Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

Важной особенностью аппаратуры SDH является то, что в трактовых и сетевых заголовках помимо маршрутной информации создается много информации, позволяющей обеспечить наблюдение и управление всей сетью в целом, дистанционные переключения в мультиплексорах по требованию клиентов, осуществлять контроль и диагностику, своевременно обнаруживать и устранять неисправности, реализовать эффективную эксплуатацию сети и сохранить высокое качество предоставляемых услуг.

6.3. Методы асинхронной передачи

Формирование МАП-ячеек. В последнее десятилетие к передаче информации стали предъявляться более широкие требования. Одному и тому же абоненту могут быть переданы различные по характеру сообщения: движущиеся изображения (видеотелефон, видеоконференция); компьютерные данные (файлы); электронная почта; информация из системы дистанционного обучения (в том числе, мультимедийная); фильмы по кабельному телевидению и др. Причем источники этой информации являются, как правило, асинхронными. Информация от одних источников может поступать непрерывно, от других – время от времени. Скорость поступления информации от различных источников различная. Так, речевой поток поступает со скоростью 64 кбит/с, а передача движущегося изображения требует скорости от

1,5 до 100 Мбит/с.

Для согласования всех этих различных требований в 1980–1990-х годах была предложена новая технология передачи, получившая на-

звание моды асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode – ATM). Эта технология (МАП в русской транскрипции или АТМ в английской) предполагает запись любого вида информации в ячейки (Cells) фиксированной длины. Ячейки содержат (рис. 6.11) полезную информацию и заголовок (Header). Для заголовка отводится 5 байт, для полезной информации – 48 байт.

Цифровая информация от источников сообщений заполняет ячейки. Поскольку ячейки имеют фиксированную длину, то нет не-

Рис. 6.12. Мультиплексирование асинхронных потоков

раны для наполнения ячеек либо могут передаваться в отдельных ячейках. В последнем случае в полупустые ячейки добавляется «наполнитель». Ячейки формируются источниками по мере потребности. В случае непрерывной передачи (речь, видеоконференция и т.п.) ячейки следуют через строго определенное время.

Потоки ячеек от различных источников могут быть объединены с помощью временного мультиплексирования (рис. 6.12).

Передача МАП-ячеек. Для того, чтобы знать, куда направляется МАП-ячейка, в ее заголовке отводится 2 байта под идентификацию виртуального канала (Virtual Channel Identifier – VCI). Виртуальный канал – это фиксированный маршрут движения всех ячеек во время сеанса связи от одного пользователя к другому. Он состоит из последовательности портов коммутаторов, через которые эти ячейки проходят.

Преимуществом МАП-ячеек является то, что их очень легко обрабатывать при прохождении через коммутатор. Прочитав идентификатор канала в заголовке ячейки, коммутатор переправляет ее из одного порта в другой, совершенно не задумываясь о находящейся в ячейке информации.

Коммутатор может переключать целые группы виртуальных каналов, не тратя времени на анализ информации по каждому каналу в отдельности. Для этого несколько виртуальных каналов, проходящих по одному и тому же направлению на каком-либо участке сети связи, объединяют в виртуальный путь. Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier – VPI) занимает 12 битовых позиций и располагается, естественно, до идентификатора виртуального канала. VCI и VPI образуют уникальный индивидуальный адрес маршрута на каждом отдельном участке сети. Изменение идентификаторов может происходить в каждом промежуточном коммутаторе. Назначение маршрута передачи ячеек может быть осуществлено оператором сети или сигнальной системой.

Технология МАП хорошо согласуется с технологиями PDH и SDH, например, ячейки могут быть помещены в STM-1. Для этого они сначала «упаковываются» в виртуальный контейнер VC-4, а в заголовке

Рис. 6.13. Размещение МАП-ячеек в модуле STM-1

(POH) этого контейнера отмечается начало записи МАП-ячеек (рис. 6.13). Затем контейнер, как обычно, помещается в модуль STM-1. Другие современные цифровые иерархии (оптическая OTN-OTH и Ethernet) рассмотрены в приложении 1.

Контрольные вопросы

1.Что такое плезиохронная цифровая иерархия?

2.Как осуществляется согласование скоростей передачи различных потоков при их объединении в высокоскоростной поток?

3.Какие недостатки имеет плезиохронная цифровая иерархия систем передачи?

4.Что такое синхронный транспортный модуль?

5.Как транспортируются сигналы плезиохронной иерархии по сетям синхронной иерархии?

6.В чем отличие асинхронной передачи цифровых сигналов с помощью МАП-ячеек от синхронной передачи цифровых сигналов?

Список литературы

1.Cинхронная цифровая иерархия / Пер. с итал.; Под ред. Б.И. Крука. – Новосибирск: Изд-во СибГАТИ, 1998.

2.Введение в SDH / Пер. с англ.; Под ред. Б.И. Крука. – Новосибирск: изд. СибГАТИ, 1998.

3.Крук Б.И., Попов Г.Н. …И мир загадочный за занавесом цифр: Цифровая связь. – 2-е изд., испр. – Новосибирск: ЦЭРИС, 2001. – 264 с.

4.Назаров А.Н., Симонов М.В. АТМ: Технология высокоскоростных сетей – М.: ЭКО-

Трендз, 1998. – 234 с.

5.Буассо М., Деманж М., Мюнье Ж.-М. Введение в технологию АТМ. – М.: Радио и связь, 1997. – 128 с.

6.Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. – М.: Эко-Трендз, 1998. – 148 с.

Глава 7. Линии передачи

7.1. Медные кабельные линии

Составной частью системы передачи является линия передачи, по которой распространяются электромагнитные сигналы. В зависимости от конкретных условий, в которых организуется связь, для передачи сигналов используют проводные или радиолинии.

По проводным линиям электромагнитное поле распространяется вдоль непрерывной направляющей среды. К ним относятся воздушные и кабельные линии, волновые, световоды. По радиолиниям сообщения передаются посредством распространения электромагнитных волн в свободном пространстве.

Исторически первыми возникли и применяются до настоящего времени воздушные линии (цепи). Воздушная цепь представляет собой пару изолированных металлических проводов, закрепленных на некотором расстоянии друг от друга, в результате чего роль изолятора между проводами выполняет воздух. Подвешиваются провода на деревянных или железобетонных опорах.

Недостатками воздушных цепей – значительное влияние климатических условий на устойчивость работы системы связи, высокий уровень помех (от высоковольтных линий, контактной сети электрифицированных железных дорог, радиостанций), малый диапазон частот.

Кабель связи представляет собой некоторое количество проводников, изолированных друг от друга. В качестве изоляции используются кабельная бумага или различные разновидности пластмасс. Для предохранения от проникновения влаги проводники заключаются в герметическую оболочку. Сверху накладывают защитные покровы, предохраняющие кабель от механических повреждений.

Пара проводников образует электрическую цепь, по которой передается сигнал. Переход от воздушной цепи к кабельной позволил существенно уменьшить влияние климатических условий на работу систем связи, снизить уровень помех, расширить рабочий диапазон частот. Кабели подразделяются на подземные, подводные и подвесные.

Старейшие среди современных кабелей связи – городские телефонные кабели. Да и самой разветвленной кабельной сетью является городская телефонная сеть (не секрет, что бóльшая часть телефонов находится у жителей городов).

Рис. 7.1. Кабели связи

Городские телефонные кабели бывают разные (рис. 7.1). Они могут содержать от 10 (такие кабели заводят в подъезды домов и подключают к распределительным коробкам, откуда телефонные провода тянутся в каждую квартиру) до 500, 1000 и даже 3000 пар проводов (а такие кабели используют для того, чтобы собрать воедино тянущиеся от жилых массивов к АТС более мелкие кабели). Каждая жила кабеля изолируется кабельной бумагой или бумажной массой, получаемой из целлюлозы. Жилы скручиваются определенным образом вместе и помещаются в прочную свинцовую оболочку. В последние годы, благодаря успехам химии, на смену бумажной изоляции жил и свинцовой оболочке пришли различные пластмассы (полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласт). Прокладываются городские телефонные кабели в подземной канализации в асбестоцементных трубах.

Для связи между городами выпускаются специальные междугородные кабели (рис. 7.1) – симметричные и коаксиальные. В отличие от городских кабелей они содержат намного меньше пар проводов: не более одного-двух десятков. Лежат эти кабели прямо в земле. Для повышения механической прочности междугородные кабели «одевают» в броневые покровы (обычно это стальные бронеленты).

Когда по проводнику протекает синусоидальный ток, вокруг движущихся в металле электронов возникают электрическое и магнитное поля. Чтобы убедиться в существовании электрического поля, доста-

Иное дело междугородный коаксиальный кабель! Один проводник коаксиальной пары – обычный сплошной провод, а другой (по которому ток «возвращается» обратно) – полый медный цилиндр (рис. 7.3). Сплошной проводник помещен внутрь полого. Отсюда и название – коаксиальная пара, что означает имеющая общую ось (coaxis – соосный). Чтобы строго выдержать соосность проводников, пространство между ними заполняют изолирующим материалом (сплошным полиэтиленом, полиэтиленовыми шайбами и т.п.). Придумал такую конструкцию пары проводников еще в 1912 г. профессор Петербургского электротехнического института П.Д. Войнаровский (1886–1913), а использовать ее в кабелях связи предложил в 1934 г. американский изобретатель С.А. Щелкунов.

Коаксиальная пара – это поистине замечательное изобретение! Она не излучает электромагнитную энергию в пространство, а следовательно, не будет влиять на соседние цепи связи. Это имеет принципиально важное значение, поскольку позволяет повысить скорость передачи цифр.

Ток во внутреннем проводнике с ростом частоты также вытесняется на его поверхность. Этот процесс не отличается от описанного выше. Магнитное поле внутреннего проводника наводит в металлической толще внешнего проводника вихревые токи. На наружной стороне полого проводника эти вихревые токи направлены против основного тока («срабатывает» знакомое из школьного курса правило буравчика) и тем самым уменьшают, ослабляют его. Таким образом, ток в полом цилиндре вытесняется не наружу, а внутрь коаксиальной пары. Этот эффект ученые назвали эффектом близости. Он-то и является причиной, по которой электромагнитное поле концентрируется внутри коаксиальной пары и не излучается вне ее.

C ростом частоты действие эффекта близости увеличивается

иполе все сильнее и сильнее концентрируется между внутренним

ивнешним проводниками. Именно поэтому по коаксиальным парам потоки информации могут «нестись» с колоссальной скоростью, превышающей сотни миллионов бит в секунду.

Междугородные симметричные кабели имеют такую же конструкцию пар, как и городские телефонные (два скрученных, изолированных проводника). Однако за счет небольшого количества пар и более тщательной их изоляции удается ослабить влияние между цепями и повысить тем самым скорость цифрового потока. По междугородным кабелям связи цифры передаются со скоростью порядка 8 Мбит/с.

7.2. Радиолинии

Что представляет собой радиоволна? Обратимся к проводнику, по которому протекает ток, изменяющийся во времени подобно синусои-

де. Вокруг проводника с током создается переменное магнитное поле. Его интенсивность в каждой точке пространства будет меняться по такому же закону синусоиды. Переменное магнитное поле рождает в пустом пространстве переменное электрическое поле (тоже меняющееся в каждой точке пространства по синусоидальному закону). Обнаружить это поле можно с помощью другого проводника: электроны в нем придут в движение, появится переменный синусоидальный ток. В свою очередь меняющееся электрическое поле вновь рождает магнитное поле, а оно – электрическое и т.д. Причем возникающие электрические и магнитные поля, распространяясь, охватывают все новые и новые области пространства. Чем дальше расположена точка пространства от проводника с током, тем позднее достигнут ее колебания полей.

Взаимодействие электрического и магнитного полей не есть нечто обособленное, независимое друг от друга. Оно – проявление единого целого, которое носит название электромагнитного поля.

В физике изменяющееся во времени, т.е. движущееся, пространственное чередование максимумов и минимумов любой физической величины называется волной. Волны мы наблюдаем при бросании камешков в воду. Волну можно пустить по натянутой веревке. Звуковые волны испускает колеблющаяся струна. Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле образует электромагнитную волну.

Самые разные по своей природе волны имеют одну и ту же общую характеристику – длину волны. Пояснить ее можно на простом и знакомом примере движения волны на поверхности воды. Длина волны – это расстояние между соседними гребнями. Время, за которое один гребень сменяет другой, составляет период колебания волны Т. Если знать скорость с, с какой происходит эта смена, то легко вычислить расстояние между гребнями, т.е. длину волны, как произведение скорости на время: λ = сТ. Величина, обратная периоду колебания волны – это частота колебания f = 1/T. Поэтому λ = с/f.

Скорость распространения электромагнитной волны равна скорости света с = 300 000 км/с. Следовательно, ток, колеблющийся с частотой, например: 300 000 Гц, создает электромагнитную волну длиной 1 км, а с частотой 300 000 000 Гц – 1 м.

В диапазоне радиоволн – ультракоротковолновом – размещаются волны длиной от 10 м до 0,3 мм. Это очень широкий диапазон. Поэтому ультракороткие волны подразделяют на метровые, деци-, санти- и миллиметровые. Первые из них занимают частоты 30...300 МГц, а последние – частоты 30 000...1 000 000 МГц. Для таких сверхвысоких частот (принято сокращение СВЧ) введены специальные обозначения: гигагерцем (ГГц) называют каждую тысячу мегагерц, а терагерцем (ТГц) – каждую тысячу гигагерц. Таким образом, миллиметровым волнам соответствуют частоты 30 ГГц...1 ТГц.

110 Глава 7. Линии передачи

Ультракороткие волны не отражаются от ионосферы и почти не поглощаются ею. Они ведут себя подобно лучам света: пронизывают ионосферу и уходят в космос. В атмосфере Земли существует всего два «окна». Одно из них – в области видимого света. Им человечество пользуется уже тысячи лет, изучая звезды в телескоп. Второе – «радиоокно» в области УКВ. Оно обнаружено только в XX в. благодаря развитию техники радиосвязи. Именно с помощью этого «окна» осуществляется связь с космическими кораблями.

Из-за «прямолинейного» характера распространения ультракоротких волн связь на них возможна только до тех пор, пока антенна приемника «видит» антенну передатчика. Если на пути волны встречается препятствие (высокий дом, гора, лес), то связь становится невозможной.

Системы вещания – радио- и телевизионного – служат для доставки информации от одного ее источника к большому числу потребителей. В системах же связи информацию нужно доставлять от каждого конкретного источника к каждому конкретному потребителю. Подходят ли для этого радиоволны? Ведь их можно принять в любой точке земного шара.

Вывод один: энергия радиоволн не должна рассеиваться в пространстве, ее нужно сконцентрировать в очень узкий луч. Однако хорошо концентрирует энергию только антенны достаточно больших по сравнению с длиной волны размеров. Это напоминает оптику, где размеры зеркал и линз во много раз превышают длину световой волны.

Вот еще одно неоспоримое преимущество ультракоротких волн: для них легко сделать не очень большие и исключительно направленные антенны, которые, условно говоря, фокусируют, «собирают» волну.

Вы обращали внимание, как концентрируется луч света в электрическом фонарике? Лампочка помещается в фокусе зеркального отражателя. Подобно этому рупор, излучающий электромагнитную волну, помещают в фокусе параболической антенны (рис. 7.4). Она как рефлектор собирает электромагнитные волны в узкий параллельный

пучок лучей и направляет его на при-