книги / Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

Если инициатива связи исходит от телефонного аппарата № 5, который должен соединиться с аппаратом № 1, то начинает работать искатель И5, щетка которого установится на ламели № 1, при этом также произойдет соединение телефонных аппаратов № 1 и № 5.

Поскольку все АТС в ВСС соединяются четырехпроводными линиями, то на каждой АТС с помощью дифференциальной сис­ темы двухпроводная абонентская линия преобразовывается в че­ тырехпроводную. Для телефонии можно использовать три цепи: микрофон, телефон и общую шину. Таким образом, каждый иска­ тель в схеме рис. 1.12 должен иметь три щетки и три ряда ламелей для одновременной коммутации трех цепей.

А ТС на 100 номеров. Функциональная схема АТС на 100 но­ меров представлена на рис. 1.13. Нумерация линий телефонов — двузначная от 00 до 99, и для соединения абонентов требуется на­ брать две цифры. Необходим коммутатор (линейный искатель) на 100 ламелей. Эти 100 ламелей разбиваются на 10 декад по 10 ламе­ лей в каждой декаде. При наборе первой цифры выбирается меха­ нически или электронно нужная декада, при наборе второй цифры выбирается нужная ламель в выбранной декаде. Для соединения телефонного аппарата № 00 с телефонным аппаратом № 52 щетка искателя И0о выбирает декаду № 5 и ламель № 2 в декаде № 5, как показано на рис. 1.13.

На самом деле никогда 100 коммутаторов одновременно в ра­ боте не находятся. По статистике телефонных соединений число работающих коммутаторов не превышает 10. На практике для АТС на 100 номеров используются 100 простых (10-ламельных) предва­ рительных искателей, которые обеспечивают поиск свободных сложных 100-ламельных коммутаторов. Число 100-ламельных ком­ мутаторов берется равным 10.

1.4. Цифровые сети интегрального обслуживания

Любые аналоговые сигналы можно с необходимой точностью представить в цифровой (в том числе двоичной) форме. В старом споре и конкуренции между аналоговыми и цифровыми устройст­ вами обработки и передачи информации давно победили цифро­ вые устройства, поэтому естественным процессом в мире является переход от аналоговых систем и сетей передачи информации к цифровым системам и сетям.

ВСС Российской Федерации является аналоговой сетью, ос­ нову которой составляют аналоговые каналы ТЧ, по которым пе­ редаются аналоговые сигналы и цифровые сигналы с низкой ско­ ростью. Очевидной стратегией перехода к цифровым системам интегрального обслуживания стала замена аналоговой каналообра­

зующей аппаратуры на цифровую и замена существующих комму­ тационных станций на цифровые. Такая стратегия в мире привела к так называемой узкополосной ISDN (Integrated Services Digital Network).

Принципиальным элементом ISDN, который определил все ее основные характеристики, является абонентская линия ("послед­ няя миля"). Стоимость абонентских линий (скрученная телефонная пара) в нашей стране и мире громадна, и замена существующих абонентских линий на более совершенные, например ВОЛС, тре­ бует гигантских затрат и длительного времени. Поэтому ISDN соз­ дается на базе новых цифровых высокоскоростных магистральных каналов связи, в первую очередь на базе ВОЛС, новых цифровых коммутационных станций и старых абонентских двухпроводных линий связи (физическая медная скрученная телефонная пара).

В итоге ISDN можно охарактеризовать как цифровую сеть, пропускная способность и предоставляемые услуги которой опре­ деляются пропускной способностью абонентской линии связи. В стандартах ISDN заложена скорость передачи информации в або­ нентских линиях связи, равная 144 кбит/с (два информационных канала со скоростью по 64 кбит/с плюс канал сигнализации со скоростью передачи 16 кбит/с). Предполагалось использовать че­ тырехфазную манипуляцию сигнала, что обеспечивало возмож­ ность передавать информацию со скоростью 144 кбит/с по линии длиной до 5,5 км.

Другим основным стандартным каналом в ISDN является ка­ нал со скоростью передачи информации 2,048 М бит/с (30 инфор­ мационных каналов по 64 кбит/с плюс канал синхронизации со скоростью передачи 64 кбит/с плюс канал сигнализации со скоро­ стью передачи 64 кбит/с).

А рхитектура циф ровой сети связи. Существуют три типа архитектуры цифровой сети связи: магистральная сеть, высоко­ скоростная общая шина, высокоскоростная кольцевая магистраль. Все три типа архитектуры используются на практике.

На рис. 1.14 изображена сетевая архитектура цифровой сети связи. М агистральная сеть состоит из узлов коммутации (маршру­ тизации), связанных каждый с каждым. Такая цифровая сеть связи может быть создана на базе каналов ВСС. Узлы коммутации (маршрутизации) могут располагаться в зданиях существующих АТС ВСС и для связи между собой используют выделенные циф­ ровые магистральные каналы ВСС.

Терминалы используют в качестве абонентских линий связи существующие витые телефонные пары, которые освобождаются от аналоговой аппаратуры, и к ним подключается новая цифровая аппаратура для передачи информации, например, со скоростью

Рис. 1.14. Магистральная сеть цифровой сети связи

144 кбит в стандартах ISD N или с большей скоростью при помощи новых высокоскоростных модемов.

В состав терминала (рис.1.15) могут входить компьютер, теле­ фонный аппарат, видеокамера и др. Выходы этих приборов посту­ пают на вход мультиплексора. Мультиплексор объединяет инфор­ мацию от многих источников в единый цифровой поток, напри­ мер, поток со скоростью передачи информации 144 кбит/с. Так, один поток 64 кбит/с может быть отведен для телефонного канала, другой поток 64 кбит/с может быть отведен для передачи компью­ терной информации.

Интерфейс обеспечивает электрическое сопряжение с двух­ проводной или четырехпроводной абонентской линией.

1.4.1.Влияние трафика на построение каналов

исетей связи

Втехнике связи под трафиком понимают плотность потока данных, нагрузку канала связи, а также характер передаваемой ин­ формации (компьютерный трафик, телефонный, смешанный и др.).

Ряд сообщений, таких как речевые, телеграфные, факсимиль­ ные и телевизионные, имеют естественную избыточность и могут быть приняты правильно, несмотря на ошибки в поступающих сигналах. Исправление ошибок производится вследствие работы мозга человека. Для этих сообщений предъявляются умеренные требования к качеству цифровых каналов связи. Наибольшей по­ мехоустойчивостью обладает телефонный сигнал.

Предъявляются следующие требования по допустимой веро­ ятности ошибки на бит информации в сквозном канале связи:

•КГ3 (до 10~2) —для телефонного сигнала;

•1СГ5 —для телеграфа, факсимиле, телевизионного сигнала;

•10"6—10"7 - для передачи данных;

•10~12 —для квазибезошибочной передачи данных при переда­ че особо важной информации (банковских данных и др.).

Практика показывает, что создавать каналы связи с очень вы­ сокими значениями достоверности приема канальных символов (вероятность ошибки на символ порядка 10-12) во многих случаях либо невозможно, либо экономически нецелесообразно.

Существующие каналы ТЧ обеспечивают при передаче дво­ ичной информации вероятность ошибки на двоичный канальный символ порядка 10 3-—10~4. Возможны два метода повышения дос­ товерности передаваемой информации, основанных на примене­ нии помехоустойчивого кодирования в канале связи, позволяюще­ го исправлять неправильно принятые символы сообщений. Пер­ вый метод — использование помехоустойчивого кодирования для исправления ошибок, иногда называемый прямым методом (без обратной связи —FEC — Forward Error Correction). Этот метод ко­ дирования позволяет при вероятности ошибки двоичного каналь­ ного символа 1СГ2 довести вероятность ошибки на бит информаци­ онного символа до 10-б-1(Г7 и менее.

Второй метод - кодирование с использованием обратной свя­ зи, когда при обнаружении ошибки в слове при приеме по обрат­ ному каналу делается запрос на повторную передачу этого слова (Метод ARQ —Automatic Repeat Request). Ошибочно принятое сло­ во (или кадр) повторно передается несколько раз, до тех пор, пока оно не будет принято правильно. Метод ARQ является основным средством организации квазибезошибочной передачи сообщений по каналам связи.

Кодирование и декодирование помехоустойчивых кодов (FEC) осуществляются аппаратурно, метод переспроса и повторе­ ния ошибочно принятых сообщений (ARQ) реализуется программ­ ным способом в виде протокола некоторого уровня.

Каналы связи и каналообразующая аппаратура являются наи­ более дорогостоящей частью телекоммуникационной системы, поэтому одна из важнейших задач при эксплуатации системы со­ стоит в создании условий для максимальной загрузки каналов и сети связи. В этом плане сети и каналы связи можно разделить на четыре типа:

1)закрепленные или выделенные каналы связи;

2)выделяемые по расписанию каналы связи;

3)каналы связи, предоставляемые по требованию на опреде­ ленное время;

4)пакетные каналы и сети связи.

Применение того или иного типа канала определяется поведе­ нием трафика в сети. Характеристики трафика во времени рас­ сматривают для больших интервалов времени (сутки, месяцы и др.) и для малых интервалов времени (сеанс связи).

Статистика трафика на больших интервалах времени показы­ вает, что информационный обмен между абонентами максимален в дневное время, в рабочие часы. Всегда можно выделить час наи­ большей нагрузки (ЧНН) с максимальной интенсивностью трафи­ ка. Значение трафика в ЧНН определяет требуемую максимальную пропускную способность канала и сети связи.

Статистика телефонных переговоров дает следующие цифры. Для стационарных сетей связи один телефонный канал в ЧНН по­ зволяет обслужить 4-10 телефонных абонентов на одном конце канала связи. При этом предполагается предоставление канала связи по требованию с малой вероятностью получить сигнал "за­ нято". Аналогично для мобильных абонентов один канал связи может обслуживать до 100 мобильных телефонных аппаратов, точ­ нее, нагрузка от одного абонента составляет 0,01 Эрл, где нагрузка в эрлангах есть относительное время работы абонента за сутки или другой длительный интервал времени.

К ом пью терны й траф и к . Пусть для диалогового (интерак­ тивного) обмена информацией между двумя компьютерами выде­ лен дуплексный канал связи. Компьютеры обмениваются между собой короткими пакетами сообщений, между которыми возника­ ю т относительно длинные паузы. Компьютерный трафик называ­ ют пульсирующим (рис. 1.19).

Ясно, что канал во время сеанса связи загружен слабо и выде­ ление в сети отдельного магистрального канала для связи двух компьютеров является расточительным. В паузах между пакетами

Аналоговое сообще­ ние (рис. 1.20, а) вначале подвергается дискретиза­ ции по времени, т.е. ана­ логовое сообщение заме­ няется последовательно­ стью узких импульсов, следующих через некото­ рый интервал времени Т. Эти узкие импульсы с амплитудами, равными значению аналогового со­

общения в этом моменте времени, называются выборками анало­ гового сообщения. В устройстве сжатия устанавливается апертура предсказания Д. Если амплитуда последующей выборки лежит в пределах той же апертуры А относительно последней переданной по каналу связи выборки, то она по каналу связи не передается. Выборка, которая попадает в следующую амплитудную зону, на­ зывается существенной (рис. 1.20, б), оцифровывается и передается по каналу связи. У получателя сообщения по существенным вы­ боркам восстанавливается переданное сообщение (рис. 1.20, в).

Оцифрованные существенные выборки на выходе устройства сжатия создают, как видно из рис. 1.20, б, пульсирующий трафик. При передаче существенной выборки передаются: амплитуда вы­ борки, расстояние до существенной выборки от предыдущей су­ щественной выборки, адрес доставки выборки при работе в сети связи. При передаче других типов сообщений, например электрон­ ной почты, привязка букв и цифр к оси времени не требуется и формируются пакеты, состоящие только из информационной части (букв, цифр, пробелов) и адреса доставки.

Коэффициент сжатия, равный отношению числа существен­ ных выборок к числу выборок на входе устройства сжатия в еди­ ницу времени, может быть весьма большим. Так, при передаче те­ левизионных изображений при сжатии по алгоритму MPEG-2 ко­ эффициент сжатия достигает величин 50-100.

У стройство сж атия для одиночного сообщ ения. Чтобы по­ нять характер процессов, происходящих при пакетной передаче сообщений, рассмотрим устройство сжатия при передаче одиноч­ ного сообщения (рис. 1.21). В качестве источника сообщения мож­ но рассматривать некоторое аналоговое сообщение, представлен­ ное в цифровой форме. В этом случае устройство сжатия форми­ рует существенные выборки, преобразуя их в пакеты двоичных символов. Если источником сообщения является текст, то устрой­ ство сжатия устраняет излишние паузы между буквами и цифрами, а также пробелы между строчками и др.

Рис. 1.21. Функциональная схема устройства сжатия сообщения

Информационные пакеты поступают в буферное запоминаю­ щее устройство (БЗУ), откуда считываются с постоянной тактовой частотой. Скорость считывания двоичных символов с выхода БЗУ точно равна скорости передачи информации по каналу связи.

Пусть максимальная скорость поступления информации от источника сообщения есть RMбит/с. Информация поступает в виде пульсирующего трафика (рис. 1.22). Среднее значение скорости поступления информации есть Rcp. С этой скоростью информация

Скорость

передачи

сообщений

t

Рис. 1.22. Максимальная и средняя скорости передачи

пульсирующего трафика