2 (Ответики к экзамену), страница 6

современная телефонная сеть состоит из:

• абонентской линии - локального соединения или последней мили (соединение «клиент - местная ТС»)

• магистралей - оптоволоконных или микроволновых (соединение ТС-ТС)

• станций коммутации (ТС)

Магистрали и мультиплексирование

Наряду с абонентской линией, следующим важным компонентом телефонных систем являются магистрали, соединяющие узлы коммутации разного уровня. Здесь мы рассмотрим их организацию и функционирование. Одним из существенных факторов при организации магистрали был и остается экономический. Дело в том, что затраты на прокладку кабеля в значительной степени определяют внешние условия (город, сельская местность, глубина залегания, наличие инженерных коммуникаций и т.д.), а не технические характеристики, например, пропускная способность. Поэтому чем больше абонентов смогут использовать один и тот же кабель, тем быстрее окупятся затраты на его прокладку, тем дешевле будет стоить каждому из них его эксплуатация. Вспомним историю. Вестерн Юнион объявила в свое время конкурс на решение проблемы передачи нескольких телеграмм по одной линии, которым заинтересовался Александр Белл. За 100 лет существования телефона были инвестированы огромные средства в создание методов и оборудования, позволяющих использовать одну и ту же магистраль одновременно для передачи нескольких разговоров. Такой технический прием называют мультиплексированием, или уплотнением. Созданные в телефонии схемы мультиплексирования можно разделить на два больших класса: мультиплексирование с разделением частот и мультиплексирование с разделением по времени. Кроме этого, были разработаны методы мультиплексирования на основе разделения длин волн и на основе разделения кодов. Метод разделения длин волн применяют в оптоволоконных системах. Методы разделения кодов используют в системах беспроводной связи.

Мультиплексирование с разделением частот

Идея мультиплексирования с разделением частот очень проста: весь диапазон частот полосы пропускания кабеля разбивают на поддиапазоны, которые называют каналами. По каждому каналу идет независимая передача.

Мультиплексирование с разделением длины волны

Этот способ мультиплексирования используется для волоконноптических каналов, пример которых мы рассмотрим в разделе 2.5.5.4. Самый простой способ такого мультиплексирования показан на рисунке 2-42.

Рисунок 2-42. Мультиплексирование с разделением длины волны

Два волоконнооптических кабеля с импульсами разной длины волны подводят к одной призме. Свет, пройдя через призму (или дифракционную решетку), смешивается в единый луч, который на другом конце разделяется с помощью другой призмы.

Мультиплексирование с разделением по времени

Частотное мультиплексирование требует применения аналоговых схем и малопригодно для управления компьютером. Мультиплексирование с разделением времени или TDM-мультиплексирование (Time Division Multiplexing), наоборот, предполагает использование цифрового оборудования и хорошо соответствует возможностям компьютера. Следует отметить, что оно подходит только для работы с данными в цифровой форме. Поскольку по абонентской линии телефонный сигнал передают в аналоговой форме, то его надо сначала оцифровать. Оцифровка сигнала происходит на местном узле коммутации, куда сходятся абонентские линии с аналоговыми сигналами. На местном узле коммутации аналоговые сигналы с абонентских линий оцифровываются, объединяются и передаются на узлы коммутации следующего уровня по магистральным шинам. Здесь мы рассмотрим, как это все происходит. преобразование сигнала в цифровую форму и обратно осуществляет специальное устройство, называемое кодек (coder-decoder). Есть два основных метода преобразования аналогового сигнала в цифровую форму и обратно. Это метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ-метод) и разностный метод Дельта-модуляции. Напомним, что в ИКМ-методе аналоговая линия сканируется, в соответствии с теоремой Найквиста, с удвоенной частотой старшей гармоники - в случае телефонных систем с частотой 8 000 Гц. Амплитуда аналогового сигнала разбивается на определенное количество уровней. При каждом замере определяется не абсолютное значение сигнала, а его уровень. Номер уровня и передается в виде двоичного кода.

Когда метод ИКМ начал развиваться, МКТТ не смогло сразу договориться и ввести единый стандарт на применение этого метода в телефонии. В результате возникло два варианта: европейский (Е1) и Т1, получивший распространение в США и Японии.

Стандарт Е1 предполагает мультиплексирование 30 каналов. Стандарт Т1 позволяет мультиплексировать 24 линии.

14.Телефонные сети: структура, методы коммутации.

Итак, современная телефонная сеть состоит из:

• абонентской линии - локального соединения или последней мили (соединение «клиент - местная ТС»)

• магистралей - оптоволоконных или микроволновых (соединение ТС-ТС)

• станций коммутации (ТС)

Коммутация

В телефонных сетях используются два разных способа коммутации: коммутация каналов и коммутация пакетов.

Коммутация каналов и коммутация пакетов

Основные различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов приведены ниже:

• При коммутации каналов создается соединение, пропускная способность которого полностью резервируется за двумя абонентами, вне зависимости от того, какая пропускная способность реально им потребуется. При коммутации пакетов физическая линия может быть использована пакетами разных абонентов. Следует иметь в виду, что так как при коммутации пакетов не происходит жесткого закрепления канала, то резкое увеличение потока пакетов в узле коммутации (в случае коммутации пакетов эти узлы называют маршрутизаторами), может привести к их перегрузке и потере части пакетов.

• При коммутации каналов гарантировано, что все данные поступят абоненту и в том порядке, в каком их послали. При коммутации пакетов из-за ошибок маршрутизации пакеты могут быть направлены не по назначению, сохранение их исходного порядка получателю не гарантируется.

• Коммутация каналов абсолютно прозрачна для абонентов. Они могут пересылать данные в любой кодировке и формате. При коммутации пакетов формат и способ кодировки пакетов задан заранее и определяется оператором связи.

• При коммутации пакетов плата взимается за время соединения и число переданных пакетов. При коммутации каналов плата берется исключительно за время и длину соединения.

Иерархия узлов коммутации

Совокупность узлов коммутации, оконечных абонентских устройств и соединяющих их каналов и линий связи называют сетью телефонной связи. Сети связи создаются для передачи информации между абонентами и бывают коммутируемыми и некоммутируемыми. Сеть называется коммутируемой, когда тракт передачи информации создается по запросу абонента на время сообщения, и некоммутируемой, когда тракт передачи информации обеспечивается постоянным соединением между определенными абонентами и нет необходимости в коммутации. Телефонные сети являются коммутируемыми. Общегосударственная телефонная сеть (ОАКТС) состоит из междугородной телефонной сети и зоновых телефонных сетей. Междугородная телефонная сеть обеспечивает соединение автоматических междугородных телефонных станций (АМТС) различных зон. См. рисунок 2-31 в разделе 2.5.2.

Зоновая телефонная сеть состоит из местных телефонных сетей, расположенных на территории зоны, и внутризоновой телефонной сети, которая соединяет между собой эти сети. Местные телефонные сети разделяются на городские, обслуживающие город и ближайшие пригороды (ГТС), и сельские (СТС), обеспечивающие связь в пределах сельского административного района. Учрежденческо-производственная телефонная сеть (УПТС) служит для внутренней связи предприятий, учреждений, организаций и может быть соединена с сетью общего пользования либо быть автономной. Зоновая телефонная сеть включает всех абонентов определенной территории, охватываемой единой семизначной нумерацией (см. раздел 2.5.2), и является частью ОАКТС. Территории зоновых сетей совпадают с территориями административных областей (республик). В зависимости от конфигурации области и телефонной плотности территории нескольких областей могут быть объединены в одну зону и, наоборот, одна область может быть разделена на две зоны и более. Зоновая сеть включает в себя ГТС и СТС, причем на территории одной зоны могут быть несколько ГТС и СТС. Крупные города с семизначной нумерацией выделяются в отдельные зоны. Сельские телефонные сети охватывают более обширные территории, чем городские, но плотность телефонных аппаратов значительно меньше. Поэтому емкость автоматических телефонных станций АТС в сельских местностях значительно меньше, чем в городах. Городская телефонная сеть состоит из комплекса сооружений (станционное оборудование, здание, линейные сооружения, абонентские устройства и др.), обеспечивающих телефонной связью абонентов города и прилегающих к нему пригородов. Стоимость линейных сооружений в значительной степени зависит от принципа построения ГТС и ее емкости.

Коммутаторы каскадные

Теперь, познакомившись с иерархией телефонных станций (узлов коммутации), давайте рассмотрим, как устроен сам коммутатор. Самый простой вид коммутаторов - это прямой коммутатор n x n, у которого есть n входных и n выходных линий. Он показан на рисунке 2-52. В каждой точке пересечения стоит полупроводниковый переключатель, который замыкает соответствующие линии. Основной недостаток этого типа коммутаторов - квадратичный рост сложности при увеличении n. Сложность коммутатора измеряется в количестве точек пересечения. Даже если учесть, что в случае дуплексных линий и отсутствии самосоединений нам требуется только половина пересечений (выше или ниже диагонали), то все равно нам надо порядка n(n-1)/2 переключателей. Идея построения этого типа коммутаторов такова: разделить простой коммутатор на части, соединить эти части между собой промежуточными дополнительными коммутаторами. Рассмотрим пример трехслойного каскадного коммутатора. В первом слое N входных линий разбиваются на группы по n линий в каждой. На втором слое N/n прямых коммутаторов n х k линий каждый соединяются с k коммутаторами N/n х N/n линий. Третий каскад повторяет первый в обратном порядке: не n х k, а k х n.

Подсчитаем сложность такого каскадного коммутатора. Первый каскад содержит

точек пересечения.

Второй каскад имеет точек пересечения. Третий каскад по сложности такой же как и первый. Таким образом, получаем точек пересечения.

При N=1000, n=50 и k=10 нам потребуется всего 24000 точек пересечения вместо 499500, как было бы при прямом коммутаторе.

Рисунок 2-53. Устройство каскадных коммутаторов

Каскадные коммутаторы имеют недостаток - блокировка коммутаторов второго слоя. На рисунке 2-53 (а) второй слой может коммутировать одновременно только 8 звонков. Девятый звонок буден заблокирован. Коммутатор на 2-53 (b) лучше. В нем 12 входов на втором каскаде, но он и дороже. Клос (Clos) в 1953 году показал, что при k=2n-1 блокировок в каскадных коммутаторах не будет.

Коммутаторы с разделением времени

Пусть у нас есть n линий, которые нам надо коммутировать. Эти линии сканируют последовательно одна за другой в течение определенного временного слота. Образуется кадр из n ячеек по k битов в каждой. Например, в стандарте Е1 каждая ячейка содержит по 8 бит, кадр – 32 ячейки, а всего за секунду проходит 8000 кадров.

Рисунок 2-54. Коммутатор с разделением времени

Затем кадр попадает в коммутатор ячеек. Коммутатор ячеек переставляет ячейки в соответствии с таблицей коммутации. Обработка кадра происходит следующим образом. Входной кадр записывается в память в том порядке, как ячейки считывались с линий. Затем ячейка считываются из памяти в порядке, задаваемом таблицей коммутации.

15.Цифровые сети с интегрированным сервисом (ISDN сети).

Цифровые сети с интегрированным сервисом (ISDN)

принято решение о создании новой полностью цифровой телекоммуникационной сети, которой дали название «Цифровая сеть с интегрированным сервисом» (ISDN - Integrated Service Digital Network). ISDN задумывалась как всемирная телекоммуникационная сеть, которая должна была заменить телефонные сети. С точки зрения приложений, ISDN должна была поддерживать передачу голоса, звука, изображения и данных. ISDN-телефон по замыслу проекта должен был обеспечивать самый разнообразный сервис: программируемые функции, показ номера телефона, от которого поступил звонок, имя звонящего, умение работать с компьютером - выдать запрос к базе данных и высветить на экране ответ, переадресовать звонки, удаленный доступ к своему телефону, автоматические звонки в скорую помощь, полицию, пожарную службу в случае опасности и т.д. Эта технология должна обеспечивать подключение прямо в сеть, без использования модемов, цифровые приборы и оборудование. Проект ISDN постоянно находится в развитии. Он оказывает огромное влияние как на операторов связи, так и на производителей оборудования. В рамках проекта ISDN значительные усилия сосредоточены на стандартизации интерфейсов разных уровней. Несмотря на то что ISDN еще не достиг того же уровня распространения, как обычный телефон, уже появилось второе поколение этого проекта. Первое поколение называют narrowband ISDN – узкополосный, или низкоскоростной ISDN (N-ISDN). Он поддерживает аналоговые и цифровые каналы с пропускной способностью 64 Кбит/сек. и основан на коммутации каналов. Одним из важных технических новшеств N-ISDN стал метод передачи Frame Relay.  Второе поколение ISDN, называемое broadband ISDN, – широкополосный, или высокоскоростной ISDN, поддерживает высокую скорость передачи данных (сотни Мбит/сек.) и функционирует на основе коммутации пакетов. Одним из основных технических новшеств B-ISDN стал асинхронный метод передачи (АТМ).

Принципы ISDN

Принципы ISDN были определены МСС (бывшей МКТТ) и опубликованы в рекомендации I.120 в 1993 году. Они приведены ниже:

1. Поддержка голосовых и неголосовых приложений с использованием определенного набора стандартизированных средств. Этот принцип определяет цели ISDN и средства их достижения. ISDN поддерживает разнообразные сервисы, как голосовую связь (телефон), так и неголосовую (обмен данными в цифровой форме). Эти сервисы предоставляются в строгом соответствии со стандартами МСС, которые определяют интерфейсы и виды передачи данных.

1. Поддержка как коммутируемых, так и некоммутируемых приложений. ISDN использует коммутацию каналов и коммутацию пакетов. Также ISDN поддерживает некоммутируемые приложения, использующие выделенные линии.

1. Основа на соединениях 64 Кбит/сек. ISDN-соединения, основанные как на коммутируемых каналах, так и на коммутации пакетов, должны обеспечивать скорость передачи в 64 Кбит/сек. Это один из основных конструктивных элементов ISDN. Эта скорость была выбрана потому, что она была стандартной для передачи голоса в оцифрованной форме и поддерживалась интегрированными цифровыми сетями (Integrated Digital Network – IDN). Однако очень скоро оказалось, что этой скорости недостаточно. Второе поколение ISDN – B-ISDN обеспечивает большую гибкость.

1. Интеллектуальные сети. ISDN должна поддерживать сервис высокого уровня: например, выполнять переадресацию звонков, автоматически определять разные виды терминалов.

1. Уровневая архитектура. Протоколы доступа в ISDN-сеть должны иметь уровневую архитектуру, соответствующую OSI-модели. Этим обеспечивается целый ряд преимуществ:

• Для OSI-приложений уже создано много стандартов. Пример - HDLC, уровень 3 в стандарте Х.25 для доступа к сервису с коммутацией пакетов в ISDN.

• Новые ISDN-стандарты могут быть основаны на уже существующих стандартах, тем самым сокращается стоимость их реализации.

• Стандарты разных уровней можно независимо развивать и реализовывать.

1. Разнообразие конфигураций. Реализация ISDN предполагает разнообразные физические конфигурации. Это обеспечивает приспособляемость ISDN к различиям в государственной политике, уровням технологий, имеющемуся оборудованию.

Архитектура сетей N-ISDN

Основой ISDN-архитектуры является концепция битового потока в цифровом тракте или просто цифрового тракта между пользователем и транспортной средой, через которую поток битов передается. При этом не важно, как был сформирован этот поток битов - телефоном, факс-машиной, компьютером и т.п. Важно, что биты можно передавать по тракту в обоих направлениях. Цифровые тракты могут мультиплексировать с разделением по времени несколько независимых каналов. Концепция цифрового тракта строго специфицирована. В этой спецификации определены интерфейсы, формат цифрового потока и правила мультиплексирования потоков. Было разработано два стандарта: один для низкоскоростной передачи (для домашнего использования) и высокоскоростной (для бизнес приложений). На рисунке 2-59 (а) показаны основные конфигурации для дома или небольшой организации. Поставщик сервиса, или, как его еще называют, оператор, устанавливает оконечное сетевое устройство - NT1. NT1 соединено, с одной стороны, с ISDN-оборудованием пользователя, а с другой - с ISDN-устройством обмена в помещении поставщика сервиса. NT1 может быть удалено от ISDN-устройства обмена на несколько километров и соединено с ним витой парой, оставшейся от обычного телефонного соединения. К одному NT1 может быть подключено до 8 ISDN-устройств пользователя. С точки зрения пользователя, граница сети передачи данных – NT1-устройство. Для производственных нужд конфигурация 2-59(а) не подходит, так как может потребоваться существенно больше оконечных ISDN-устройств, функционирующих одновременно, например, телефонов. Поэтому в промышленности используется конфигурация, представленная на рисунке 2-59(b). В этой конфигурации используется устройство NT2 - PBX (Private Branch eXchange), которое мы будем называть устройством обмена второго уровня. PBX соединен с NT1 и обеспечивает связь с телефонами, терминалами в офисе и их мультиплексирование. Таким образом, PBX - это по существу небольшой ISDN-коммутатор. МКТТ определило четыре вида точек подключения для ISDN-сетей: R, S, T, U. U-соединение определяет соединение между ISDN-устройством обмена и NT1. На сегодня это либо медная витая пара, либо оптоволоконная линия. Т - определяет подключение NT1 к оборудованию в офисе пользователя. S - подключение PBX- и ISDN-терминалов. R - адаптер между ISDN-терминалом и не-ISDN оборудованием. Подключение типа Т позволяет подключить 23 канала по 64 Кбит/сек., что хорошо укладывается в стандарт Т1 в США и Японии, и 30 каналов по 64 Кбит/сек. для Европы. Однако надо подчеркнуть, что для одного N-ISDN терминала доступна скорость не более 64 Кбит/сек. Битовый тракт в ISDN подразумевает мультиплексирование нескольких стандартных каналов. Стандарты ISDN определяют следующие типы каналов:

• A – 4 КГц, аналоговый телефонный канал

• B – 64 Кбит/сек., цифровой канал с импульсно-кодовой модуляцией для голоса или данных

• D – 16 или 64 Кбит/сек., цифровой канал

• H – 384 (Н0), 1536 (Н11), 1920 (Н12) Кбит/сек., цифровой канал

Канал типа В подразумевает четыре вида соединений:

• С коммутацией каналов. Абонент инициирует вызов, под воздействием которого устанавливается соединение с коммутацией каналов, которое соединяет абонента с другим абонентом сети.

• С коммутацией пакетов. Абонент подключен к узлу сети с коммутацией пакетов и обменивается данными с другими абонентами посредством протоколов Х.25.

• Cоединение Frame Relay. Абонент подсоединяется к узлу сети Frame Relay, через которую происходит обмен данными.

• Постоянное соединение. Это соединение с другим абонентом, которое было установлено заранее и динамически изменено быть не может. Это соединение подобно выделенной линии.

Канал типа D служит двум целям. Во-первых, он служит для управления коммутацией каналов, инициированной вызовом по интерфейсу, с абонентом через канал В. Кроме этого, канал D можно использовать, когда он свободен, для коммутации пакетов или получения данных от оборудования на низкой скорости (до 100 бит/сек.).