронизации, а 16-й слот – для передачи сигналов СУВ (сигналы управления, аварийные сигналы, служебные и т.п.) и 30 каналов на передачу информации. Итого 32 КИ в каждом цикле. Нетрудно подсчитать скорость передачи в системе ИКМ-30 в бит/с.

8_{кГц дискр} × 8_разр × 32_КИ = 2048 кбит/с – скорость первичного уплотнения.

Структура сигналов синхронизации и количество разрядов (позиций) в СС имеют существенное значение для времени удержания системы ПРД-ПРМ в состоянии синхронизма и времени восстановления синхронизма после потери его. Кодовая группа синхросигнала (СС) должна отличаться от кодовых групп других канальных интервалов (КИ). Эта отличимость разная для различных скоростей передачи и различного количества разрядов в КИ. Наиболее удачные кодовые группы для СС удаётся получить на основе понятия критических точек. Критическая точка – это точки повторяемости одинаковых чередований логического «0» и «1». Например, если кодовая группа имеет «d» символов, то:

группа имеет одну критическую точку. Последняя «1» перед новым «0».

СС циклов. 0011011

отсутств. СС цикл. 1у11111

СС сверхцикл. 0000 – вместо СУВ одного канала.

группа - имеет «d» критических точек.

группа 0101…01 – имеет b/2 критических точек.

группа 0011011 – одна.

Если во всём цикле примерно <500 тактовых интервалов (ТИ), то выгоднее применять коды СС с малым количеством критических точек. При большом количестве ТИ в цикле выгоднее с большим числом критических точек (вплоть до «d» штук). При этом поиск синхросигнала ведётся от цикла к циклу, поэтому при потере СС их ищут в течении нескольких циклов (от 1 до 100 в зависимости от кода СС и количества ТИ в цикле). За это время может неправильно считываться информация.

Рисунок 30.1

Плезиохронная цифровая иерархия.

Цифровые системы передачи соответствуют определённой иерархической структуре, в которой учитываются следующие основные требования:

1. Возможность передачи всех видов аналоговых и дискретных сигналов.

2. Возможность объединения, разъединения и транзита передаваемых сигналов.

3. Выбор стандартных скоростей передачи с учётом существующего и перспективного оборудования.

4. Возможность взаимодействия с аналоговыми системами передачи и с различными иными системами связи и коммутации.

Это позволяет унифицировать каналообразующее оборудование различных стран и различных производителей. Типовые каналы, организованные на первичной сети основного цифрового канала (ОЦК) - 64 кбит/сек. Субпервичный канал (СЦК)-480 кбит/сек.

Первичный Е1 –2048 кбит/сек ; вторичный Е2-8448 кбит/сек; третичный Е3-34368 кбит/сек ; четверичный Е4-139264 кбит/сек.

В цифровой системе передачи (ЦСП) могут организовываться как типовые цифровые, так и типовые нецифровые (аналоговые) каналы и тракты. В частности, канал ТЧ, канал ЗВ, канал передачи сигналов изображения и звукового сопровождения ТV, а также ПГ, ВГ, ТГ, ЧГ, групповые тракты СП с ЧРК. Стыки типовых цифровых каналов между собой и внешней аппаратурой определены по ГОСТу. Типы ИКМ-РСМ-РДН; ИКМ-30; ИКМ-30-4; АКУ-30 аппаратура каналообразующая унифицирования Зона 15, ИКМ-15, ИКМ-120А, ИКМ-120У, ИКМ-480, ИКМ-120-4/5; Зона 120, Соната –2,3,4, Сопка – 2,3,4 и ИКМ –1920.

Система передачи ИКМ-30 использующие два групповых кодека для уменьшения переходных помех в каналах ТЧ, один для нечётных и другой для чётных каналов ТЧ. Основные особенности ИКМ-30-4:

1. Сигналы СУВ объединяются в оборудовании согласования межстанционных линий АТС в общий канал сигнализации (ОКС). Этот канал сигнализации, имеет стандартный стык обычного канала скорости 64 кбит/сек.

2. Улучшение КПД регенераторов, что позволило почти вдвое увеличить секцию ДП питания и дальность связи в целом. Так для кабелей Т-0,5 вместо L₂=25 км и L=50 км дальность стала L₂=40 км и L=80.

3. При двухкабельном варианте работы на 10-парном кабеле (например, типа ТПП-0,7) в ИКМ-30-4 на 44% увеличивается длина регенерационного участка (с L₁=2,7 км до L₁=3,8 км).В ИКМ-30-4 имеется унифицированное сервисное оборудование для контроля и управления – центр управления. Дополнительное сервисное оборудование позволяет организовывать низкочастотную служебную связь в двух направлениях, межстанционную служебную связь и связь по цифровому каналу со скоростью 32 кбит/сек.

31 Лекция. Синхронная цифровая иерархия

Цель лекции: понятия о SDH и основные свойства. Основные функции и преимущества перед PDH. Управление сетью и их область применения.

В большинстве стран мира принят курс на цифровизацию сетей связи, предусматривающий построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов перед аналоговыми:

- высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме, т. е. в виде последовательности символов с малым числом разрешенных уровней и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации. При этом, в частности, обеспечивается возможность использования цифровых систем передачи на линиях связи, на которых аналоговые системы применяться не могут;

- слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния;

- стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых.

- эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. При вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может приближаться к скорости передачи группового сигнала;

- возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми коммутационными станциями являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети связи, обладающей высокими показателями качества и надежности;

- высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовать весь аппаратурный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе с широким применением цифровых интегральных схем. Это позволяет резко уменьшить трудоемкость изготовления оборудования, добиваться высокой степени унификации узлов оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габаритные размеры.

Отмеченные достоинства ЦСП в наибольшей степени проявляются в условиях цифровой сети связи. Такая сеть содержит только цифровые тракты, которые соединяются на сетевых узлах и заканчиваются цифровыми стыками с цифровыми системами коммутации и цифровыми абонентскими установками. В настоящее время внедрение ЦСП в существующую аналоговую сеть подготавливает базу для преобразования ее в будущем в цифровую.

Основные характеристики СЦИ (SDH).

SDH – это набор цифровых структур, стандартизированных с целью транспортирования нагрузки по физическим цепям. СЦИ SDH соединяют высококачественную передачу цифровой информации и процессы автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети в рамках единого целого. Внедрение ЭВМ в аппаратуру повысило надежность и достоверность передачи информации по сети, снизило эксплуатационные затраты, автоматизировало функции контроля, управления и обслуживания сети (Operation, Administration, Managment, OAM). SDH рассчитывается на транспортирование как сигналов, действующих PDH большей части действующей аппаратуры, так и сигналов новых широкополосных служб и систем: АТМ. и B-ISDN.

Каналы цифровой первичной сети с пропускной способностью до 140Мбит/с создаются в рамках иерархии PDH, каналы с большой пропускной способностью создаются в рамках технологии SDH (таблица 31.1). Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.

Таблица 31.1 - Иерархия PDH и SDH

Системы PDH		Системы SDH
Уровень PDH	Скорость передачи, кбит/с	Уровень SDH	Скорость передачи, Мбит/с
Е1	2048	sub-STM-1 (STM-0)	51.840
Е2	8448	STM-1	155.520
Е3	34368	STM-4	622.080
Е4	139264	STM-16	2488.32

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/ демультиплексирование, которое позволяет организовать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети.

Структура систем передачи Е1 включает три уровня эталонной модели OSI: физический, канальный и сетевой. Физический уровень описывает электрический интерфейс потока Е1, а также параметры сигнала Е1. Канальный уровень описывает процедуры мультиплексирования и демультиплексирования каналов более низкого уровня иерархии (ОЦК 64 кбит/с и каналов ТЧ) в поток Е1, цикловую и сверхцикловую структуру потока Е1, встроенные процедуры контроля ошибок и т.д. сетевой уровень описывает процедуры управления каналами Е1 в первичной сети, а также контроль параметров ошибок на сетевом уровне. Этот уровень является относительно неполным и включает всего лишь несколько процедур. При передаче по первичной сети цифровой поток преобразуется в блоки стандартной логической структуры – циклы. Цикловая структура обеспечивает работу процедур мультиплексирования и демультиплексирования, передачу управляющей информации, а также встроенную диагностику по параметру ошибок в цифровой системе передачи.

Существует три основных варианта цикловой структуры Е1: неструктурированный поток, с цикловой структурой и с цикловой и сверхцикловой структурой.

Неструктурированный поток Е1 используется в сетях передачи данных и не имеет цикловой структуры, т.е. разделения на каналы (ОЦК – 64 кбит/с).

Поток Е1 с цикловой структурой предусматривает разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot – TS) от 0 до 31. Для каждого канального интервала в составе цикла отводится 8 битов, таким образом, длина цикла равна 256 битов, что при заданной скорости передачи Е1 составляет 125 мкс (длительность одного цикла). Нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Sigal).

Одной из наиболее современных телекоммуникационных технологий, используемых для построения различных сетей связи, являются телекоммуникационные системы, принадлежащие к синхронной цифровой иерархии (СЦТС). СЦТС обладают существенными преимуществами по сравнению с системами прежних поколений. Они позволяют более полно реализовывать возможности волоконно-оптических и радиорелейных линий, создавать гибкие, надежные, удобные для эксплуатации, контроля и управления сети при гарантии высокого качества связи. СЦТС обеспечивают скорости передачи от 155 Мбит/с и выше и могут передавать как сигналы существующих цифровых систем, так и новых перспективных служб, в том числе и широкополосных. Аппаратура СЦТС является программно управляемой и интегрирует в себе средства преобразования сигналов, их передачи, оперативного переключения на сетях, контроля и управления телекоммуникациями.

Задачи управления классифицируются по уровням: физическому, логическому, информационному и административному. Два последних уровня относят к особой категории управления — менеджменту. Для решения указанных задач необходимо разработать модель сети и описать типы интерфейсов связи, необходимые для реализации функций управления на различных участках сети.

В отличие от существующих плезиохронных систем, не имеющих стандартных систем управления, системы управления синхронной иерархии опираются на достаточно проработанные в настоящее время стандарты. Эти стандарты определяют модель управления, интерфейсы, схему взаимодействия и функции блоков и каналов управления.

Общая схема сети управления телекоммуникациями (ТМN) может быть представлена четырехуровневой моделью управления, где каждый уровень выполняет определенную функцию, представляя верхнему уровню последовательно обобщаемую нижними уровнями картину функционирования сети. Это следующие уровни:

- бизнес-менеджмент (верхний уровень управления экономической эффективностью сети — ВОS);

- сервис-менеджмент (уровень управления сервисом сети - SOS);

- сетевой менеджмент (уровень систем управления сетью - NOS);

- элемент-менеджмент (нижний уровень элемент менеджеров ЕМ или систем управления элементами сети - ЕOS). Функционирование каждого верхнего уровня в этой иерархии основано на информации уровня лежащего ниже, передаваемой через интерфейс между этими уровнями.

Бизнес-менеджер ВМ обеспечивает мониторинг и управление типами сервиса, а также формирование запросов на уровень сервиса, лежащий ниже, на изменение вида сервиса.

Сервис-менеджер SМ обеспечивает традиционные для сетей виды сервиса - телефонный сервис, передачу данных различного вида и другие.

Сетевой менеджер NМ, или система управления сетью NMS управляет сетевым уровнем или сетью в целом.

Элемент-менеджер ЕМ осуществляет управлением отдельными элементами сети СЭ, т.е. оборудованием (мультиплексорами, коммутаторами, регенераторами и так далее) сети.

Сетевые элементы и сервис менеджеры формируют ядро сети управления телекоммуникациями - ТМN. Система управления сетями электросвязи обеспечивает функции менеджмента и управления для телекоммуникационных сетей и сервиса и предлагает связь между ТМN и этими сетями и сервисом.

32 Лекция. Достоинства цифровых сетей на основе СЦИ

Цель лекции: основные отличия СЦИ от ПЦИ. Сравнения сетей ПЦИ и СЦИ.

Интенсивное развитие и внедрение цифровых систем передачи ЦСП объясняется их существенными преимуществами перед аналоговыми системами передачи:

- высокая помехоустойчивость;

- независимость качества передачи от длины линии связи;

- стабильность параметров каналов ЦСП;

- эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов.

Наиболее современной технологией, используемой в настоящее время для построения сетей связи, является синхронная цифровая иерархия СЦИ (SDH), которая является не просто основой для создания новых систем передачи, а несёт принципиальные изменения в сетевой архитектуре и организации управления сетями.

На рисунке 32.1 представлена общая схема мультиплексирования, в которой указаны пути преобразования транспортных структур, рекомендованные европейскими и американскими стандартами.

Рисунок 32.1 - Общая схема мультиплексирования

Согласно европейским стандартам контейнеры УС-З размещаются в модуле SТМ-1 в составе виртуального контейнера УС-4. Таким образом, контейнеры (и соответственно тракты) УС-З в данном случае относятся к низкому уровню LO.По американским стандартам VС-З размещаются в синхронном модуле самостоятельно и потому, как и контейнеры VС-4, относятся к высокому уровню НО. На схеме отмечены операции: размещения — преобразования контейнеров в виртуальные контейнеры путем присоединения к первым трактовых заголовков РОН, выравнивания — посредством присоединения к виртуальным контейнерам указателей PTR, и мультиплексирования с коэффициентом N — переходы к следующим структурам в результате побайтного объединения N структур предыдущего уровня.

Рисунок 32.2 - Контейнер С-4 и виртуальный контейнер VC-4

Административный блок AU-4 тождественно равен группе административных блоков АUG (преобразуется в АUG путем формального мультиплексирования с коэффициентом 1). далее, если AUG-4 был сформирован другим устройством, в нем производится согласование указателя (указатель переносится на новое место и меняется соответственно записанный в нем адрес начальной триады), и присоединение секционного заголовка SОН. Сформированный таким образом модуль SТМ-1 или мультиплексируется в модуль более высокого Уровня, или обрабатывается для передачи его по сети.

Рисунок 32.3 - Расположение VC-4 внутри ФГ-4

Реализация сетей СЦИ должна предусматривать обеспечение их надежности и живучести несмотря на то, что сама по себе аппаратура СЦИ весьма надежна а встроенные средства контроля и управления облегчают и ускоряют обнаружение неисправностей и переключение на резерв. Однако следует учитывать, что соединительные линии транспортной сети обладают огромной пропускной способностью, и отказ даже одного участка может привести к перерыву связи для десятков тысяч пользователей и значительным экономическим потерям. Поэтому необходимо применять специальные меры по обеспечению отказоустойчивости сетей, закладывая резервные емкости и предусматривая алгоритмы реконфигурации сетей при отказах ее элементов.

Кольцевые структуры, как уже отмечалось, широко применяются на сетях СЦИ. Рассмотрим важнейшие из них. На рисунке 8.4 представлено однонаправленное двухволоконное кольцо. В этой структуре сигналы на передаче дублируются и направляются по кольцу по часовой стрелке и против часовой стрелки. В принимающем узле сигналы сравниваются, и выбирается сигнал с более высоким качеством. В каждом промежуточном узле составляющие сигнала могут вводиться/выводиться в сигнал.

Например, между узлами А и В по кратчайшему расстоянию передается некоторый поток, то копия этого потока должна поступать от узла А к узлу В через узлы D и С. Поэтому данный способ применяется в кольцах, с небольшим количеством мультиплексоров (обычно не более 3 — 5) или для защиты выделенных соединений подсети. В последнем случае вместо мультиплексоров В и D на рисунке 32.4 предполагаются некоторые произвольные структуры подсети, через которые и осуществляется основное и резервное соединение мультиплексоров А и С.

Рисунок 32.4 - Однонаправленное двухволоконное кольцо

В двухволоконном двунаправленном кольце (см. рисунке 8.4) одно и то же волокно совместно используется рабочими и резервными каналами. В случае обрыва волокна основные каналы переключаются на резервные в мультиплексорах на границе поврежденной секции и направляются в обход, как это показано на рисунке 8.4,б. При этом резервные каналы проходят через промежуточные мультиплексоры транзитом. Таким образом, происходит исключение короткого пути через аварийное перекрытие (В-С) и использование длинного пути (являющегося внешним замыканием звена В-С) по каналу защиты. Организация такой схемы защиты осуществляется при использовании уровня SТМ выше первого с тем, чтобы потоки в каждом волокне могли бы быть разделены на две равные части — основную и резервную на уровне АU-4, так как именно на этом уровне происходит переключение секций. Очевидно, что емкость всех соединительных линий кольца при реализации такой схемы защиты должна превышать максимальный расчетный трафик не менее чем вдвое.

Рисунок 32.4 - Резервирование двухволоконного двунаправленного кольца: а – нормальное состояние; аварийное состояние

Применение 4-волоконной схемы (в кольцевой, ячеистой или линейной сети) позволяет, кроме прочего, использовать в качестве защитного переключения не только переключение колец, но еще и переключение перекрытия.

Литература

1 Телекоммуникационные системы и сети. Том 1. – Современные технологии /Под ред. В. П. Шувалова.- М.: Горячая линия-Телеком, 2003.

2 Телекоммуникационные системы и сети. Том 3. – Мультисервисные сети /Под ред. В. П. Шувалова.- М.: Горячая линия-Телеком, 2005.

3 Современные телекоммуникации. Технологии и экономика/Под ред. С.А. Довгого. – М.: Эко-Трендз, 2003.

4 Гаранин М.В., Журавлев В.И., Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации. – М.: Радио и связь, 2001.

5 Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб.: Изд-во «Питер», 2000.

6 Столлингс В. Компьютерные системы передачи данных, 6 изд. – Вильямс, 2002.

7 Семенов Ю.А.Telecommunication technologies - телекоммуникационные технологии. - v2.2, 12 .01.2004.

8 Мур М. др. Телекоммуникации. Руководство для начинающих. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 624 с.

9 Назаров А.Н., Симонов М.В. АТМ: Технология высокоскоростных сетей. - М.:Эко-Трендз, 1999.

10 Назаров А.Н. АТМ: Технические решения создания сетей. – М.: Горячая линия-Телеком, 2001.

11 Назаров А.Н. Модели и методы расчета структурно-сетевых параметров сетей АТМ. – М.: Горячая линия-Телеком, 2002.

12 Кунегин С.В. Основы технологии АТМ. – М.:в/ч 33965, 1999.

Алматы 2010

Каналообразующие системы и передача сигналов

Цифровые телекоммуникационные сети

Синхронная цифровая иерархия

Список литературы