Телекоммуникационная сеть

Лекция 9. Телекоммуникационная сеть

Базовая телекоммуникационная сеть

Сеть абонентского (местного) доступа

Транспортная сеть

Международная Сеть

Эта лекция  описывает основные операции телекоммуникационной сети

с помощью обычного телефона. Операции обычного телефона, которые являются легкими для  понимания, используются для того, чтобы разъяснить, как телефонные связи создают сети. Посмотрите на абонента, сигнализирующего по абонентской линии телефонной сети. Тот же самый вид сигнализации требуется   в современных телекоммуникационных сетях, типа ISDN и сотовой сети. Мы начинаем рассмотрение с этой простой услуги для того, чтобы заложить основы для понимания более сложных типов услуг.

Базовая Телекоммуникационная Сеть

Рекомендуемые материалы

Основная цель работы телекоммуникационной сети состоит в том, чтобы передать информацию в любой форме от одного к другому пользователю сети. Эти пользователи общественной сети, например, телефонной   сети, называются абонентами. Абонентская информация может принять много форм, типа речи, изображения или данных, и абоненты могут использовать различные технологии сети доступа для того, чтобы получить доступ к сети, например, от стационарных  или мобильных телефонов. Можно видеть, что телекоммуникационная сеть состоит из многих различных сетей, обеспечивающих различные услуги, типа передачи данных, обслуживания стационарных  или мобильных телефонов. Далее мы рассмотрим основные функции, которые  необходимы для всех сетей независимо от того, какие службы они обеспечивают.

Три технологии необходимы для коммуникации через сеть: (1) передача, (2) коммутация и (3) сигнализация. Каждая из этих технологий требует специалистов для их разработки, эксплуатации и обслуживания.

Передача. Передача - процесс транспортировки информации между конечными пунктами системы или сети. Системы передачи используют четыре основных среды для передачи информации от одного пункта до другого:

1. Медные кабели, типа используемых в ЛВС и телефонных абонентских линиях;

2. Оптоволоконные кабели, типа используемых для высокоскоростной передачи данных в телекоммуникационных сетях;

3. Радиодиапазон свободного пространства, типа используемого для мобильных телефонов и спутниковой связи;

4. Оптический диапазон свободного пространства, типа диапазона, используемого для контроля инфракрасных отдаленных излучений.

В телекоммуникационной сети, системы передачи взаимодействуют с АТС и, вместе взятые, называются сетью передачи или транспортной сетью. Заметим, что число речевых каналов (которое является одной из мер емкости линии передачи), необходимое для взаимодействия АТС, намного меньше числа абонентов, потому что только маленькая часть их, связываются между собой в одно и то же самое время.

Коммутация. В принципе, все телефоны можно соединить друг с другом кабелями, как это было в очень раннем периоде развития телефонии. Однако, по мере того как

число телефонов росло, операторами было замечено, что для экономии проводов лучше  переключать в коммутаторе абонентские линии между собой. Тогда всего несколько пар проводов становятся необходимыми между коммутаторами, потому что число одновременно продолжающихся соединений абонентов  всегда намного меньше числа телефонов, см. рис. 9.1.

Рис. 9.1. Базовая телекоммуникационная сеть

Первые телефонные станции не были автоматическими, переключения производились вручную, используя распределительный щит - коммутатор.

Строунджер разработал первый автоматический коммутатор (АТС) в 1887 году. В

те времена, телефонный пользователь управлял переключением с помощью электрических импульсов, производимых наборным диском. В течение многих десятилетий АТС были комплексом  электромеханических реле, но в течение последних нескольких десятилетий они были развиты в управляемые программным обеспечением цифровые АТС. Современные АТС обычно имеют весьма большую емкость -  десятки тысяч абонентов и тысячи из них могут участвовать в соединениях, продолжающиеся в одно и то же время.

Сигнализация. Сигнализация - механизм, который позволяет коммутировать объекты сети ( клиенты и АТС сети), чтобы установить, поддержать и закончить соединение их между собой в сети. Сигнализация выполняется с помощью определенных сигналов или сообщений, которые указывают клиенту на другом конце, что требуется от него для  установления или прерывания этого соединения.

Некоторые примеры сигнализации на абонентских линиях следующие:

•Условие поднимания трубки: контроллер АТС замечает, что абонент поднял телефонную трубку (создается цепь прохождения постоянного тока) и посылает длинный гудок абоненту.

• Набор номера: абонент набирает цифры наборного диска, и они передаются на АТС.

• Условие опускания трубки: контроллер АТС замечает, что абонент закончил

разговор (цепь прохождения постоянного тока разрывается), снимает соединение

и останавливает отслеживание.

Сигнализация, естественно, необходима также и между АТС, потому что большинство соединений  проходит через более чем одну АТС. Много различных систем сигнализации используется для взаимосвязи между АТС. Сигнализация является чрезвычайно сложным процессом в телекоммуникационной сети. Вообразите, например, иностранного абонента GSM, включающего свой телефон в Гонконге. Приблизительно через 10 секунд он уже в состоянии получать вызовы, направленные к нему. Информацию, для выполнения этой функции, перенесут сотни сигнализирующих сообщений между АТС в международной и национальной сети. В следующей секции, мы поделим глобальную телекоммуникационную сеть на три упрощенных уровня, чтобы разъяснять их структуру и технологии, которые используются, чтобы осуществить требуемые функции.

Сеть абонентского (местного) доступа

Сеть местного доступа обеспечивает связь между пользователем телефона и местной АТС. Абоненты обычного телефона и ISDN используют два провода или обычную абонентскую линию, но для  деловых клиентов может потребоваться оптическое волокно или микроволновая радиолиния, имеющие более высокую емкость. Много различных технологий используется в сети местного доступа, чтобы присоединить абонентов к общественной телекоммуникационной сети. Рисунок 9.2.иллюстрирует структуру сети местного доступа и показывает самые важные технологии в использовании. В большинстве соединений абонента с АТС используются пары из двух медных проводов. Абонентские кабели содержат много таких пар, которые защищены снаружи общим экраном из алюминиевой фольги и пластмассовой оболочкой. В городских условиях кабели укладываются в грунт и могут быть  очень большими по емкости, включая в себя  сотни пар. Распределительные щиты, которые устанавливаются снаружи или внутри зданий, необходимы для разделения больших кабелей на меньшие по емкости и распределения абонентских  пар  в зданиях, как показано на рис. 9.2. В пригородах или сельской местности, подвешенные на опорах кабели - часто более экономичное решение, чем подземные кабели.

Рис. 9.2.  Пример сети местного доступа.

Оптическая связь используется тогда, когда требуется высокая (более 2 Mбит/c) скорость передачи, или очень хорошее качество передачи. Микроволновая радиолиния - часто более экономичное решение, чем оптическое волокно, особенно тогда, когда появляется потребность заменить существующий кабель другим кабелем, с большей емкостью.

Установка оптических или медных кабелей занимает больше времени потому, что требует разрешения от городских властей. Прокладка кабелей обходится очень дорого, особенно в тех случаях, когда они должны быть погружены в грунт.

Одна из технологий осуществления абонентских линий известна как беспроводной радиодоступ (WLL). Эта технология  использует радиоволны и не требует установки абонентского кабеля; это - быстрый и дешевый способ подключения нового абонента к общественной телефонной сети. С помощью этой технологии новые операторы могут обеспечить услуги в местности, где прежний оператор имеет кабели.  Беспроводной радиодоступ можно использовать  и для замены старых, подвешенных на опорах абонентских линий в сельских районах.

Когда емкость кабелей сети (из-за подключения новых абонентов) должна быть увеличена, может оказаться  экономичнее установить концентраторы для отдаленных  абонентов, или абонентские мультиплексоры, чтобы использовать существующие кабели более эффективно. Мы используем каждый из этих терминов, чтобы описать только одну из возможностей подключения отдаленных единиц коммутации.

Концентратор может переключать местные звонки среди нескольких абонентов, подключенных к нему. Концентратор по своей сути - часть телефонной станции, которая перемещена поближе к  далеко расположенным абонентам. Цифровая передача между телефонной станцией и концентратором существенно улучшает использование соединительных кабелей, так что порой всего двухпроводный кабель в виде пары служит десяткам абонентов.

 Абонентские мультиплексоры могут присоединить каждого абонента к индивидуальному коридору (каналу) во времени  в системе ИКМ. Детальные функциональные возможности системы зависят от изготовителя, но можно сказать, что только те абоненты, которые часто поднимают телефонную трубку, экономно используют (сберегают) канал к местной телефонной станции.

 Мы объяснили альтернативы абонентского доступа, показанные на рис. 9.2 , главным образом с точки зрения службы неподвижных телефонов, но они могут также использоваться и для того, чтобы обеспечить доступ к Интернету.

Местная  телефонная станция. Абонентские линии соединяют абонентов с местными телефонными станциями, которые занимают самый низкий уровень в иерархии коммутационных узлов. Основные задачи цифровой местной   телефонной станции:

• Обнаруживать факт  поднятия абонентом трубки, анализировать набранный номер и определять является ли маршрут доступным.

• Подключать  абонента к соединительной линии, ведущей от АТС к МТС, для междугородних телефонных  разговоров.

• Подключать абонента к другому абоненту той же самой местной   телефонной станции.

• Определять, свободен ли абонент по  набранному номеру и посылать сигнал вызова к нему.

• Обеспечивать измерение трафика и собирать статистические данные о  своих абонентах.

• Обеспечивать переход от двухпроводной абонентской линии к  четырёхпроводной линии в междугородней сети.

• Преобразовывать аналоговый речевой сигнал в цифровой сигнал (в системе передачи с ИКМ).

Размер местной телефонной станции изменяется от сотен абонентов до

десятков тысяч абонентов или даже более. Маленькая местная телефонная станция, иногда называемая как отдаленная единица коммутации (RSU), выполняет коммутацию и функции концентрации так же, как и все местные АТС. Местная телефонная станция уменьшает необходимую для внешних связей емкость линий передачи (число речевых каналов) обычно с фактором сжатия 10 или более; то есть, число местных абонентов примерно в 10 раз выше, чем число соединительных линий (каналов) от местной телефонной станции к внешним станциям. Рисунок 9.2 показывает только некоторые различные подключения абонента местной телефонной станции и пути  для их физического установления.

Главный щит переключений (ГЩП) – конструкция, которое содержит силовое и испытательное оборудование для разделки концов входящих кабелей и проведения проволочного монтажа, соединяющего внешние и внутренние цепи станции.

Все абонентские линии подключаются к главному щиту – кроссу,  который расположен близко к местной телефонной станции, как показано на рис 9.3. Это - большая конструкция с огромным числом проволочных соединений. Абонентские пары подключаются к коммутационному полю с одной стороны, а пары от местной телефонной станции с другой. Внутри коммутационного  поля остается достаточно места для перекрестных соединений. Кабели и соединители обычно размещают логическим путем так, чтобы видеть структуру сети абонентских пар и сети соединений. Это фиксированное соединение кабелей остается тем же самым длительные периоды времени, но соединения  между сторонами коммутационного поля изменяются   ежедневно, например, потому, что абонент  переехал в другой дом в радиусе действия той же самой АТС.

Перекрестные соединения в ГЩП  обычно делают витыми парами, которые допускают скорости передачи данных  до 2 Mбит/с. Обычные абонентские пары используются только для соединений  аналоговых телефонов, аналоговых и цифровых учрежденческих АТС, терминалов  ЦСИО и ADSL. Телефон, снабженный ADSL, и обычный аналоговый телефон используют для подключения к главному щиту переключений обычную двухпроводную абонентскую линию. Данные и речевой сигнал  могут в ней использоваться одновременно,  они разделяются  в телефонной станции, где речевой сигнал поступает к обычному аналоговому обменному интерфейсу, а данные поступают к  Интернету, как показано на рис. 9.3.

Цифровая телефонная станция может включать в себя и аналоговый и цифровой абонентские интерфейсы. Для цифровой учрежденческой АТС (автоматической системы коммутации, которая обслуживает учреждение) доступны цифровые интерфейсы с пропускной способностью до 2 Мбит/с.

 Если местный коммутатор имеет способность работать с ЦСИО, то и ему доступны интерфейсы для первичной и основной скоростей передачи данных.

Обычные абонентские пары  используются для подключения   ЦСИО с основной скоростью передачи (160-кбит/c в двух направлениях) к сетевому терминалу (СТ), размещенному в помещении клиента.

Интерфейс ЦСИО для первичной скорости данных (2 Мбит/с) используется

для подключения цифровой учрежденческой (частной) АТС. Он требует двух пар проводов, по одной на каждое направление  передачи и поддерживает много одновременных внешних вызовов.

В дополнение к главному щиту переключений операторы сети могут использовать и  другие щиты переключений для управления сетями передачи и их обслуживания. Оптический щит переключений (ОЩП) содержит два поля  оптоволоконных соединителей. Оптические кабели сети связаны с одним полем соединителей, с другим  полем связаны с оптические линии оконечных устройств. Перекрестные соединения между двумя полями соединителей создаются оптическими волокнами. Это позволяет обслуживающему персоналу, например, заменять дефектное оптическое кабельное соединение запасным.

Цифровой щит переключений (ЦЩП) - система перекрестных соединений, к которой подключаются цифровые интерфейсы от системы линий и телефонной станции (или другого оборудования сети). С помощью ЦЩП для первичной скорости передачи данных (2 Мбит/с), оператор может легко изменить соединения между входными и выходными участками оборудования.

Рис. 9.3.  Сеть абонентского доступа и  входы местной цифровой телефонной станции.

Цифровой щит переключений может быть выполнен в виде цифрового оборудования поперечных соединений (ЦОПС), к которому подключаются много высокоскоростных систем передачи данных. ЦОПС управляется дистанционно через интерфейс управления сети и оператор может изменить конфигурацию перекрестных соединений с помощью системы управления сети. Используя систему управления сети он может, например, определить к какому из  интерфейсов на 2-Мбит/с подключен определенный 64-кбит/с временной канал другого интерфейса на 2-Мбит/с. 

Транспортная сеть

Как мы видели ранее в лекции 8, национальная иерархия коммутаций включает много уровней коммутаций выше уровня опорных станций. Рис. 9.4 показывает упрощенную структуру  сети, где более высокие уровни коммутаций, чем опорные станции, показаны как единственный уровень транзитных станций. Транзитные станции связаны с опорными станциями,  чтобы обеспечить сеть соединений от любого клиента к любому другому абоненту в стране.

Высокоскоростные линии передачи, которые обычно используют  оптические линии, с производительностью до 10 Гбит/с, связывают станции этого уровня. Отметим, что транспортная сеть имеет альтернативные маршруты. Если одна из этих систем передачи терпит неудачу, то коммутаторы в состоянии направить новые вызовы через другие системы передачи и транзитные станции чтобы обойти поврежденную систему (рис. 7.10). Соединения между местными и  транзитными станциями  обычно не защищаются от ошибок, потому что их ошибки затронут малое число абонентов.

Рис. 9.4. Сеть двух уровней коммутации и связи между транзитными  и  опорными станциями.

Системы передачи, которые связывают транзитные станции, составляют сеть

передачи или транспортную сеть. Её основная цель состоит в том, чтобы просто обеспечить необходимое число каналов (или скорость передачи данных) от одного одной опорной станции к другой. Каналы транспортной сети используются  для маршрутизации звонков от одной опорной станции до другой по требованию абонентов, для обеспечения гибкости маршрутизации транзитные станции обычно располагаются в главных городах. Они являются цифровыми  и используют международный общий канал сигнализации стандарта ОКС-7 для маршрутизации звонков и передачи другой сигнальной информации между станциями. Линии передачи между станциями традиционно используют временное разделение каналов, как объяснено в Лекции 7. В настоящее время увеличивается использование IP- сетей для соединений между станциями, и это требует установки медиапосредника (согласующего устройства)  между станциями  и IP- сетью, чтобы позаботиться о сигнализации и передаче звонков в реальном времени через IP- сеть.

Международная Сеть

Каждая страна имеет по крайней мере один международный центр коммутации, к которому подсоединены транзитные станции, как показано на рис. 9.5. Через этот самый высокий уровень иерархии коммутации  международные звонки передаются от одной страны к  другой и  любой абонент в состоянии получить доступ к любому из других абонентов, составляющих более 2 миллиардов во всем мире. Высокоскоростные оптические системы передачи связывают международные станции или центры коммутации национальных сетей. Подводные кабели (коаксиальные кабели или системы оптических кабелей), микроволновые системы радиосвязи и спутники соединяют континентальной сети, чтобы составить международную телекоммуникационную сеть.

Первый подводный кабель телефонной системы поперек Атлантического

океана был установлен в 1956 году. Его емкость составляла речевых 36 каналов.Современные оптические подводные системы имеют емкость в несколько сотен тысяч речевых каналов, и новые системы подводных кабелей высокой емкости появляются каждый год. В дополнение к речевым сообщениям, подводные системы несут межконтинентальный Интернет-трафик, который, как оценивают, составит большую часть емкости устанавливаемых новых систем. Подводные системы - главные пути движения межконтинентальных телефонных звонков и Интернет-информации. Спутниковые системы иногда используются как дублирующие системы в случае перегрузки.

Мы описали здесь общую структуру глобальных телекоммуникационных сетей, не выделяя различные сетевые технологии. Однако всегда есть потребность  в различных сетевых технологиях, чтобы обеспечить различные типы услуг, и телекоммуникационная сеть - фактически ряд сетей, каждый из которых имеет особенности, подходящие для обеспечиваемых услуг.

Рис. 9.5. Интернациональные сети

Вместе с этой лекцией читают "3. Аварии, их причины и способы предотвращения".

Контрольные вопросы

1. Укажите элементы основной телекоммуникационной  сети

2. По какому принципу организована сеть абонентского (местного) доступа?

3. Укажите основное назначение транспортной сети.

4. Каковы функции международной коммутационной станции?

5.Какие системы передачи используют в международной сети?