Глобальные связи на основе сетей с коммутацией каналов

Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся пропускная способность такой линии всегда находится в распоряжении взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных связей - при наличии N удаленных локальных сетей, которые интенсивно обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N-l)/2 выделенных линий. Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются услуги телефонных сетей, так как их коммутаторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся телефонными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои локальные сети.

Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных каналов. Более точно, цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в, цифровом виде и в которых используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации, а аналоговыми - сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В последние годы происходил достаточно интенсивный процесс замены коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут работать по технологии TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонентские окончания у нее останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла использовать факт существования большого количества сетей, в которых основная часть коммутаторов являются цифровыми.

К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Intergrated Services Digital Network). Службы Switched 56 появились в ряде западных стран в результате предоставления конечным абонентам цифрового окончания, совместимого со стандартами линий Т1. Эта технология не стала международным стандартом, и сегодня она вытеснена технологией ISDN, которая такой статус имеет.

Сети ISDN рассчитаны не только на передачу голоса, но и компьютерных данных, в том числе и с помощью коммутации пакетов, за счет чего они получили название сетей с интегральными услугами. Однако основным режимом работы сетей ISDN остается режим коммутации каналов, а служба коммутации пакетов обладает слишком низкой по современным меркам скоростью - обычно до 9600 бит/с. Поэтому технология ISDN будет рассмотрена в данном разделе, посвященном сетям с коммутацией каналов. Новое поколение сетей с интеграцией услуг, названное B-ISDN (от broadband - широкополосные), основано уже целиком на технике коммутации пакетов (точнее, ячеек технологии АТМ), поэтому эта технология будет рассмотрена в разделе, посвященном сетям с коммутацией пакетов.

Вопросы по курсу

«СЕТИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ»

1. Основные понятия теории сетей связи и систем коммутации

2. Коммутация каналов, сообщений и пакетов +

3. Назначение систем коммутации в сетях связи

4. Диаграмма обмена сигналами в системах коммутации +

5. Централизованные системы коммутации +

6. Способы организации сетей связи +

7. Структура общегосударственной системы автоматизированной телефонной связи +

8. Типы городских сетей телефонной связи +

9. Организация спецслужб и система нумерации в сетях телефонной связи

10. Организация цифровых сетей связи +

11. Варианты модернизации аналоговых сетей телефонной связи +

12. Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем +

13. Иерархия цифровых каналов +

14. Режимы доставки для широкополосных ЦСИС+

15. Обоснование концепции и модель обслуживания вызова в интеллектуальных сетях связи +

16. Архитектура интеллектуальной сети связи +

17. Концептуальная модель интеллектуальных сетей связи +

18. Способы повышения эффективности аналоговых абонентских линий +

19. Способы повышения эффективности цифровых абонентских линий +

20. Способы построения цифровой абонентской сети +

21. Цифровые системы передачи абонентских линий по технологии xDSL +

22. Способы кодирования линейных сигналов по технологии xDSL +

23. Структура сетей профессиональной связи

24. Структура сетей персонального вызова +

25. Структура сетей спутниковой связи +

26. Структура сотовых сетей связи +

27. Структура сетей беспроводной связи +

28. Классификация систем сигнализации

29. Абонентская сигнализация

30. Линейная и регистровая сигнализации

31. Общеканальная сигнализация

32. Назначение устройств синхронизации сети телефонной связи и

33. Основные методы синхронизации цифровой сети

34. Организация синхронизации в цифровых телефонных сетях

35. Функции эксплуатационного управления +

Коммутация каналов, сообщений и пакетов

Известны следующие типы систем коммутации:

С коммутацией каналов ;

С коммутацией сообщений ;

С коммутацией пакетов .

Коротко рассмотрим особенности организации указанных систем в сетях связи. Примерами сетей с коммутацией каналов являются телефонная сеть и сеть Телекс (абонентский телеграф). В этих системах сначала создается канал связи между двумя оконечными устройствами, а затем по нему осуществляется обмен информацией

Рис. 2.2. Фрагмент сети связи

Недостатком систем с коммутацией каналов является низкий коэффициент использования линий.

Примером сетей с коммутацией сообщений являются некоторые военные сети и сети речевой почты. В качестве оконечных устройств в этих системах могут использоваться ПЭВМ, которые в отличие от сети Телекс, не соединяются между собой напрямую. Сообщение, предназначенное для передачи из пункта А в другое оконечное устройство пункта В, последовательно запоминается в промежуточных пунктах С, D, Е, обрабатывается и передается в требуемый пункт В с некоторой задержкой во времени. При этом также последовательно освобождаются использованные промежуточные соединительные линии АС, СD, DЕ. Причина задержки сообщений заключается в том, что они ставятся в очередь для передачи по каждой последующей соединительной линии. В этих системах достигается значительно более высокое использование соединительных линий, чем в системах с коммутацией каналов. Однако электронные ящики имеют память большой емкости, что является недостатком сети с коммутацией сообщений.

Сети с коммутацией пакетов были разработаны в 80-х годах прошлого века. Примером такой сети может служить система IP–телефонии, в которой данные, полученные от терминала или ЭВМ, передаются в требуемый пункт назначения в виде коротких пакетов информации фиксированной длины. Такие системы занимают промежуточные положения между выше рассмотренными системами с точки зрения использования соединительных линий связи. Системы IP-телефонии обеспечивают в настоящее время наиболее экономически выгодный режим коммутации речевых сообщений. Однако при попадании отдельных пакетов в сети связи наблюдается значительное ухудшение качества передаваемых речевых сообщений, что является недостатком данных систем.

Диаграмма обмена сигналами в системах коммутации

Кроме канала для передачи информации между каждым терминалом и коммутационной станцией имеется также двухсторонний тракт для обмена сигналами управления. В большинстве реально существующих коммутационных систем для обоих цепей используется один и тот же физический канал.

Первым шагом в разработке любой коммутационной системы является рассмотрение совокупности сигналов управления для обмена служебной информацией между терминалом и коммутационной системой. Эта информация переносится в виде сигналов, закодированных определенным способом: в случае аналоговых телефонных систем – в амплитуде и частоте синусоидального напряжения, в цифровых системах передачи данных – в двоичных кодовых комбинациях.

Комутація каналів і пакетів

Коммутация каналов является доминирующей технологией передачи речи и данных. Связь с коммутацией каналов предполагает, что имеется заранее определенный тракт связи между двумя станциями. Этот тракт - связанная последовательность каналов между узлами эти. В каждом физическом канале для данного соединения выделяется логический канал. Связь с коммутацией каналов включает три фазы, которые можно рассмотреть на примере (рис. 1.).

1. Установление соединения . Прежде чем можно будет передать какие-то сигналы, должно быть установлено сквозное соединение (от станции к станции). Например, станция А посылает узлу 4 запрос, требуя соединения со станцией Е . Как правило, канал от А до 4 является выделенным, т.е. часть соединения уже существует. Узел 4 должен найти следующий участок маршрута по направлению к узлу 6. На основе данных маршрутизации и сведений о доступности и, возможно, стоимости узел 4 выбирает канал к узлу 5, занимает в нем свободный логический канал (с использованием частотного или временного уплотнения) и посылает сообщение с требованием соединения с Е . Теперь, создан выделенный тракт от А через 4 до 5. Поскольку к узлу 4 может быть подключено много станций, этот узел должен быть способен создавать внутренние тракты от многих станций ко многим узлам . Остальная часть процесса выполняется подобным образом. Узел 5 выделяет канал к узлу 6 и внутри сети подключает этот канал к каналу от узла 4. Узел 6 завершает соединение, устанавливая канал к Е . В заключение определяется, занята станция Е или готова к приему соединения.

2. Передача данных . Теперь можно передать по сети информацию от А к Е . Данные могут быть аналоговыми или цифровыми, в зависимости от природы сети. Поскольку развитие средств связи происходит в направлении к полностью интегрированным цифровым сетям, господствующим методом, как для голоса, так и для данных становится цифровая (двоичная) передача. Тракт связи образуют: канал А-4 , внутренняя коммутация в узле 4; канал 4-5, внутренняя коммутация в 5; канал 5-6, внутренняя коммутация в 6; канал 6-Е . Как правило, соединение является дуплексным.

3. Разрыв соединения . После некоторого периода передачи данных соединение завершается, обычно это действие инициирует одна из двух станций. Узлам 4, 5 и 6 должны быть переданы сигналы на освобождение выделенных ресурсов .

Заметьте, что тракт соединения устанавливается до того, как начинается передача данных. Следовательно, канал между каждыми двумя узлами должен иметь резерв пропускной способности, а каждый узел должен иметь свободную коммутационную способность, чтобы обслужить требуемое соединение. Коммутаторы должны уметь самостоятельно выделять эти ресурсы и определять маршрут через сеть.

Коммутация каналов может быть довольно неэффективной . Ресурсы каналов выделяются на весь срок действия соединения, даже если данные фактически не передаются. При передаче голосовых данных степень использования может быть дольно высокой, но все же не достигает 100%.

При соединении терминала и компьютера канал большую часть времени может оставаться неиспользуемым . На степень использования влияет задержка начала передачи сигналов, требуемая для установления связи. Но как только соединение будет установлено, наличие сети становится практически незаметным для пользователей. Информация передается с постоянной скоростью без задержек, исключая лишь задержку при распространении по каналам. Задержка на каждом узле незначитель на.

Метод коммутации каналов был создан для обслуживания голосового обмена, но теперь он используется и при обмене данными. Наиболее известный пример сети с коммутацией каналов - телефонная сеть общего пользования (рис. 2). Она фактически представляет собой совокупность национальных сетей, которые соединяются для обслуживания международных звонков. Хотя эта сеть первоначально была разработана и построена для аналоговых абонентов-телефонов, она обслуживает значительный поток данных через модемы и постепенно превращается в цифровую сеть. Еще один известный пример использования коммутации каналов - ведомственные телефонные сети, применяемые для соединения телефонов в здании или офисе. Коммутация каналов также применяется в частных сетях. Как правило, такую сеть создает корпорация или другая большая организация для связи между своими филиалами. Такая сеть обычно состоит из ведомственных систем в каждом филиале, соединенных выделенными линиями, предоставленными каким-либо оператором связи. Последний распространенный пример использования коммутации каналов - коммутатор данных. Коммутатор данных подобен ведомственной телефонной станции, но предназначен для соединения устройств обработки цифровых данных, таких, как терминалы и компьютеры.

Рис. 2. Пример соединения через общедоступную сеть с коммутацией каналов

Общедоступную сеть связи можно описать с использованием четырех универсальных архитектурных компонентов.

− Абоненты . Устройства, которые подключаются к сети. До сих пор большую часть абонентских устройств в общедоступных сетях связи составляют телефоны, но доля устройств передачи данных год от года растет.

− Абонентская линия . Канал между абонентом и сетью. Называется также абонентским шлейфом или абонентским каналом. Почти во всех абонентских линиях используются витые пары. Длина абонентской линии обычно составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров.

− Коммутаторы . Центры коммутации в сети. Центр коммутации, который непосредственно обслуживает абонентов, называется конечной станцией . Как правило, конечная станция обслуживает тысячи абонентов в ограниченной области. Например, в США имеется более 19 000 конечных станций, поэтому нереально для каждой конечной станции иметь прямую линию к каждой из других конечных станций; потребовалось бы порядка 2×10 8 каналов. Взамен этого применяются промежуточные коммутаторы .

− Магистрали . Каналы между коммутаторами. Магистрали, благодаря частотному или временному уплотнению, содержат множество каналов звуковой частоты. Раньше магистрали назывались многоканальными линиями связи.

Абоненты соединяются непосредственно с конечной станцией, которая коммутирует телефонный обмен между абонентами и между абонентом и другими коммутаторами. Другие коммутаторы отвечают за маршрутизацию и коммутацию телефонного обмена между конечными станциями. Это различие показано на рис. 3. Соединение между двумя абонентами, подключенными к одной и той же конечной станции, создается таким же образом, как описано выше. Если абоненты подключены к разным конечным станциям, соединение между ними стоит из цепи соединений через одну или более промежуточных станций. На рисунке соединение между абонентами а и b создается путем их простой коммутации через конечную станцию. Установка соединения между c и d более сложна. На конечной станции абонента с устанавливается соединение между линией абонента с и одним каналом магистрали с временным уплотнением к промежуточному коммутатору. В промежуточном коммутаторе этот канал соединяется с каналом с временным уплотнением, ведущим к конечной станции абонента d . На этой конечной станции канал соединяется с линией абонента d .

Рис. 3. Установка соединения

Технология коммутации каналов развивалась под воздействием тех же требований, которые предъявлялись к передаче голосовых сигналов.

Одно из таких требований - как можно меньшая задержка при передаче сигналов и, конечно, отсутствие изменений во время этой задержки . Должна была поддерживаться постоянная скорость передачи сигнала, поскольку передача и прием осуществляются при одной и той же скорости. Выполнение этих требований необходимо, чтобы происходил обычный разговор людей. Кроме того, качество принимаемого сигнала должно быть достаточно высоким, чтобы, как минимум, обеспечивать разборчивость речи.

Коммутация каналов стала широко распространенной и доминирующей потому, что она хорошо подходит для аналоговой передачи голосовых сигналов. В сегодняшнем цифровом мире ее неэффективность очевидна. Однако, несмотря на свою неэффективность, коммутация каналов остается привлекательной технологией как для локальных, так и для глобальных сетей. Одно из ее главных преимуществ - незаметность для пользователя. Когда соединение установлено, для подключенных станций оно кажется прямым, никакая дополнительная сетевая логика на этих станциях не требуется.

ПО ДИСЦИПЛИНЕ “ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ И ИХ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ”

Литература:

1.”Автоматическая коммутация” под ред. О.Н.Ивановой, 1988г.

2. М.А.Баркун. “Цифровые АТС”, 1990

3. Г.В.Мелик-Шахназарова и др. “АТС МТ-20/25”, 1988

4. Р.А.Аваков и др. “Зарубежные электронные цифровые системы коммутации”, 1988г.

5. В.Д.Сафронов и др. “Зарубежные электронные цифровые системы коммута- ции”, ч.2, 1989

6. А.Г.Попова и др. “Зарубежные системы автоматической коммутации”,1991

7. В.Г.Босенко “Цифровая АТСЭ-200”, 1989

8. А.Г.Попова “Цифровые системы коммутации с распределенным управлением” ч.1 и 2, 1992

9.О.Н.Иванова “АТСЭ-200”, 1988

10. М.Ф.Лутов и др. “Квазиэлектронные и электронные АТС”, 1988

11. Alcatel-Bell “Учебное пособие по изучению системы 12”, 1994

Разделы курса:

Принципы цифровой коммутации.
Построение цифровых коммутационных полей.
Построение интерфейсов соединительных линий.
Абонентский доступ.
Системы сигнализации ЦСК.
Принципы построения УСК.
ПО обеспечение УСК.
Структурные схемы и технические характеристики различных ЦСК.

Задачи данного курса познакомить студентов факультета МЭС с современным состоянием и перспективами развития цифровых систем коммутации. Пояснить обобщенную структуру цифровых систем коммутации (ЦСК), а также перспективы внедрения ЦСК. Дать сравнительные характеристики и параметры внедряемых на сетях электросвязи систем коммутации. Ознакомить с принципами временной и пространственной коммутации цифровых каналов и их технической реализацией в цифровых коммутационных полях. Дать понятия интерфейсов абонентских и соединительных линий. Пояснить их функции и особенности построения в ЦСК. Пояснить особенности построения устройств управления ЦСК, а также пояснить состав и функции программного обеспечения. Пояснить принципы организации эксплуатации и технического обслуживания современных телекоммуникационных систем.

В настоящее время закупается много цифровых систем коммутации зарубежного производства, необходимо уметь в них разбираться. Литературу по курсу не успевают выпускать, поэтому основная ориентация - на лекционный курс. По некоторым вопросам на кафедре АЭС разработаны обучающие программы. В учебниках Ивановой, Баркуна, Лутова изложены общие вопросы построения ЦСК. Остальная литература ориентирована на конкретные системы

ЦСК - гибридные АТС, которые можно использовать в любом качестве. Впервые цифровые системы коммутации разработали и стали выпускать во Франции около 1975 года. Первая ЦСК - МТ20/25. В России эта система выпускалась Уфимским телефонным заводом и в настоящее время используется только на городских телефонных сетях.

Краткий обзор цифровых систем коммутации в Росси

Квант - электронная АТС, выпускается Белгородским телефонным заводом и Рижским заводом ВЭФ. Система Квант-СИС разработана для организации справочно-информационной службы. Система ЕвроКвант разработана для городских телефонных сетей, предельная емкость - 8000 номеров.

Все АТС, закупаемые за рубежом, обязательно сертифицируются на предмет соответствия российским телефонным сетям. Сертификацией занимается ЛОНИИС.

DX-200 - система разработана и выпускается финской фирмой NOKIA. В Россию поставляется с начала 80-х годов. Первые АТС системы DX-200 были установлены в Петербурге. Для России была отработана новая версия АТС с учетом построения Российских сетей. Используется на ГТС и СТС (как УСП). В России таких систем закуплено довольно много. В Новосибирске действует АТС11/15 системы DX-200 емкостью 25 тыс.номеров

АТСЦ-90 - так называется DX-200, сборка, которой осуществляется в Петербурге, комплектующие для нее поставляются из Финляндии. АТСЦ-90 поставляются в Ленинградскую область и в Карелию

S-12 - гибридная АТС с распределенным управлением. Это система 4-го поколения. Чтобы довести систему до серийного выпуска, потребовались затраты около 1 млрд. долларов. Поэтому в разработке станции принимали участие 5 стран: Бельгия, Германия, Испания, Италия, Франция. Поэтому у системы 12 имеются разные заводы-изготовители. Например, в Россию система 12 поставляется из Бельгии фирмой Alcatel-Bell, а в Казахстан - их Германии. В 1991 году в Петербурге создано совместное предприятие, где выпускается кабельная продукция для всех заводов-изготовителей системы 12 (в России и за рубежом). В России созданы 3 сервисных центра по техническому обслуживанию системы 12: в Москве, Петербурге, Новосибирске. Кроме того, в Москве работает центр по изучению системы 12. Минимальная емкость системы 12 составляет 128 номеров, максимальная - 100000 номеров в 5-й версии, 200000 номеров в 7-й версии. Система 12 сертифицирована ЛОНИИС для использования на ГТС, АМТС, УАК, СТС

EWSD - выпускается фирмой Siemens, Германия. Сертифицирована для использования на ГТС и АМТС. Министерством связи рекомендовано во всех городах по транссибирской магистрали (от Владивостока до Челябинска) реконструировать АМТС на базе EWSD с выходом на международную сеть. EWSD имеет максимальную емкость до 250000 номеров и централизованное управление. В Ижевске создано совместное предприятие “Ижтел” по выпуску EWSD на российский рынок. Сервисный центр по техническому обслуживанию EWSD находится в Новосибирске.

AXE-10 - разработана фирмой Эриксон (Швеция). Несколько лет назад в Югославии совместно с фирмой Никола-Тесла создано совместное предприятие по выпуску АХЕ-10. В Россию поставки идут в основном от Никола-Тесла. Предельная емкость системы составляет 200000 номеров. Система сертифицирована для АМТС, УАК, ГТС, СТС

MD-110 - емкость 20-20000 номеров. Фирма Никола-Тесла. Закупается для ведомственной сети в качестве УПАТС

5ESS (фирма AT&T). Производство США. Американские фирмы начали осваивать Российский рынок недавно, примерно с 1994 года. Первая АТС типа 5 ESS поставлена в Москве в Тушинском районе. Предельная емкость системы составляет 350000 номеров. Одной такой станции достаточно для существующей Новосибирской ГТС. Эта АТС очень дорогая. Сертифицирована для работы на ГТС, АМТС, УАК. Создано совместное предприятие в Китае.

TDX - фирма Самсунг, Южная Корея. Предельная емкость 100000 номеров. Системы поставляются на Дальний Восток. TDX сертифицирована для ГТС.

SI-2000 - емкость 20 - 10000 номеров. В Екатеринбурге создано совместное предприятие с югославской фирмой “Искра” (Словения) по выпуску этих станций. Детали выпускаются в Словении, а сборка осуществляется в Екатеринбурге. Используется для СТС и УТС. Достоинство - может работать по всем типам соединительных линий(как и Квант).

UT-100 - закупается в Италии. Емкость до 100000 номеров. Распространена по всей России. Выпускает фирма Italtel.

АТС-ЦА (С-32) очень хорошая отечественная АТС разработки ЦНИИС. Предусматривает включение только цифровых абонентских линий, т.е. до абонента доводится цифровой поток 32кб/с. АТС разработана, опытная эксплуатация есть, но в серию так и не запущена. В настоящее время у этой станции уже устарела элементная база.

Все АТС 4-го поколения ориентированы также и на создание сотовых сетей.

Все названные АТС (кроме МТ-20/25) ориентированы на цифровые сети интегрального обслуживания (ЦСИО) с узкополосным цифровым потоком.

ISDN - ЦСИО-У узкополосные системы со скоростью передачи информации 64-2048 кб/с. Системы с ISDN не пользуются спросом у населения, т.к. позволяют коммутировать только телефонные каналы. Кроме телефонной связи у абонента могут быть и другие виды связи: телевидение, подвижная связь, радиосвязь и др.

BSDN - ЦСИО-Ш широкополосные системы. До абонента доходит цифровой поток со скоростью передача 150-600 мбит/с. Для таких сигналов все вышеперечисленные системы не пригодны, т.к. такие цифровые потоки требуют оптической коммутации, а это вопрос будущего.

В Новосибирске в Академгородке строится опытная BSDN и строится транспортная сеть на базе ВОЛС для использования BSDN. Система коммутации широкополосных сигналов очень дорога: чтобы довести ее до серийного выпуска, требуется 5 - 6 миллиардов долларов. BSDN - это коммутационные узлы 5-го поколения.

Краткие технические сведения о ЦСК даны в таблице 1.1.

Таблица 1.1–Технические характеристики цифровых систем коммутации

Обобщенная структурная схема цифровой системы коммутации

Рисунок 1.1 – Обобщенная структурная схема ЦСК

К - концентратор

ОП АЛ - оборудование подключения абонентских линий

ОП СЛ - оборудование подключения соединительных линий

ААЛ - аналоговая абонентская линия

ЦАЛ - цифровая абонентская линия

АСЛ - аналоговая соединительная линия

ЦСЛ - цифровая соединительная линия

ЦКП - цифровое коммутационное поле

ОТС - оборудование тональных сигналов

ОСИ - оборудование сигнализации

УС - управляющая система

УВВ - устройства ввода-вывода

Назначение:

ОП АЛ - служит для согласования ААЛ и ЦАЛ с цифровым коммутационным полем. Включает в себя абонентские интерфейсы и устройства преобразования аналоговых сигналов в ИКМ-сигналы. Число ОП АЛ зависит от емкости АТС. Минимальное число абонентских линий в ОП АЛ равно 64.

ОП СЛ служит для согласования АСЛ и ЦСЛ с цифровым коммутационным полем. Нужно иметь в виду, что ЦСЛ и ИКМ-тракт - это одно и то же. ОП СЛ включает в себя интерфейсы соединительных линий и устройства преобразования аналоговых сигналов в ИКМ-сигналы. Минимальное число АСЛ в ОП СЛ равно 32 (т.е. 1 ИКМ-тракт). Не все ЦАТС имеют устройства для подключения АСЛ. За рубежом таких линий нет, т.к. очень сложно согласовать ОП АСЛ с оборудованием ЦАТС.

ОСИ - используется для организации сигнализации в пределах АТС и межстанционной связи. ОСИ обеспечивает прием и передачу всех линейных сигналов, сигналов управления и сигналов межпроцессорного обмена.

ИТС - формируют и выдают в сторону абонента информационные сигналы - Ответ станции, Занято, контроль посылки вызова.

УС - осуществляет все процессы обслуживания вызовов и технической эксплуатации АТС. Обеспечивает контроль работоспособности АТС и все режимы технической эксплуатации.

УВВ - это видеотерминалы и принтеры, предназначенные для выполнения всех процессов по технической эксплуатации.

ЦКП (ОК) - используется для коммутации всех временных каналов, включаемых в ЦКП. Все устройства АТС включаются в ЦКП через ИКМ-тракты (ИКМ-линии). Первичная группа ИКМ-тракта составляет 30/32 временных канала независимо от системы передачи. 0-Й канал используется для передачи синхросигналов, 16-й канал используется для передачи сигнальной информации, каналы 1-15, 17-31 - разговорные.

К - используются для подключения удаленных абонентов в ЦСК. Это часть оборудования ЦСК, вынесенная в место концентрации абонентов.

Особенности построения цифровых систем коммутации

1. Использование временного деления каналов и временной коммутации каналов при построении цифрового коммутационного поля. Любой сигнал через коммутационное поле цифровой системы коммутации передается в цифровой форме.

2. Использование типовых каналов, параметры которых нормализованы:

Канал тональной частоты с эффективно передаваемой полосой частот 0,3-3,4кГц

Первичный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 кБ/с

3. Подключение цифровых абонентских линий без дополнительных преобразователей на АТС. Преобразование осуществляется в абонентской установке, в качестве которой можно использовать любое устройство.

4. Использование трактов приема и трактов передачи при установлении соединения. Тракты приема и тракты передачи разделены, поэтому любое соединение использует 2 временных канала.

5. Использование оборудования сигнализации для приема и передачи сигнализации по 16 каналу и по разговорным каналам. МККТТ рекомендован ОСК№7.

6. Использование концентраторов, позволяющих существенно снизить затраты на абонентскую сеть, т.к. стоимость концентратора + стоимость систем передачи много меньше стоимости абонентской сети. (Недостаток: все соединения одного концентратора осуществляются через ЦКП опорной АТС).

Рисунок 1.2 – Подключение концентраторов к ЦСК

Достоинства ЦСК:

1. Резкое уменьшение стоимости линейных сооружений за счет уменьшения затрат на абонентскую сеть при использовании концентраторов.

2. Уменьшение затрат на производство, монтаж и эксплуатацию ЦСК за счет использования более совершенной элементной базы, за счет простоты монтажа, за счет уменьшения количества обслуживающего персонала, высокой автоматизации работ по техническому обслуживанию ЦСК, за счет высокой надежности работы оборудования ЦСК.

Таблица 1.2

	Производство	Монтаж	Эксплуатация
АТСКУ
АТСКЭ	30 - 40	40 - 50	10 - 20
АТСЦ	20 - 30	10 - 20	5 - 10

3. Уменьшение производственных площадей под оборудование ЦСК . Для размещения оборудования требуется производственная площадь в 4 - 6 раз меньше, чем под механическую за счет уменьшения габаритов.

4. Использование центров технической эксплуатации ЦТЭ , позволяющих дистанционно управлять работами по техническому обслуживанию нескольких цифровых АТС и наблюдать за работой нескольких АТС из одного центра. При этом дополнительного оборудования не требуется, весь контроль ведется программными средствами.

5. Полная автоматизация контроля функционирования оборудования .

6. Уменьшение металлоемкости конструкций ЦСК.

7. Улучшение качества передачи и коммутации .

8. Увеличение количества ДВО для пользователей .

Недостатки ЦАТС:

1. Большие затраты на электроэнергию: 1,2 - 3 ватта на 1 вывод(не меньше, чем в аналоговых АТС). Это можно объяснить тем, что в механических АТС управляющие устройства работают только при наличии вызова, а в цифровых - непрерывно.

Предельные расстояния для радиоканалов приводятся поставщиками в предположении, что в пределах первой зоны Френеля каких-либо физических помех нет. Абсолютное ограничение на дальность связи радиорелейных каналов накладывает кривизна земли, смотри рис. 7.15 . Для частот выше 100 МГц волны распространяются прямолинейно (рис. 7.15.А) и, следовательно, могут фокусироваться. Для высоких частот (ВЧ) и УВЧ земля поглощает волны, но для ВЧ характерно отражение от ионосферы (рис. 7.15Б) - это сильно расширяет зону вещания (иногда осуществляется несколько последовательных отражений), но этот эффект неустойчив и сильно зависит от состояния ионосферы.

Рис. 7.15.

При построении длинных радиорелейных каналов приходится ставить ретрансляторы. Если антенны размещены на башнях высотой 100 м расстояния между ретрансляторами может составлять 80-100 км. Стоимость антенного комплекса обычно пропорциональна кубу диаметра антенны .

Диаграмма излучения направленной антенны показана на рис. 7.16 (стрелкой отмечено основное направление излучения). Эту диаграмму следует учитывать при выборе места установки антенны, особенно при использовании большой мощности излучения. Иначе один из лепестков излучения может прийтись на места постоянного пребывания людей (например, жилье). Учитывая эти обстоятельства, проектирование такого рода каналов целесообразно поручить профессионалам.

Рис. 7.16.

4-го октября 1957 года в СССР был запущен первый искусственный спутник земли, в 1961 году в космос полетел Ю. А. Гагарин, а вскоре на орбиту был выведен первый телекоммуникационный спутник "Молния" - так началась космическая эра коммуникаций. Первый в РФ спутниковый канал для Интернет (Москва-Гамбург) использовал геостационарный спутник "Радуга" (1993). Стандартная антенна INTELSAT имеет диаметр 30 м и угол излучения 0,01 0 . Спутниковые каналы используют частотные диапазоны, перечисленные в таблице 7.6 .

Таблица 7.6. Частотные диапазоны, используемые для спутниковых телекоммуникаций

Диапазон	Нисходящий канал ( Downlink )[ГГц]	Восходящий канал ( Uplink )[ГГц]	Источники помех
С	3,7-4,2	5,925-6,425	Наземные помехи
Ku	11,7-12,2	14,0-14,5	Дождь
Ka	17,7-21,7	27,5-30,5	Дождь

Передача всегда ведется на более высокой частоте, чем прием сигнала со спутника .

Диапазон пока еще "заселен" не слишком плотно, кроме того, для этого диапазона спутники могут отстоять друг от друга на 1 градус. Чувствительность к помехам от дождей может быть обойдена использованием двух наземных приемных станций, разнесенных на достаточно большое расстояние (размер ураганов ограничен). Спутник может иметь много антенн, направленных на разные регионы поверхности земли. Размер пятна "засветки" такой антенны на земле может иметь размер несколько сот километров. Обычный спутник обладает 12-20 транспондерами (приемопередатчиками), каждый из которых имеет полосу 36-50МГц, что позволяет сформировать поток данных 50 Мбит/с. Два транспондера могут использовать разную поляризацию сигнала, работая при одной и той же частоте. Такая пропускная способность достаточна для получения 1600 высококачественных телефонных каналов (32кбит/c). Современные спутники используют узкоапертурную технологию передачи VSAT ( Very Small Aperture Terminals). Диаметр пятна "засветки" на земной поверхности для этих антенн равен примерно 250 км. Наземные терминалы используют антенны диаметром 1 метр и выходную мощность около 1 Вт. При этом канал к спутнику имеет пропускную способность 19,2 Кбит/с, а со спутника - более 512 Кбит/c. Непосредственно такие терминалы не могут работать друг с другом через телекоммуникационный спутник. Для решения этой проблемы используются промежуточные наземные антенны с большим усилением, что существенно увеличивает задержку (и удорожает систему), смотри рис. 7.17 .

Рис. 7.17.

Для создания постоянных каналов телекоммуникаций служат геостационарные спутники, висящие над экватором на высоте около 36000 км.

Теоретически три таких спутника могли бы обеспечить связью практически всю обитаемую поверхность Земли (см. рис. 7.18).

Рис. 7.18.

Реально геостационарная орбита переполнена спутниками различного назначения и национальной принадлежности. Обычно спутники помечаются географической долготой мест, над которыми они висят. При существующем уровне развития технологии неразумно размещать спутники ближе, чем 2 0 . Таким образом, сегодня нельзя разместить более 360/2=180 геостационарных спутников.

Система геостационарных спутников выглядит как ожерелье, нанизанное на невидимую глазу орбиту. Один угловой градус для такой орбиты соответствует ~600 км. Может показаться, что это огромное расстояние . Плотность спутников на орбите неравномерна – на долготе Европы и США их много, а над Тихим океаном – мало, там они просто не нужны. Спутники не вечны, время их жизни обычно не превосходит 10 лет, они выходят из строя главным образом не из-за отказов оборудования, а из-за нехватки горючего для стабилизации их положения на орбите. После выхода из строя спутники остаются на своих местах, превращаясь в космический мусор. Таких спутников уже сейчас немало, со временем их станет еще больше. Конечно, можно предположить, что точность вывода на орбиту со временем станет выше и люди научатся выводить их с точностью в 100 м. Это позволит размещать в одной "нише" 500-1000 спутников (что сегодня представляется почти невероятным, ведь нужно оставить пространство для их маневров). Человечество может таким образом создать нечто похожее на искусственное кольцо Сатурна, состоящее целиком из мертвых телекоммуникационных спутников. До этого дело вряд ли дойдет, так как будет найден способ удаления или восстановления неработающих спутников, хотя с неизбежностью это существенно удорожит услуги таких коммуникационных систем.

К счастью, спутники, использующие разные частотные диапазоны, не конкурируют друг с другом. По этой причине в одной и той же позиции на орбите может находиться несколько спутников с разными рабочими частотами. На практике геостационарный спутник не стоит на месте, а выполняет движение по траектории, имеющей (при наблюдении с Земли) вид цифры 8. Угловой размер этой восьмерки должен укладываться в рабочую апертуру антенны, в противном случае антенна должна иметь сервопривод, обеспечивающий автоматическое слежение за спутником. Из-за энергетических проблем телекоммуникационный спутник не может обеспечить высокого уровня сигнала. По этой причине наземная антенна должна иметь большой диаметр , а приемное оборудование - низкий уровень шума. Это особенно важно для северных областей, в которых угловое положение спутника над горизонтом невысоко (настоящая проблема для широт более 70 0), а сигнал проходит довольно толстый слой атмосферы и заметно ослабляется. Спутниковые каналы могут быть рентабельны для областей, отстоящих друг от друга более чем на 400-500 км (при условии, что других средств не существует). Правильный выбор спутника (его долготы) может заметно снизить стоимость канала.

Число позиций для размещения геостационарных спутников ограничено. В последнее время для телекоммуникаций планируется применение так называемых низколетящих спутников (<1000 км; период обращения ~1 час ). Эти спутники движутся по эллиптическим орбитам, и каждый из них по отдельности не может гарантировать стационарный канал, но в совокупности эта система обеспечивает весь спектр услуг (каждый из спутников работает в режиме "запомнить и передать"). Из-за малой высоты полета наземные станции в этом случае могут иметь небольшие антенны и малую стоимость .

Существует несколько способов работы совокупности наземных терминалов со спутником. При этом может использоваться мультиплексирование по частоте ( FDM ), по времени ( TDM ), CDMA (Code Division Multiple Access ), ALOHA или метод запросов.

Схема запросов предполагает, что наземные станции образуют логическое кольцо , вдоль которого двигается маркер. Наземная станция может начать передачу на спутник, лишь получив этот маркер.

Простая система ALOHA (разработана группой Нормана Абрамсона из Гавайского университета в 70-х годах) позволяет каждой станции начинать передачу тогда, когда она этого захочет. Такая схема с неизбежностью приводит к столкновениям попыток. Связано это отчасти с тем, что передающая сторона узнает о столкновении лишь спустя ~270 мсек. Достаточно последнему биту пакета одной станции совпасть с первым битом другой станции, потеряны будут оба пакета и их придется послать повторно. После столкновения станция ожидает некоторое псевдослучайное время и совершает повторную попытку передачи еще раз. Такой алгоритм доступа обеспечивает эффективность использования канала на уровне 18%, что совершенно недопустимо для таких дорогостоящих каналов, как спутниковые. По этой причине чаще используется доменная версия системы ALOHA , которая удваивает эффективность (предложена в 1972 году Робертсом). Временная шкала делится на дискретные интервалы, соответствующие времени передачи одного кадра.

В этом методе машина не может посылать кадр , когда захочет. Одна наземная станция (эталонная) периодически посылает специальный сигнал, который используется всеми участниками для синхронизации. Если длина временного домена равна , тогда домен с номером начинается в момент времени по отношению к упомянутому выше сигналу. Так как часы разных станций работают по -разному, необходима периодическая ресинхронизация. Другой проблемой является разброс времени распространения сигнала для разных станций. Коэффициент использования канала для данного алгоритма доступа оказывается равным (где – основание натурального логарифма). Не слишком большая цифра, но все же в два раза выше, чем для обычного алгоритма ALOHA .

Метод мультиплексирования по частоте (FDM ) является старейшим и наиболее часто используемым. Типичный транспондер с полосой 36 Мбит/с может быть применен для получения 500 64кбит/с ИКМ-каналов (импульсно-кодовая модуляция ), каждый из которых работает со своей уникальной частотой. Чтобы исключить интерференцию, соседние каналы должны отстоять по частоте на достаточном расстоянии друг от друга. Кроме того, необходимо контролировать уровень передаваемого сигнала, так как при слишком большой выходной мощности могут возникнуть интерференционные помехи в соседнем канале. Если число станций невелико и постоянно, частотные каналы могут быть распределены стационарно. Но при переменном числе терминалов или при заметной флуктуации загрузки приходится переходить на динамическое распределение ресурсов .

Одним из механизмов такого распределения имеет название SPADE , он применялся в первых версиях систем связи на базе INTELSAT . Каждый транспондер системы SPADE содержит 794 симплексных ИКМ-каналов по 64-кбит/c и один сигнальный канал с полосой 128 кбит/c. ИКМ-каналы используются попарно для обеспечения полнодуплексной связи. При этом восходящий и нисходящий каналы имеют полосу по 50 Мбит/с. Сигнальный канал делится на 50 доменов по 1 мсек (128 бит ). Каждый домен принадлежит одной из наземных станций, число которых не превышает 50. Когда станция готова к передаче, она произвольным образом выбирает неиспользуемый канал и записывает номер этого канала в очередной свой 128-битный домен . Если один и тот же канал попытаются занять две или более станции, происходит столкновение, и они вынуждены будут повторить попытку позднее.

Метод мультиплексирования по времени сходен с FDM и довольно широко применяется на практике. Здесь также необходима синхронизация для доменов. Это делается, как и в доменной системе ALOHA , с помощью эталонной станции. Присвоение доменов наземным станциям может выполняться централизовано или децентрализовано . Рассмотрим систему ACTS ( Advanced Communication Technology Satellite ). Система имеет 4 независимых канала ( TDM ) по 110 Мбит/c (два восходящих и два нисходящих). Каждый из каналов структурирован в виде 1-милисекундных кадров, которые имеют по 1728 временных доменов. Все временные домены несут в себе 64-битовое поле данных, что позволяет реализовать голосовой канал с полосой 64 Кбит/c. Управление временными доменами с целью минимизации времени на перемещения вектора излучения спутника предполагает знание географического положения наземных станций. Управление временными доменами осуществляется одной из наземных станций (MCS - Master Control Station ). Работа системы ACTS представляет собой трехшаговый процесс. Каждый из шагов занимает 1 мсек. На первом шаге спутник получает кадр и запоминает его в 1728-ячеечном буфере. На втором - бортовая ЭВМ копирует каждую входную запись в выходной буфер (возможно для другой антенны). И, наконец, выходная запись передается наземной станции.

В исходный момент каждой наземной станции ставится в соответствие один временной домен . Для получения дополнительного домена, например, для организации еще одного телефонного канала, станция посылает запрос MCS . Для этих целей выделяется специальный управляющий канал емкостью 13 запросов в сек. Существуют и динамические методы распределения ресурсов в TDM (методы Кроузера , Биндера [ Binder ] и Робертса ).

Метод CDMA (Code Division Multiple Access ) является полностью децентрализованным. Как и другие методы, он не лишен недостатков. Во-первых, емкость канала CDMA в присутствии шума и отсутствии координации между станциями обычно ниже, чем в случае TDM . Во-вторых, система требует быстродействующего и дорогого оборудования.

Технология беспроводных сетей развивается довольно быстро. Эти сети удобны в первую очередь для подвижных средств. Наиболее перспективным представляется проект IEEE 802.11, который должен играть для радиосетей такую же интегрирующую роль, как 802.3 для сетей Ethernet и 802.5 для Token Ring. В протоколе 802.11 используется тот же алгоритм доступа и подавления столкновений, что и в 802.3, но здесь вместо соединительного кабеля используются радиоволны (Рис. 7.19.). Применяемые здесь модемы могут работать и в инфракрасном диапазоне, что бывает привлекательно, если все машины размещены в общем зале.

Рис. 7.19.

Стандарт 802.11 предполагает работу на частоте 2.4-2.4835 ГГц при использовании модуляции 4FSK/2FSK