Файл: Сети связи стационарных абонентов 11.pdf

Глава 1 СЕТИ СВЯЗИ СТАЦИОНАРНЫХ АБОНЕНТОВ
__________________________________________________________________________________
11
Глава 1
СЕТИ СВЯЗИ СТАЦИОНАРНЫХ АБОНЕНТОВ
(ISDN)
1.1. Общие сведения
Сети связи стационарных абонентов используют способ коммутации
каналов. Сеанс связи между пользователями (абонентами) состоит из двух фаз.
На первой фазе исходящая станция при помощи системы сигнализации пытается установить сквозное соединение “из конца в конец”. Каждая проходная транзитная станция в соответствии с адресной частью поступившего сигнального сообщения резервирует ресурсы (канал) в заданном направлении. При отсутствии ресурсов на каком-либо этапе исходящей стороне посылается отказ. Если же сигнальное сообщение благополучно достигает заданного пункта назначения, то входящая оконечная станция высылает подтверждение. Таким образом, на первой фазе производится жёсткое закрепление ресурсов сети за установленным соединением. На второй фазе по установленному сквозному каналу абоненты начинают обмен речевой информацией.
Первое поколение систем коммутации
(декадно-шаговые автоматические телефонные станции) были разработаны ещё в начале 20-го века.
Такие
АТС декадно-шагового типа использовали электромеханические коммутационные элементы (декадно-шаговые искатели), система сигнализации между станциями основана на посылках постоянного тока. Речевой сигнал представляет переменный ток, точно соответствующий (аналогичный) звуковому давлению, создаваемым речевым аппаратом человека. В связи с этим иногда такие системы называют аналоговыми. Недостатки такой технологии были очевидны: низкая надёжность коммутационных элементов и медленное установление соединения.
В 60-х годах 20-го века произошла модернизация аналоговых АТС. Во втором поколении аналоговых АТС (координатные АТС) стали использоваться более совершенные и надёжные коммутационные элементы, а система сигнализации между станциями была заменена посылками переменного тока.
В третьем поколении аналоговых АТС (70-е годы 20-го века) продолжилась дальнейшая модернизация аналоговых АТС. В качестве коммутационных элементов стали использоваться малогабаритные механические контакты, помещённые в вакуумную колбу, система сигнализации осталась той же. Но в качестве управляющих устройств стали

Кожанов Ю.Ф. СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ
________________________________________________________________________________
12 использоваться электронные процессоры. Такие системы получили название квазиэлектронных АТС.
Сети связи, использующие аналоговые АТС получили название
телефонных сетей общего пользования (ТФОП), англоязычный термин –
Public Switched Telephone Network (PSTN). Они
– для передачи и коммутации информации пользователя используют канал тональной частоты в спектре 0,3-3,4 КГц;
– для передачи сигналов сигнализации используют посылки постоянного или переменного тока в спектре 0,3-3,4 КГц.
К началу 80-х годов появились первые образцы цифровых АТС с коммутацией каналов. Принципы установления соединения остались теми же, но появились и существенные отличия.
1. Исходный аналоговый сигнал перед отправкой в сеть связи всегда преобразуется в цифровой сигнал кратный скорости передачи 64 Кбит/с.
2. Система сигнализации используют технологию общего канала сигнализации (Common Channel Signalling, CCS7), в которой передача сигнальной информации производится пакетами на скорости 64 Кбит/с.
3. Узлы коммутации спроектированы на обслуживание всех видов связи (речь, данные видео).
4. Управляющее устройство узла коммутации реализовано на основе мощного многопроцессорного комплекса.
Сети связи, использующие такие узлы коммутации, получили название
цифровых сетей интегрального обслуживания (ЦСИО), англоязычный термин – Integrated Services Digital Network (ISDN). ЦСИО используют принцип временного разделения каналов (Time Division Multiplex, TDM), в которой полоса передачи любого вида информации должна быть кратна основному цифровому В-каналу со скоростью передачи 64 Кбит/с. Для передачи информации с более высокими скоростями применяются составные В-каналы: H0-канал со скоростью передачи 384 Кбит/с (шесть В- каналов) и H12-канал со скоростью передачи 1920 Кбит/с (тридцать В- каналов). Такая технология ЦСИО, заложенная в 1980-х годах, должна была, по мнению разработчиков, предоставить разнообразные услуги, как телефонные, так и передачи данных. Однако, очень скоро стали очевидны, по крайней мере, два следующих недостатка ЦСИО.
1. Жесткое закрепление сетевых ресурсов за установленным соединением не позволяет в периоды “молчания” динамично перераспределять ресурсы другим пользователям, что приводит к завышенному их расходу. Например, дуплексное разговорное соединение всегда используется не более чем на 50% за счёт попеременного разговора абонентов.
2. Жесткая градация полосы передачи, кратная 64 Кбит/с, не позволяет эффективно ее использовать. Например, если источник информации использует полосу передачи 2,4 Кбит/с, то в сети ему все равно будет

Глава 1 СЕТИ СВЯЗИ СТАЦИОНАРНЫХ АБОНЕНТОВ
__________________________________________________________________________________
13 выделено 64 Кбит/с, а полоса передачи свыше 1920 Кбит/с вообще недоступна.
Наличие этих недостатков привело к тому, что ЦСИО стала, в основном, использоваться для передачи речи, что побудило разработчиков сетей искать другие решения и привело к разработке систем коммутации
пакетов различного вида. Они рассматриваются во 2-й главе.
К настоящему времени проектирование и разработка систем коммутации каналов прекращена всеми ведущими мировыми производителями коммутационного оборудования, хотя значительная часть коммутационного оборудования, находящаяся в эксплуатации, относится к системам коммутации каналов.
Подробно ЦСИО рассмотрена в [2].
ВОПРОСЫ К РАЗДЕЛУ 1.1
1. Перечислите поколения систем коммутации каналов.
Ответ. Декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, цифровые электронные АТС.
2. Что является коммутирующей единицей в аналоговых АТС?
Ответ. Канал тональной частоты в спектре 0,3-3,4 КГц.
3. Какие сигналы для установления соединения используются в аналоговых АТС?
Ответ. Посылки постоянного или переменного тока в спектре 0,3-3,4
КГц.
4. Что является коммутирующей единицей в цифровых АТС?
Ответ. Основной цифровой канал со скоростью передачи 64 Кбит/с.
5. Какие сигналы для установления соединения используются в цифровых АТС?
Ответ. Пакеты цифровых сигналов на скорости 64 Кбит/с.
6. Перечислите основные недостатки систем коммутации каналов.
Ответ. 1) жёсткое закрепление сетевых ресурсов за установленным соединением; 2) жёсткая градация полосы передачи; 3) сложность интеграции видов связи.
1.2. Структура сети связи стационарных абонентов
ISDN является правопреемницей ТФОП (PSTN), которая имеет иерархическую структуру. Структурная схема ТФОП на примере двух телефонных зон приведена на рис. 1.1. Каждая зона может содержать несколько местных городских телефонных сетей (ГТС) и сельских телефонных сетей (СТС). В состав ГТС входят оконечные районные автоматические телефонные станции (ОС), узловые станции (УС) и учрежденческие АТС (УАТС). В составе СТС показаны центральная

Кожанов Ю.Ф. СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ
________________________________________________________________________________
14 станция (ЦС), узловая станция (УС) и оконечная станция (ОС).
Автоматические междугородные телефонные станции (АМТС) разных зон могут быть соединены между собой непосредственно, либо через узлы автоматической коммутации (УАК). Телефонная связь между местными сетями одной зоны и разных зон осуществляется через АМТС, а международная связь – через международные центры коммутации (МЦК,
International Switching Center – ISC).
1.2.1. Интерфейсы сетевых элементов
Обмен информацией между устройствами происходит в соответствии с интерфейсом между ними. Интерфейс определяет физические и электрические свойства сигналов обмена и дополняется протоколом обмена, описывающим логические процедуры по их обработке. Сложные интерфейсы содержат несколько уровней, каждый уровень принимает сообщения низшего уровня и поставляет результаты обработки более высокому уровню и наоборот. Описание интерфейсов и протоколов существуют в виде международных Рекомендаций ITU-T, ETS и других.
Рис. 1.1. Фрагмент структуры ТФОП
Междугородная
сеть связи
Международная сеть связи
МЦК
УАК
УАК
АМТС
АМТС
Зона А
ГТС
УС
ОС
ОС
УАТС
УС
ОС
ОС
ОС
АМТС
АМТС
АМТС
СТС
ЦС
ОС
ОС
ГТС
УС
ОС
ОС
Зона Б

Глава 1 СЕТИ СВЯЗИ СТАЦИОНАРНЫХ АБОНЕНТОВ
__________________________________________________________________________________
15
На рис. 1.2 показано наименование и месторасположение интерфейсов станции ISDN в эталонных точках, а также соответствующие этим интерфейсам Рекомендации. Цифровая оконечная станция (LE – Local
Exchange) представлена станционными окончаниями (ET – Exchange
Termination), коммутационным полем (SN – Switching Network) и устройством управления (CU – Control Unit).
Аналоговые ОУ (TE2 – Terminal Equipment 2) подключаются к станции непосредственно через 2-проводную АЛ в эталонной точке Z.
Характеристики передачи Z-интерфейса приведены в Рекомендации ITU-T
Q.551 [26]. Аналого-цифровое преобразование производится в ET, которое практически реализуется в виде аналогового абонентского комплекта.
Цифровые ОУ подключаются к станции через цифровую секцию
доступа, которую Рекомендация ITU-T Q.512 [24] определяет как комплекс средств, обеспечивающий транспортировку цифровых сигналов между эталонными точками доступа со стороны пользователя и эталонными точками Vдоступа к станции. При этом может быть использована любая транспортная среда: металлический или оптический кабель, радио доступ и т.д. Описание видов доступа в эталонной точке V приведено в Рекомендациях ITU-T G.960 [16] (базовый доступ), ITU-T
G.962 [18] (первичный доступ), ITU-T G.964 [19] (сеть доступа по интерфейсу V5.1), ITU-T G.965 [20] (сеть доступа по интерфейсу V5.2).
Цифровые ОУ (TE1 – Terminal Equipment 1) подключаются к цифровой секции доступа в эталонной точке S. Сетевое окончание – розетка (NT1 – Network Termination) – обеспечивает электропитание ОУ, разрешение конфликтов доступа при одновременном занятии NT1 несколькими ОУ, переход от 4-проводного интерфейса S к 2-проводной абонентской линии, повышение помехозащищенности принимаемого из
АЛ сигнала. Подключение к NT1 других ОУ, не имеющих интерфейс S
(аналоговых телефонов, устаревших факсимильных аппаратов, компьютеров и т. д.), производится с помощью преобразователя стыка – терминального адаптера (TA – Terminal Adapter). Адаптер настраивается на определенный режим работы. Одна розетка, устанавливаемая в помещении абонента, обеспечивает 4-проводное подключение до 8-и TE1 или ТА в любом сочетании. Структура мультиплексированного сигнала в точке S имеет вид
2B+D, означающая наличие
2-х информационных пользовательских В-каналов с пропускной способностью 64 Кб/с каждый, одного сигнального D-канала с пропускной способностью 16 Кб/с и дополнительных служебных каналов. Передача СУВ в D-канале происходит по протоколу цифровой абонентской сигнализации (DSS1 –
Digital Subscriber Signaling 1). Суммарная скорость – 192 Кб/с, способ кодирования линейного сигнала – AMI. Линейная сторона NT1 по АЛ подключается к линейному окончанию (LT – Line Termination), основными функциями которого являются переход от 2-проводного окончания АЛ к 4-

Кожанов Ю.Ф. СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ
________________________________________________________________________________
16 проводному станционному окончанию и сопряжение с эталонной точкой
V1 (Рекомендация ITU-T G.960 [16]). Скорость передачи на участке NT1–
LT в эталонной точке U – 160 Кб/с, способ кодирования линейного сигнала
– 2B1Q [17]. Часто LT и ET практически реализуются в виде цифрового абонентского комплекта.
Оконечная станция
(Local Exchange
)
СЛ к другим станциям
Рис. 1.2. Наименование и месторасположение интерфейсов в станции ISDN
Ко
м
м
ута
ци
онн
ое
п
ол
е
(Switc
hin
g
Net
wo
rk)
ET
УУ
(Control Unit)
S
V1
Z
Цифровая секция
доступа
NT1
BA
OFDC
LT
NT2
(PABX)
T
NT1
PRA
AN
V5
Q.551
I.431
G.960
G.703
G.704
G.703
G.704
G.706
G.962
G.703
G.704
G.964
G.965
I.430
I.440
I.450
TA
TE1
ET
ET
ET
ET
ET
Z
TA

TE 2
Z
S
U
G.961
LT
LT
LT
LT
V2
V2
V3
LT
OFDC
TE1
V2
TA
TE1
Z
Z
S
TE1

TE 2

TE 2

TE 2

TE 2

Глава 1 СЕТИ СВЯЗИ СТАЦИОНАРНЫХ АБОНЕНТОВ
__________________________________________________________________________________
17
Рассмотренный способ подключения ОУ к точке S получил название
базового доступа (BA – Basic Access). Описание интерфейса базового доступа содержатся в Рекомендациях I.430 [21] (первый уровень), Q.920
[30] и Q.921 [31] (второй уровень), Q.930 [32] и Q.931 [33] (третий уровень).
Подключение к станции географически удалённых друг от друга небольших групп абонентов осуществляется через кольцевую оптическую
сеть доступа (OFDC – Optical Fiber Distributed Concentrator), имеющую со стороны абонентов интерфейсы для подключения ОУ. Приёмная часть оборудования OFDC из группового цифрового сигнала “на проходе” изымает байт информации из соответствующего временного интервала, а передающая часть оборудования OFDC в тот же временной интервал вставляет байт информации для передачи.
Линейное станционное окончание LT обеспечивает преобразование оптического сигнала в электрический и переход в эталонную точку V2.
Основная задача OFDC – экономия линейно-кабельных сооружений на абонентском участке за счёт временного уплотнения
(мультиплексирования).
Подключение к базовому доступу более
8-и компактно расположенных ОУ осуществляется через сетевое окончание NT2, обеспечивающее электропитание ТЕ1, разрешение конфликтов доступа при одновременном занятии NT2 несколькими TE, коммутацию местных ОУ, концентрацию исходящих вызовов.
Концентраторы нагрузки, учрежденческие АТС, различного вида мультиплексоры – типичные представители NT2. Между NT2 и станцией используется стандартный 4- проводный интерфейс, получивший название первичного доступа (PRA –
Primary Rate Access). В Рекомендации I.431 [22] приведены две реализации первичного доступа: на скорости 1544 Кб/с (Североамериканский стандарт, применяющийся в Америке и Японии) и на скорости 2048 Кб/с
(Европейский стандарт, принятый в России). В дальнейшем речь будет идти только о втором варианте. Структура мультиплексированного сигнала в точке первичного доступа Т имеет вид 30B+D, означающий наличие 30-и информационных В-каналов с пропускной способностью 64 Кб/с каждый и одного сигнального D-канала (DSS1) с пропускной способностью 64 Кб/с.
Интерфейс первичного доступа совпадает с интерфейсом на межстанционном участке (Рекомендации G.703 [7] и G.704 [8]), однако, используемый протокол обмена DSS1, в отличие от протокола обмена на межстанционном участке (ОКС, CCS – Common Channel Signaling), не обеспечивает процедуры запроса АОН, управление эхо заградителями и т.д. Линейная сторона NT1 подключается к линейному окончанию и обеспечивает синхронизацию, мультиплексирование
В-каналов, преобразование группового линейного сигнала в вид, удобный для передачи (например, по волоконно-оптической линии связи).

Кожанов Ю.Ф. СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ
________________________________________________________________________________
18
Подключение к станции группы компактно расположенных абонентов без взаимного тяготения нагрузки между ними осуществляется через сеть
доступа (AN – Access Network), имеющую со стороны абонентов соответствующие интерфейсы для подключения ОУ. Линейная сторона AN подключается к одному или нескольким станционным окончаниям ET.
Основная задача AN – экономия линейно-кабельных сооружений на абонентском участке за счёт временного уплотнения
(мультиплексирования) и концентрации нагрузки. Подключение сети доступа к станции осуществляется через специальный интерфейс V5, который имеет два варианта исполнения. Интерфейс V5.1 предусматривает подключение только 30-и пользователей к одному групповому тракту с жёстким закреплением временных каналов, а интерфейс V5.2 предусматривает использование до 16-и групповых трактов, что даёт возможность подключения до нескольких тысяч пользователей за счёт динамического закрепления временных каналов.
1.2.2. Устройство цифровой станции
Структурная схема цифровой станции интегрального обслуживания изображена на рис. 1.3. Она состоит из отдельных модулей, представляющих собой функционально-конструктивные единицы, число и тип которых определяется в зависимости от ёмкости, нагрузки и сетевого "окружения".
В состав станции ISDN входят модули абонентских линий (МАЛ), соединительных линий (МСЛ), цифровой коммутации (МЦК) и другое дополнительное оборудование. Центральное управляющее устройство
(ЦУУ) осуществляет логические функции по установлению соединений и обеспечивает выполнение директив оператора, поступающих с его рабочего места (РМО).
Модуль абонентских линий содержит абонентские комплекты и мультиплексор цифрового тракта. Абонентский комплект обеспечивает взаимодействие оборудования станции с оконечным устройством пользователя
(например, аналоговым телефонным аппаратом).
Мультиплексор производит мультиплексирование индивидуальных В- каналов в стандартный ИКМ-тракт.
Модуль соединительных линий устанавливается только при сопряжении цифровых станций с телефонной сетью общего пользования
(ТФОП) и содержит комплекты соединительных линий различного вида для согласования унифицированного интерфейса МЦК с конкретным типом СЛ (с 3-х проводной физической СЛ, с 4-х проводной аналоговой системой передачи и т.д.).