Навчальні матеріали для практичних занять 03 й 04 кредитного модулю "Телекомунікаційні кабельні та оптоволоконні системи – 1 (ТКОС-1)"

Введение

Изобретение телефона Беллом в 1875 г. стало отправной точкой развития телефонной связи, методов и технологий передачи голоса. Прошло сто лет, прежде чем в 1975 г. появился первый микрокомпьютер. До того времени системы связи были аналоговыми (в мире практически вплоть до середины 60-х, а в Украине и России до середины 70-х годов). Цифровых систем связи до этого времени практически не было, хотя ИКМ была известна с 1937 г., а специализированные цифровые компьютеры – с 1939 г. Несмотря на то, что в связи с развитием радиолокации импульсные методы модуляции интенсивно развивались с начала 40^-Х, ИКМ не находила широкого практического применения в средствах связи ввиду громоздкости цифрового оборудования, вплоть до появления в 1959 г. компьютеров второго поколения, использующих транзисторы в качестве элементной базы.

Начало использования цифровых технологий в сетях передачи данных связано с ИКМ, а именно, с системами цифровой телефонии на основе кабельных сетей связи, используемыми для передачи голоса.

Первой коммерческой цифровой системой передачи (ЦСП) для передачи речи, использующей ИКМ и методы мультиплексирования с временным разделением каналов (ВРК), считают ЦСП компании Bell System (США), установленную в Чикаго в 1962 году. Она дала возможность передавать 24 телефонных канала по симметричному кабелю (СимКС) с медными токопроводящими жилами (ТПЖ), проложенному между офисами компании Bell System. Каждый канал использовал скорость передачи 64 кбит/с, все каналы объединялись с помощью мультиплексора (MUX) в единый цифровой поток со скоростью 1536 кбит/с, а с учетом служебного канала (8 кбит/с) этот поток увеличил скорость передачи до 1544 кбит/с. Благодаря последующей стандартизации, он стал известен как поток/тракт DS1 или T1, принятый далее в США за первый (или первичный) уровень мультиплексирования для ЦСП плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ/PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy). В это время появились ЭВМ третьего поколения (IВМ System 360, 1963 г.), принесших с собой концепцию вывода / ввода канала / тракта с развитой системой MUX вывода / ввода, используемых для организации коммерческих компьютерных систем цифровой передачи данных, а также для объединения компьютеров в локальные сети.

Однако только стремительное развитие микропроцессорной техники и технологии, зародившейся в 1971 г. с появлением первого микропроцессора компании Intel, сделало возможным реальное внедрение цифровой техники в телекоммуникационные системы и привело к широкому распространению и развитию компьютерных сетей, давших вторичный мощный импульс развитию сетей передачи данных на основе ИКМ.

Сетевые компьютерные технологии, разработанные первоначально на основе ЭВМ общего назначения, или мэйнфреймов, ныне применяются для объединения в сеть персональных компьютеров (ПК). Широкое использование сетевых технологий стало доступно только тогда, когда производительность и функциональные возможности микропроцессоров выросли настолько чтобы удовлетворить высоким требованиям по управлению сетью связи.

Сетевые цифровые технологии развивались до последнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса Технологии локальных сетей напротив, использовались, в основном, для передачи данных.

Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов, как за счет мультиплексирования цифровых первичных трактов T1, так и за счет использования более рациональных методов модуляции, например, использования дифференциальной ИКМ и ее модификаций, позволивших применять для передачи речи скорости 32, 16 и 8 кбит/с.

Развитие схем мультиплексирования привело к возникновению трех цифровых иерархий с разными (для разных групп стран) уровнями стандартизованных скоростей передачи цифровых потоков: DS2 или T2/Е2, DS3 или ТЗ/ЕЗ, DS4 или Т4/Е4. Эти иерархии, названные плезиохронными (т. е. почти синхронными) цифровыми иерархиями РDH (ПЦИ), широко использовались и продолжают использоваться как в цифровой телефонии, так и для передачи данных.

Развитие технологий скоростных телекоммуникаций на основе РDH привело к появлению двух следующих цифровых технологий: в Америке – синхронной оптической сети SONET  Synchronous Optical Network (СОС), и в Европе – синхронной цифровой иерархии SDH  Synchronous Digital Hierarchy (СЦИ), иногда рассматриваемых как единая технология SONET/SDH, расширившая диапазон используемых скоростей передачи до 40 Гбит/с. Эти технологии используют в качестве среды передачи сигналов оптические волокна (ОВ), являющиеся основным элементом оптических кабелей (ОК).

Технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, а не речи, развивались не по линии уплотнения каналов, а по линии увеличения полосы пропускания каналов передачи данных, необходимой для передачи не только текстовых, но и графических данных, а сейчас и данных мультимедиа. В результате используемые на начальном этапе развития сетевые технологии локальных вычислительных сетей/компьютерных сетей (ЛВС), таких как ARCnet, Ethernet и Тоken Ring, реализующие скорости передачи 2…16 Мбит/с в полудуплексном режиме и 4…32 Мбит/с в дуплексном режиме, уступили место новым скоростным технологиям ЛВС: FDDI, Fast Ethernet и 100VG-Any LAN, использующие скорость передачи данных 100 Мбит/с и ориентированных в большей части своей также на применение ОК. Апофеозом этого развития становится новая технология 1 (10) Гбит/с Ethernet.

Создание ЛВС масштаба предприятия, корпоративных, региональных и глобальных сетей передачи данных, связывающих множество локальных компьютерных сетей, в свою очередь привело к созданию таких транспортных технологий передачи данных как X.25, цифровая сеть интегрированного обслуживания (или с интеграцией служб) ISDN (ЦСИО или ЦСИС) и ретрансляция кадров Frame Relay, решавших эти задачи первоначально на скоростях 64 кбит/с…144 кбит/с…1,5/2 Мбит/с соответственно.

Дальнейшее развитие этих технологий также шло по линии увеличения скоростей передачи и привело к трем важным результатам:

– постепенному отмиранию (в плане бесперспективности развития) существующей еще технологии Х.25;

– увеличению скорости передачи данных, реализуемому технологией Frame Relay, до скорости ТЗ (45 Мбит/с);

– появлению в недрах технологии широкополосной ISDN (В-ISDN) новой технологии АТМ, или режима асинхронной передачи/пересылки, которая принципиально может применяться на различных скоростях передачи (от 1,5 Мбит/с до 40 Гбит/с) благодаря использованию техники инкапсуляции данных.

В начале ХХІ в. наибольшее внимание уделялось технологии АТМ, хотя в нашей стране существуют только изолировано функционирующие коммерческие сети АТМ и экспериментальные участки сетей, на которых эта технология отрабатывается. В отличие от этого развернуты и полномасштабно функционируют, начиная с 1993 г., десятки крупных сетей SDH. Технология SDH двинулась в регионы, на зоновые и местные участки сетей связи, трансформируя первичную сеть связи (ППС) в телекоммуникационную транспортную сеть (ТТС). На ее основе произошло крупномасштабное переоборудование старой аналоговой сети связи в цифровую интегральную сеть связи, использующую самые передовые технологии. Транспортные сети SDH перерастают в фотонные транспортные сети по технологии волнового мультиплексирования (WDM – Wavelength Division Multiplexing)