Гольдштейн_учебники / Протоколы сети доступа / Протоколы сети доступа - Гольдштейн

Рис. 2.5. Метод «пинг-понг» (полудуплекс) для U- интерфейса

Метод «пинг-понг» требует для своей реализации меньших затрат, чем метод компенсации отраженных эхосигналов, однако имеет недостаток — меньшую зону действия (максимально 2 км). Он используется, в основном, для малых учрежденческих АТС, т.к. для телефонных сетей общего пользования такое расстояние слишком мало.

Существует общее заблуждение относительно режима работы с поочередным переключением направлений связи. Часто считают, что область его возможного применения, ограниченная затуханием линии, ограничена также задержкой распространения сигнала в прямом и обратном направлениях. Посылку пакета данных, передаваемых по линии, можно представить в виде шарика для пинг-понга, которому нужно время (около 5 мкс на километр), чтобы переместиться от одного конца линии к другому. Обычно говорят, что «шарик» должен вернуться, прежде чем можно будет передать следующую посылку данных; т.е. частота посылок ограничена двусторонней задержкой (временем двойного пробега) при передаче. До некоторой степени это можно преодолеть, увеличивая размер «шарика» (помещая больше информации в каждой посылке), но такой подход тоже ограничен, т.к. при этом увеличивается время передачи, поскольку перед передачей посылка должна быть заполнена. Из того, что размер «шарика» и частота его посылки ограничены, можно сделать ошибочное заключение, что и реальная производительность метода тоже ограничена.

Это заблуждение вызвано предположением, что игра ведется только одним шариком. Игра двумя или несколькими шариками более трудна, но дополнительное усложнение системы передачи на основе такого подхода меньше, чем в системе с эхокомпенсацией, основанной на стандарте Института национальных стандартов США (ANSI). Следовательно, ограничение скорости работы с поочередным переключением направлений обусловлено только возрастанием затухания и помех с увеличением полосы пропускания, необходимой для передачи. Это делает систему пригодной для работы лишь на коротких линиях, где простота ее реализации дает значительные преимущества. Возможно, поэтому такая система была очень популярна в Японии, где ограничения на длину линий менее важны в силу местных географических особенностей.

Разделение направлений передачи по частоте требует такой же ширины полосы пропускания, как и разделение по времени. В обоих случаях основную ширину полосы нужно удвоить. Дополнительное расширение полосы, необходимое для реализации частотных фильтров при разделении по частоте, уравновешивается дополнительным расширением полосы, необходимым для замирания эхо-сигнала при поочередном переключении направлений. Техника поочередного переключения направлений, однако, проще в реализации, поскольку она является чисто цифровой и не требует применения аналоговых узкополосных фильтров.

При методе эхокомпенсации передатчик и приемник могут работать одновременно (рис. 2.6). Передаваемая и принимаемая информация находится в одном и том же канале, а сам метод эхокомпенсации позволяет рассчитать принимаемый сигнал, если известны характеристики линии и передаваемый сигнал. Именно на применении этой третьей технологии построен североамериканский стандарт ANSI. Возможно, географический фактор здесь тоже сыграл свою роль: при эхокомпенсации требуется меньшая ширина полосы пропускания, чем при разделении по времени или по частоте, благодаря чему достигается больший радиус действия (6-8 км).

Если выходное сопротивление передатчика согласовано с комплексным сопротивлением линии, амплитуда сигнала в линии будет в точности равна половине амплитуды передаваемого сигнала (рис. 2.7). Сигнал, принимаемый с другого конца линии, может поэтому быть получен путем вычитания половины выходного сигнала передатчика из суммарного сигнала в линии. К сожале-

52 Глава 2________________________________________

нию, сопротивление линии — величина комплексная и меняется от линии к линии, так что принимаемый сигнал, извлекаемый таким простым способом, содержит эхосигналы от передаваемого сигнала.

Рис. 2.6. Метод компенсации эхосигналов для U-интерфейса

Эти эхосигналы вызваны рассогласованием между согласующим сопротивлением и характеристическим сопротивлением линии, а также между характеристическими сопротивлениями разных участков линии. Эхосигнал из-за рассогласования между характеристическим сопротивлением последнего участка и оконечным сопротивлением на другом конце незначителен, он гораздо меньше сигнала, передаваемого с другого конца. Эхокомпенсация действует по принципу вычитания сигнала, полученного путем адаптивной оценки эхосигналов, вызванных этими рассогласованиями (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Вычисление принимаемого сигнала путем вычитания передаваемого сигнала

Для успешной эхокомпенсации нужно, чтобы отсутствовала корреляция между передаваемым и принимаемым сигналами. Если это условие не выполняется, принятый сигнал может иметь сходство с эхом передаваемого сигнала и эхокомпенсатор может попытаться скомпенсировать принимаемый сигнал, поскольку спутает его с эхосигналом. Чтобы гарантировать отсутствие корреляции, на разных концах линии обычно применяют различные алгоритмы кодирования, уменьшая таким путем вероятность случайно возникающей корреляции.

Техническое преимущество выбранного в качестве стандарта ANSI двоичного кода 2В 1Q является следствием меньших требований к полосе пропускания и, в результате, меньшего влияния затухания и шума. Код 2В 1 Q представляет пары битов (2В) как единую четырехуровневую величину (1Q). В качестве его альтернативы обычно используют трехуровневые (троичные) коды. Код ЗВ2Т представляет набор из 3 битов (3В) с восемью возможными комбинациями как пару троичных величин (2Т), позволяющую составить девять комбинаций, число которых можно уменьшить до восьми, если, например, не использовать троичную пару О—О. Подобным же образом код 4ВЗТ представляет группу из 4 битов (4В) с шестнадцатью возможными комбинациями как группу из трех троичных величин (ЗТ), допускающую 27 комбинаций. Отображение 4ВЗТ можно сократить до двух отображений ЗВ2Т, если первый из четырех отображаемых битов будет определять значение первой троичной величины (+1 или — 1), а оставшиеся три бита будут отображаться согласно коду ЗВ2Т. Несмотря на это, 4ВЗТ получил большее распространение, отчасти из-за коммерческой поддержки. Резервные комбинации в кодах ЗВ2Т и 4ВЗТ можно использовать для специальных функций, для улучшения спектрального состава кодов или характеристик в присутствии шума.

Различные коды иллюстрирует рис. 2.8.

Простейший троичный код — это код с чередованием полярности импульсов (биполярный код AMI), который поочередно представляет двоичные единицы как +1 и — 1. Он обладает тем недостатком, что если передается длинная строка нулей, выделение тактовой частоты может быть ухудшено. Чтобы помочь восстановлению тактовой частоты, данные обычно скремблируются, но для этого не нужны дополнительные средства, поскольку скремблирование требуется в любом случае для эхокомпенсации.

Рис. 2.8. Линейные коды для передачи по парам медных проводов

Одним из простейших кодов является двухуровневый двухфазный код. Попросту говоря, он может представить «I» положительным переходом фазы в центре битового интервала, а «О» — отрицательным переходом фазы. Чтобы избежать необходимости помечать отдельные жилы медной пары, что создает рабочие проблемы при эксплуатации, разумнее использовать дифференциальное двухфазное кодирование. При этом «I» представляется как единичная прямоугольная волна, а «О» — как половина периода прямоугольной волны с вдвое большим периодом. Здесь также имеет место пересечение нулевого уровня (переход через ноль) на каждой границе битовых интервалов.

Недостаток двухфазного кодирования состоит в необходимости иметь полосу пропускания, вдвое более широкую, чем для боль-

шинства других кодов, но это компенсируется преимуществами более простой реализации. Поскольку полоса пропускания широка и спектральная энергия на нижних частотах мала, эхосигнал быстро замирает, что позволяет реализовать эхокомпенсатор на основе запоминающего устройства. Кроме того, реализацию можно выполнить с помощью фиксированного выравнивателя, т.к. код является частично самовыравнивающимся (самовыравнивание происходит, поскольку дисперсия нулей и единиц может нейтрализоваться по длине линий, т.к. кодирование нулей как полуцикла с большой величиной третьей гармоники вырабатывает сигнал с характеристиками, подобными характеристикам единиц, кодирующихся как полный цикл).

Двухфазное кодирование тесно связано с миллеровскими кодами, которые имеют гораздо меньший спектр. Например, один из типов миллеровского кода представляет единицу как передачу в середине битового интервала, а нуль — как передачу не в середине битового интервала и вводит передачу конечного бита после двух последовательных нулей, если за ними следует третий нуль. Применение миллеровского кода вместо двухфазного создает возможность снижения спектра кода, что также упрощает реализацию, т.к. отсутствие энергии на нижних частотах опять-таки способствует быстрому замиранию эхосигналов.

По сравнению с этим, выбранный ANSI код 2B1Q имеет одну из наиболее сложных реализации. Он требует как адаптивного выравнивания, так и эхокомпенсации, причем эхокомпенсация может требовать сочетания нескольких технических приемов, что вызвано нелинейностями и длительным временем спадания эхо-сигналов.

Сложность реализации стандарта ANSI ставит вопрос о том, почему был выбран только один код. Высокая стоимость и длительность разработки могли бы быть уменьшены, если бы принятый AN SI стандарт использовался на длинных линиях, а более простой подход, такой как двухфазный или с поочередным переключением направлений,

— на более коротких.

Любопытно, что в этой области, как и во многих других областях разработки стандартов, из двух решений было принято более сложное, а более простое отвергнуто. Автор далек от предположения, высказанного в [78], что эксперты в области стандартизации препятствуют простым решениям только потому, что простые решения дают меньший простор для демонстрации их высо-

56 Глава 2______________________________________

кого профессионализма. Но и другого объяснения автор тоже предложить не может.

Одним из факторов, ограничивающих возможности передачи по цифровым линиям, является шум. Имеются две составляющие шума при цифровой передаче: переходное влияние на ближнем конце (NEXT) и импульсный шум. Переходное влияние вызвано несимметричными связями между разными кабельными парами. Когда связи несимметричны, сигналы от соседних пар вызывают появление разностного сигнала на двух плечах пары, поскольку на эти плечи оказывается разное влияние. Составляющая наведенного сигнала, которая продолжает распространяться по кабелю в том же направлении, что и вызвавший ее сигнал в соседней паре, называется переходным влиянием на дальнем конце (FEXT). Составляющая, распространяющаяся в обратном направлении, — это переходное влияние на ближнем конце NEXT.

При симметричной двухсторонней передаче помеха NEXT оказывает большее влияние на полезный сигнал, чем FEXT, поскольку FEXT затухает как из-за переходных связей, так и в процессе передачи по всей длине кабеля, в то время как NEXT проходит только небольшое расстояние и вновь возвращается. Помехи NEXT от разных соседних пар обычно действуют так, как если бы их фазы были случайными; следовательно, общая мощность переходного сигнала складывается как сумма мощностей всех наведенных сигналов. Это очень упрощенное представление, т.к. переходное влияние из-за несимметричности вблизи источника сигнала имеет тенденцию к большей величине вследствие меньшего затухания при передаче, а общий результат имеет тенденцию к синфазности или противофазности, в зависимости оттого, какое плечо пары принимает больший сигнал. Следовательно, общий сигнал NEXT, возникающий в паре, несколько больше полученного при оценке путем сложения отдельных мощностей. Однако, даже с учетом сказанного, для большинства условий внешнего окружения шум вследствие переходного влияния не превышает импульсного шума.

Импульсный шум вызывается электромагнитными наводками, поступающими от множества различных источников. Один из этих источников — телефонные станции. Старые станции электромеханических систем могут являться самым сильным источником шумов из-за импульсов, генерируемых обмотками электромагнитных устройств, но и современные цифровые станции тоже генери-

руют шумы, которые влияют сильнее, чем можно было бы ожидать, по причине их синхронности с тактовыми сигналами. Импульсный шум также генерируется при включении или выключении вызывного напряжения, при переполюсовке напряжения питания линий, при замыкании шлейфа соседней линии или при передаче по ней импульсов набора номера.

Еще одним ограничивающим фактором при передаче цифровых сигналов может являться наличие на линиях пупиновских катушек, установленных ранее для улучшения характеристик передачи в речевом диапазоне. Пупиновские катушки — это небольшие индуктивности, подключенные к линии на некотором расстоянии друг от друга для того, чтобы улучшить частотную характеристику линии в речевом диапазоне за счет компенсации емкости этой линии, но препятствующие передаче цифрового сигнала из-за сильного увеличения сопротивления линии на более высоких частотах.

Резюмируя вышеизложенное, можно отметить, что цифровая передача, обеспечивающая базовый доступ ISDN, возможна почти на всех существующих парах медных проводов сети абонентского доступа. Наборы микросхем U-интерфейса не всегда могут обеспечить использование линий теоретически максимальной длины из-за шумов и понижения качества передачи. В частности, в наихудшем случае импульсного шума в реальных системах и при наличии пупиновских катушек работа в цифровом режиме может оказаться невозможной.

Основным параметром является расстояние от телефонной станции до терминала абонента. Если терминал расположен относительно близко к коммутационному оборудованию ISDN, вместо U- интерфейса можно применить S-интерфейс. Он является 4-проводным и не требует сетевого окончания. Максимальная длина абонентской проводки, когда в точке S или Т подключается только один терминал ТЕ1 или терминальный адаптер ТА, составляет приблизительно 1 км. К короткой пассивной шине длиной до 100-200 м могут подключаться до 8 терминалов. В случае, если расстояние между самими терминалами ограничено величиной порядка 25-50 м, терминалы могут группироваться на конце длинной пассивной шины (до 1 км). Пассивная шина может использоваться для соединения «точка—точка» или «точка—группа точек» (соединение NT и нескольких ТЕ в вещательном режиме), но не

58 Глава 2________________________________________

может обеспечить более одного соединения «точка—точка» одновременно.

При расстоянии между телефонной станцией и абонентским оборудованием менее 3 км применяется U-интерфейс с использованием метода «пинг-понг», а при расстоянии до 8 км — U-интерфейс с эхокомпенсацией.

Взаключение данного параграфа нельзя не упомянуть интерфейс

вточке V. Опорная точка V была определена относительно недавно и в настоящий момент все еще остается предметом стандартизации. Эта точка находится между оборудованием линейного окончания (LT) на станционном конце абонентской линии и станционным окончанием (ЕТ). Цель введения стандарта в этой точке — предоставление возможности совместного использования коммутационное оборудование разных производителей с различными системами абонентского доступа, включая беспроводные линии связи, а также оптико-волоконные линии и кабели с медными жилами. Подробно интерфейс в точке V будет обсуждаться в главах 6—8.

2.3.ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ДОСТУП ISDN

Кнастоящему времени определены два вида пользовательского

доступа ISDN: базовый доступ и первичный доступ. Базовый доступ предоставляет пользователю два канала 64 Кбит/с, названных каналами В, и один канал 16 Кбит/с, названный каналом D; общая «информационная» скорость передачи составляет 144 Кбит/с. Каналы В независимы, обычно они используются для услуг коммутации каналов, полупостоянных соединений и пакетной коммутации; канал D используется только для услуг пакетной коммутации и сигнализации между пользователем и сетью. Базовый доступ 2B+D был спроектирован таким образом, чтобы ресурс передачи по существующим медным парам проводов ГТС мог давать пользователю значительно более широкий диапазон услуг, чем это возможно в аналоговой сети абонентского доступа.

Первичный доступ (доступ на первичной скорости) — это доступ на скорости передачи 2 Мбит/с, который предоставляет 30 каналов В со скоростью 64 Кбит/с каждый плюс канал D со скоростью 64 Кбит/с. Первичный доступ может также предоставлять каналы со скоростью 384 Кбит/с, называемые каналами НО, или единственный канал на скорости 1920 Кбит/с, называемый HI 2.

Существует также североамериканский эквивалент, называемый HI 1 (скорость 1536 Кбит/с).

Рис. 2.9. Два основных типа доступа ISDN

Важно понимать, что речь здесь идет о каналах доступа к услугам ISDN (услугам доставки информации, услугам предоставления связи и дополнительным услугам). Сами каналы услуг не предоставляют, но их природа вводит некоторые ограничения возможностей предоставления услуг. Например, в то время как канал В может обеспечивать доступ как к услугам коммутации каналов, так и к услугам пакетной коммутации, канал D может обеспечивать доступ только к услугам пакетной коммутации.

В заключение данного параграфа следует подчеркнуть, что интерфейс первичного доступа PRI получил широкое распространение как интерфейс для подключения УПАТС к опорной АТС во многом за счет удобства использования применяемой в этом интерфейсе сигнализации DSS-1, о которой подробно говорится в главах 3, 4.

2.4. АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ xDSL

Как было неоднократно отмечено в этой главе, основная поддерживаемая ISDN скорость передачи пользовательской информации составляет 64 Кбит/с, что не так давно представлялось вполне достаточным для телефона, соединенного с компьютером. Оснащенный таким базовым доступом пользователь может получить услуги традиционной телефонии, видеофона, передачи данных по протоколам Х.25, Frame Relay, выход в сеть Интернет со скоростью 64 Кбит/с или 128 Кбит/с и др. Но, к сожалению, сравнительно небольшие по сегодняшним меркам скорости передачи ISDN исключают предоставление абонентам таких сетевых услуг, как пе-

www.kiev-security.org.ua

BEST rus DOC FOR FULL SECURITY