Сети связи и системы коммутации

Министерство образования и науки Российской Федерации

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

В.М. Винокуров

СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ

Учебное пособие

Рекомендовано Сибирским региональным отделением учебно-методического объединения по образованию

вобласти радиотехники, электроники, биомедицинской техники

иавтоматизации для межвузовского использования

вкачестве учебного пособия для студентов, обучающихся по радиотехническим направлениям подготовки

Томск Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники

2012

ÁÁÊ

Â49

Рецензент Аржанов С.Н., зам. директора НПФ «Микран»,

êàíä. òåõí. íàóê, ñò. íàó÷. ñîòð.

Винокуров В.М.

В49 Сети связи и системы коммутации : учеб. пособие / В.М. Винокуров ; Федер. агентство по образованию, Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники. – Томск : Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2012. – 304 с.

ISBN 5-86889-215-1

Описаны принципы построения современных телекоммуникационных сетей, приведена терминология, принятая в сетях связи, рассмотрены способы стандартизации в телеинформатике, протокольные принципы формирования, передачи и обработки сообщений, стеки протоколов глобальных, корпоративных и локальных сетей. Много внимания уделено изучению современных телекоммуникационных сетей (телефонной, узкополосной и широкополосной сетей ISDN, интеллектуальных сетей, сетей на основе технологии MPLS, режима АТМ). Подробно описаны методы коммутации в сетях связи, принципы сигнализации цифровых сетей и методы сигнализации в телефонных сетях общего пользования, в том числе ОКС-7.

Для студентов специальности 201100 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение» по направлению «Телекоммуникации», а также 200700 — «Радиотехника», 201800 — «Защищенные системы связи», 071700 — «Физика и техника оптической связи», 075500 — «Комплексное обеспечение информационной безопасности». Рекомендуется студентам соответствующих специальностей очной, заочной и дистанционной форм обучения.

ÓÄÊ

ÁÁÊ

Оглавление

Введение

Современный этап развития взаимоувязанной сети связи России характеризуется широким внедрением и развитием новых информационных цифровых технологий, слиянием компьютерных и телекоммуникационных систем, внедрением волоконно-оптической техники, развитием цифровых методов

èустройств передачи, хранения и обработки информации. Наиболее интенсивно данный процесс совершается в течение последнего десятилетия, что вызывает определенные трудности в обучении специалистов данной отрасли. Во-первых, весьма проблематично отразить огромный объем информации в рамках одного издания или курса. Во-вторых, развитие отрасли настолько интенсивно, что длительности процессов старения и освоения информации выравниваются.

Содержание учебного пособия отвечает требованиям ГОС специальности 210401 (071700) «Физика и техника оптической связи» и соответствует программе курса «Сети связи и системы коммутации», читаемого на радиотехни- ческом факультете ТУСУРа. Учебное пособие составлено на основе курсов лекций, прочитанных автором для студентов специальностей 210401 (071700) «Физика и техника оптической связи» и 21044 (201100) «Радиосвязь, радиовещание и телевидение» по направлению «Телекоммуникации», а также для студентов смежных специальностей (210302 (200700) «Радиотехника», 210403 (201800) «Защищенные системы связи», 090105 (075500) «Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем», 210402 (201200) «Средства связи с подвижными объектами»), может быть полезно для студентов старших курсов других специальностей телекоммуникационного профиля и смежных с ним направлений.

Âпервой главе описаны основные принципы построения телекоммуникационных сетей и систем, дана классификация сетей и осуществляемых ими телеинформационных и телематических услуг, производится ознакомление с терминологией, принятой в первичных и вторичных сетях связи, а также в транспортных сетях и сетях доступа.

Вторая глава посвящена проблематике стандартизации в телеинформатике. Описана структура служб стандартизации. Много внимания уделено описанию концепции открытых информационных систем и модели их взаимодействия, описаны стеки протоколов МСЭ-Т и МОС, приведены примеры использования сетевых протоколов, обширный обзор основных терминов, применяемых в телекоммуникационной практике, описание Госпрофиля ВОС России, являющегося основным нормативным документом отечественных сетей связи. Глава содержит описание основных популярных стеков сетевых протоколов, а также сетевых структур, применяемых для локальных, глобальных

èкорпоративных сетей. Приводится достаточно объемное описание наиболее распространенного стека сетевых протоколов TCP/IP.

Третья глава посвящена знакомству с теорией телетрафика. Приведено достаточно детальное обсуждение теории СМО с потерями и ожиданием.

Конкретизация различных сетей и сетевых технологий, применяемых на территории РФ, проводится в четвертой главе. Рассматривается ТФОП

(телефонная сеть общего пользования), ее иерархическая структура, системы нумерации абонентских телефонов (как ныне действующей, так и перспективной, готовящейся к внедрению). Подробно рассмотрены также обе версии сети ISDN, как узкополосной (18 страниц), так и широкополосной (23 страницы). Параллельно с широкополосной версией описан ее базовый транспортный механизм — асинхронный режим передачи (АТМ). Описаны также интеллектуальные сети IN, применение которых предопределилось появлением сетей ISDN. Описана структура IN и услуги, оказываемые сетью потребителям. В заключении главы описан новый перспективный сетевой стандарт MPLS (многопротокольная коммутация с использованием меток), на применение которого в сетевых технологиях возлагаются большие надежды.

Âпятой главе описана современная концепция построения систем синхронизации цифровых сетей. Глава содержит также рекомендации по организации и проектированию систем внутри- и межузловой синхронизации совместно с подсистемой контроля и анализа качества QoS и подсистемой управления TMN.

Шестая глава содержит описание основных методов коммутации в телекоммуникационных сетях — от коммутации каналов до коммутации пакетов, в том числе методов коммутации в режиме АТМ. Подробно описаны методы коммутации в телефонных сетях общего пользования. Описаны коммутационные приборы, структуры коммутационных полей, принципы построения управляющих устройств АТС разного типа: координатных, квазиэлектронных и электронных. Содержится также описание устройств опти- ческой коммутации.

Достаточно полное в методическом плане краткое описание принципов и систем сигнализации в ТФОП приведено в главе 7. Содержится классификация сигналов, способы их передачи и управления, приведена классификация международных и российских систем сигнализации, отмечена специфика российских систем.

Текст каждой главы сопровождается списком контрольных вопросов, призванных привлечь внимание обучающегося к некоторым важным аспектам предлагаемого к изучению материала и проконтролировать степень его усвоения.

Приложение содержит 15 задач, сопровождаемых необходимыми пояснениями для решения, что делает главу пригодной для проведения практи- ческих занятий по теме «Теория телетрафика». Здесь же приведены 16 задач для контроля полученных знаний.

Âтексте учебного пособия используется большое количество общепринятых в теории и технике связи аббревиатур на русском и английском языках, их расшифровка приводится в конце издания.

Глава 1. Принципы построения телекоммуникационных сетей

1.1. Основные определения и терминология

Телекоммуникационная система в технике связи определяется как комплекс технических и программных средств с физической средой, используемый для передачи данных [1]. Примеры систем: абонентская, ретрансляционная, административная, аналоговая, дискретная и т.д.

Сеть связи — множество связанных друг с другом систем [1]. Примерами могут служить сети: коммуникационная, информационная, локальная, глобальная, корпоративная, аналоговая, цифровая, и т.д. В рекомендациях МККТТ (ныне МСЭ-Т) J.112 и Q.9 [2, 3] сеть связи определена как «совокупность узлов и соединительных трактов, предусматривающая организацию соединений между двумя или более точками с целью обеспечить связь между ними». При этом оконечное устройство (терминал), определяемое как «оборудование, подключенное к сети электросвязи для обеспечения доступа к одной или нескольким определенным службам», не входит в состав сети.

Телекоммуникационная станция — конструктивно оформленная в виде отдельного устройства часть системы, предназначенная для выполнения функций взаимодействия [1]. Примерами могут служить телефонные станции, NT (сетевые оконечные станции ISDN) и т.д.

Первичная сеть — совокупность устройств систем передачи, включающая соответствующие здания и гражданские сооружения [4–7].

Различают следующие виды (классы) первичных сетей.

1. Магистральные первичные сети соединяют областные и региональные центры.

2. Внутризоновые первичные сети представляют собой часть первич- ных сетей на территории одной зоны, совпадающую, как правило, с административными границами области, края, автономии.

3. Местные первичные сети ограничены территорией города или сельского района, например городская телефонная сеть (ГТС), сельская телефон-

ионосферным и т.д.). Первичная сеть может быть аналоговой, цифровой или сетью смешанного типа — аналогово-цифровой. Диапазон рабочих частот и быстродействие систем передачи регламентируются соответствующими иерархиями и устанавливаются на основе типового канала тональной частоты (канала ТЧ) с полосой пропускания 0,3−3,4 кГц.

Передача осуществляется между ССТ и СУ; ССТ и СС; СУ и ССТ.

Приведем некоторые основополагающие определения, указанные в документах Министерства связи Российской Федерации [8, 9], принятых в 1996 г.

Взаимоувязанная сеть связи РФ (ÂÑÑ ÐÔ) — комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи на территории РФ, обеспеченный общим централизованным управлением.

Система передачи — комплекс технических средств, обеспечивающий образование линейного тракта, типовых групповых трактов и каналов передачи первичной сети.

Канал передачи (Transmission Сircuit) — комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу сигнала электросвязи в полосе частот или со скоростью передачи, характерных для данного канала передачи, между СУ и ССТ, СУ и ОУ (оконечным устройством), ССТ и СУ. Виды каналов передачи: аналоговый, цифровой, смешанный, канал передачи тональной частоты (основной канал), первичный, вторичный, третичный, четвертичный.

Линейный тракт — комплекс технических средств системы передачи, обеспечивающий передачу сигналов электросвязи в полосе частот или со скоростью, соответствующей системе передачи.

Групповой тракт — комплекс технических средств системы передачи, предназначенный для передачи сигналов электросвязи нормализованного числа каналов тональной частоты (или основных цифровых каналов) в полосе

частот (или со скоростью передачи), характерных для данного группового тракта.

Типовой групповой тракт — групповой тракт, структура и параметры которого соответствуют нормам ВСС РФ.

Тракт сетевой — типовой групповой или несколько последовательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе и выходе аппаратурой образования тракта.

Транзит — соединение одноименных каналов передачи или трактов, обеспечивающее прохождение сигналов электросвязи без изменения полосы частот или скорости передачи.

Устройство оконечное первичной сети — техническое средство, обеспе- чивающее образование типовых физических цепей или типовых каналов передачи для их предоставления абонентам вторичных сетей и другим потребителям.

Первичная сеть служит основой для создания вторичных сетей. Вторичная сеть электросвязи — совокупность каналов передачи, ор-

ганизованных на базе каналов первичной сети, выделяемых временно или закрепляемых за некоторой службой связи, станций коммутации и другого оборудования в узлах связи, а также оконечных устройств в оконечных пунктах.

Терминология первичных сетей справедлива в применении ко вторич- ным сетям. Однако здесь присутствует собственная лексика [8, 9].

Канал электросвязи (Bearer Сircuit) — путь прохождения сигналов электросвязи, образованный последовательно соединенными каналами и линиями вторичной сети при помощи станций и узлов вторичной сети. Виды каналов электросвязи: телефонный, телеграфный, канал передачи данных, междугородный, зоновый, местный.

Вторичные сети подразделяются:

по виду передаваемой информации — на сети передачи данных (СПД), телефонные сети и др.;

по принадлежности — на сети общего пользования (например, ТФОП — телефонная сеть общего пользования) и ведомственные (частные, выделенные) сети;

по способу распределения информации — на коммутируемые и некоммутируемые (выделенные, арендованные) сети;

по способу организации — на специализированные (созданные на базе технических средств, специально предназначенных для их организации, например сеть абонентского телеграфирования) и неспециализированные (использующие технические средства, входящие в состав другой сети; такие сети носят название наложенных сетей, например сеть передачи данных через ТФОП).

Коммутируемая вторичная сеть обеспечивает передачу информации по требованию абонента по каналам электросвязи от одного оконечного пункта к любому другому. В зависимости от применяемого метода коммутации различают сети с коммутацией каналов, сообщений и пакетов. При коммутации каналов каждой паре абонентских или административных систем на время сеанса связи предоставляются в монопольное использование последовательности каналов, соединенных в единый канал, проходящий через всю коммуникационную систему. Коммутация сообщений обеспечивает переда- чу через сеть сообщений с промежуточным хранением в узлах коммутации.