Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620
.pdf
Часть III. Интеграция сетей и служб электросвязи
Глава 18. Узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания (У-ЦСИО)
18.1.Пути перехода к узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания
Общие положения. Основным направлением развития средств электросвязи в последнее десятилетие XX в. является завершение опытной и начало коммерческой эксплуатации узкополосных сетей интегрального обслуживания (У-ЦСИО), начало разработки международными организациями концепции широкополосной ЦСИО (Ш- ЦСИО), разработка методов и средств коммутации, обеспечивающих высокую производительность узлов коммутации, а также средств высокоскоростной передачи сообщений.
Пользователи сетей электросвязи предъявляют повышенные требования к составу и качеству услуг. Современная сеть электросвязи должна обеспечивать доступ пользователей к множеству служб: речевой, данных, текста, изображений, телеконференций, выход к базам данных сетей ЭВМ, выход пользователей частных локальных сетей к абонентам сетей общего пользования и др. В 1990–1992 годах практически все экономически развитые страны мира приступили к коммерческой эксплуатации узкополосных ЦСИО. Большое количество публикаций, посвященных ЦСИО (во многих отечественных публикациях используется синоним этого наименования – цифровая сеть с интеграцией служб – ЦСИС), показывает, что начало 90-х годов ХХ в. проходило под знаком перехода к широкополосным ЦСИО. Ш-ЦСИО позволяет достичь еще более высокого использования ресурсов сети, чем в У-ЦСИО. Страны с разным экономическим потенциалом будут, по-видимому, идти разными путями к созданию Ш-ЦСИО, решая задачи повышения эффективности использования сетевых ресурсов путем применения асинхронного способа передачи (Asynchronous Transfer mode, ATM) и быстрой коммутации пакетов (БКП) [1, 2, 8, 9].
В настоящей главе рассматриваются свойства, структура и особенности У-ЦСИО, пути перехода от аналоговых сетей к цифровым, службы
362 |
Глава 18. Узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания |
иуслуги, система управления У-ЦСИО, способы и средства доступа пользователей к сети.
Понятие интеграции в ЦСИО. Цифровая сеть интегрального обслуживания – результат эволюции сетей передачи данных и интегральной цифровой сети связи (ИЦСС). Хотя ИЦСС в 70-е годы ХХ в.
иназывалась интегральной, в ней были реализованы лишь первых два шага интеграции (объединения):
–интеграция элементной базы средств управления и коммутации
(использование однотипных электронных компонентов);
– интеграция способов разделения каналов в коммутационном
иканалообразующем оборудовании.
Втакой сети информация пользователей передавалась в цифровой форме только по цифровым трактам между станциями и узлами
ив коммутационном поле, в то время как абонентские линии оставались аналоговыми.
Цифровой сетью называют сеть электросвязи, в которой информация передается (по абонентским и соединительным линиям) и коммутируется (на станциях и узлах) в цифровой форме. Цифровой сетью интегрального обслуживания называют такую цифровую сеть, которая поддерживает множество служб электросвязи.
Под интеграцией обслуживания (служб) понимают объединение нескольких служб (речи, данных, изображений и др.), поддерживаемых одной сетью. Понятия: интегральная цифровая сеть связи (ИЦСС) и цифровая сеть интегрального обслуживания имеют много общего, но не совпадают. Такие различия в названии сетей, каждая из которых поддерживает несколько служб, вызваны их особенностями. Так, в ИЦСС объединяющими (интегрирующими) являются временное разделение каналов в каналообразующем и коммутационном оборудовании и элементная база коммутации и управления, а в У- ЦСИО, кроме этого, происходит интеграция способов коммутации (коммутации каналов и пакетов) и ряда служб, поддерживавшихся ранее другими сетями.
Особенности ЦСИО. Рассмотрим особенности ЦСИО, отличающие ее от других сетей.
Основными свойствами ЦСИО являются [3]:
а) возможность передачи информации в цифровой форме от одного терминала (Т) до другого;
б) предоставление широкого спектра услуг (видов сервиса), включающего передачу речевой и неречевой информации;
в) возможность подключения разнообразных терминалов к сети с помощью многоцелевых стандартных согласующих устройств (интерфейсов) «пользователь–сеть»;
г) обеспечение централизованной сигнализации (по общему каналу) с высокой скоростью и верностью;
18.1. Пути перехода к У-ЦСИО |
363 |
Рис. 18.1. Структурный состав ЦСИО
д) обеспечение любого из требуемых способов коммутации: каналов или пакетов;
е) обеспечение цифрового транспортного соединения между терминалами оконечных абонентских пунктов;
ж) предоставление пользователям доступа к большому числу речевых и неречевых служб через общую абонентскую линию;
з) предоставление пользователям доступа к сети через небольшое число стандартных многоцелевых интерфейсов.
В состав У-ЦСИО должны входить три вида специализированных сетей (рис. 18.1): сеть с коммутацией каналов (КК), сеть с коммутацией пакетов (КП), сеть сигнализации (СС).
Концепция ЦСИО детально определена в рекомендациях серии I международного союза электросвязи МСЭ-Т (ITU-T). У-ЦСИО поддерживает множество служб, а именно: службу телефонной связи, телекса, факсимильной связи, телетекста, телефакса, бюрофакса, телеконференций, передачи данных (ПД) с КК, ПД с КП и др.
Под службой электросвязи (service или telecommunication service)
понимают совокупность аппаратных и программных средств, терминалов, линий и каналов, используемых администрацией сети электросвязи для предоставления услуг пользователям.
Сеть электросвязи как совокупность технических средств и служб предоставляет услуги абонентам. Отличие понятий сетей и служб (услуг) видно хотя бы из того, что служба передачи данных родилась, не имея своей сети. Для передачи данных использовались некоммутируемые каналы, телефонная сеть и сеть телекс. Позже начали создавать специализированные сети ПД для достижения более высокого качества ПД. На рис. 18.2 показаны примеры использования различных сетей для различных служб.
Различают три условия интеграции цифровых сетей:
1)элементной базы (использование однотипных компонентов в аппаратных средствах управления, коммутации и каналообразования);
2)способов разделения каналов (временное разделение) в коммутационном и каналообразующем оборудовании;
3)служб (видов) электросвязи.
364 |
Глава 18. Узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания |
Рис. 18.2. Виды служб и поддерживающих их сетей
Требования, предъявляемые к ЦСИО. Цифровая сеть интеграль-
ного обслуживания должна обеспечивать следующие требования:
1.Установление связи различных служб к одному абоненту по одной абонентской линии, имеющей один номер.
2.В перспективе передачу любого вида информации (представленной изначально в аналоговой или дискретной форме) с помощью одного многофункционального терминала.
3.Возможность одновременно передавать информацию различных видов.
4.Снижение тарифов за услуги электросвязи.
5.Повышение качества передачи информации (по сравнению с качеством передачи на существующих сетях).
6.Более эффективное использование каналов и линий сети.
7.Возможность передачи информации с помощью стартстопных, синхронных и пакетных установок.
8.Установление соединения для передачи данных (в режиме коммутации каналов) не более чем за 1 с.
9.Доставку сообщения не более чем за 10 мс.
10.Разъединение соединения не более чем за 10 мс.
11.Коэффициент ошибок не должен превышать 10–6.
12.Предоставление по требованию пользователя широкого круга дополнительных видов обслуживания (ДВО), например, прямой вызов, многоадресный вызов и др.
13.Абоненту должны передаваться любые необходимые сигналы, оповещающие его о фазе соединения или об отклонении процессов установления соединения от нормы.
18.1. Пути перехода к У-ЦСИО |
365 |
14.Возможность расширения обслуживания на подвижные объекты.
15.Возможность расширения служб и ввода новых видов информации.
Узкополосные ЦСИО, обладающие перечисленными свойствами, имеют следующие достоинства:
1.Высокая скорость передачи информации (до 64 Кбит/c) для большинства служб нетелефонного типа.
2.Предоставление абонентам возможности пользоваться многофункциональным терминалом, подключенным к одной линии и имеющим один номер для входящего вызова.
3.Более низкий тариф оплаты за передачу данных.
4.Возможность передачи информации в цифровой форме между двумя абонентскими пунктами (терминалами).
5.Наличие общеканальной системы сигнализации № 7 с коммутацией пакетов, обеспечивающей эффективное использование средств связи.
6.Возможность выбора одного из способов коммутации (КК или КП) на станциях ЦСИО.
Рис. 18.3. Группы рекомендаций ITU-T, относящихся к ЦСИО
366Глава 18. Узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания
7.Совместимость с существующими сетями.
8.Приспособленность терминалов для передачи информации различными способами.
Стандарты в области ЦСИО определяются рекомендациями МСЭ-Т серии I. Группы рекомендаций и относящиеся к ним элементы показаны на рис. 18.3. Общие принципы построения ЦСИО, концепция, терминология описаны в рекомендациях группы I.100. Службы, поддерживаемые ЦСИО, описаны в рекомендациях группы I.200. Необходимо отметить важность изучения аспектов, связанных со службами и услугами в ЦСИО, так как все своеобразие таких сетей заключено в поддержке многообразных служб, базировавшихся ранее на других сетях. В группе рекомендаций, начиная с I.300 изложены принципы адресации, нумерации, маршрутизации в процессе установления соединений, функциональные характеристики сети, эталонная модель протоколов. Требования к интерфейсу «пользователь–сеть» изложены в рекомендациях группы I.400, а к межсетевому интерфейсу – в рекомендациях группы I.500. Требования к системе управления У-ЦСИО и к технической эксплуатации приведены в рекомендациях группы I.600.
Структура и функции У-ЦСИО. Первые проекты цифровой телефонной сети, названной тогда ИЦСС, были начаты в середине 60-х годов ХХ в. Тогда в ИЦСС была реализована интеграция каналообразующего и коммутационного оборудования на основе применения ИКМ с временным делением каналов (ВДК). В Европе стандартизирована аппаратура ИКМ-30/32, а в США, Японии и некоторых других странах – ИКМ-24.
На рис. 18.4 приведена схема телефонной ИЦСС. В ИЦСС цифровой поток не доводился до абонентского пункта. Эта сеть поддерживала два вида служб: телефонную и ПД. Для каждого вида служб необходим свой интерфейс с сетью. Многофункциональный терминал на такой сети неэффективен из-за большой сложности. Абоненту не предоставлялся стандартный цифровой стык для подключения оконечных терминалов различных служб.
Для перехода от ИЦСС к ЦСИО необходимо выполнить целый комплекс требований, вытекающих из особенностей каждой из служб, поддерживаемых сетью.
Рис. 18.4. Структурная схема телефонной ИЦСС
18.1. Пути перехода к У-ЦСИО |
367 |
Служба телефонной связи обслуживает речевой трафик. Особенность его состоит в том, что информация передается в любой момент времени по каналу в одном направлении. При передаче речевой информации недопустимы задержки, превышающие 25 мс. (Ухо человека чувствительно к задержке сигналов в транспортной системе и к колебаниям величины задержки во времени.) Поэтому использование методов коммутации пакетов при передаче речевой информации в ЦСИО приводит к необходимости ужесточения требований к абсолютной величине задержки и колебаниям задержки при передаче сигналов, по сравнению с соответствующими требованиями, предъявляемыми к сети при передаче данных.
Положительной чертой речевого трафика является его относительная устойчивость к потере части сообщения при передаче по сети.
Особенность трафика данных состоит в малой чувствительности к абсолютной величине задержки и в большой чувствительности к потере части сообщения из-за блокировок в сети.
Основные характеристики ЦСИО. Возможности передачи рече-
вой информации и данных в ЦСИО определяется чувствительностью к задержке, чувствительностью к искажениям, чувствительностью к потере части сообщения (блокировке).
Под чувствительностью к задержке (ЧЗ) при передаче речевой информации в пакетной форме понимают критичность к запаздыванию сообщений, когда возникают трудности понимания между партнерами.
В рекомендации G.114 МККТТ максимальное время прохождения сигнала для одного направления передачи ограничено величиной 240 мс.
При передаче данных и системе защиты от ошибок с решающей обратной связью под ЧЗ понимают критичность ко времени отклика удаленной стороны канала ПД на переданный кадр. Чем меньше эта задержка, тем меньше требуемый объем буфера передатчика. Под чувствительностью к искажениям (ЧИ) при передаче речевой информации в цифровой форме понимают зависимость качества связи от искажения отдельных элементов кадров, передаваемых в канальных интервалах систем с ИКМ. Считается, что речевая служба относительно толерантна к искажениям (благодаря большой информационной избыточности речи). Данные более чувствительны к искажениям, так как обладают значительно меньшей информационной избыточностью. Под блокировкой при пакетной передаче понимают потерю части пакетов в сети, что приводит к выпадению отдельных кадров (или групп кадров) из сообщения. Речевые сообщения относительно мало чувствительны к блокировке (благодаря возможности переспроса неправильно понятого сообщения). Блокировки при ПД весьма существенно влияют на качество связи, так как при отсутствии инфор-
368 |
Глава 18. Узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания |
Рис. 18.5. Схема УК гибридной сети с раздельными АЛ для КК и КП
мационной избыточности полученное сообщение с потерянными кадрами может быть полностью искажено.
Гибридные сети и гибридная коммутация. Промежуточным эта-
пом перехода от традиционных сетей к ЦСИО был этап разработки, испытаний и эксплуатации гибридных сетей электросвязи. Рассмотрим особенности таких сетей.
Под гибридной коммутацией понимается совмещение на одной станции способов коммутации каналов и пакетов (рис. 18.5), причем сети с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов независимы, общими являются только узлы коммутации. Абонент сам должен определить, ресурсы какой сети ему нужны.
Использование одной абонентской линии (или входящей соединительной линии, СЛ) для доступа к ресурсам сетей с КК и КП показано на рис. 18.6. Такая гибридная сеть (ГС) позволяет более эффективно использовать входящие СЛ и АЛ. Сообщение, поступающее от терминала (Т), несет данные о типе требуемой сети, а управляющая система узла коммутации управляет передачей сообщения в требуемом направлении.
Диаграмма, иллюстрирующая интеграцию в одной линии потоков информации, передаваемых с использованием способов КК и КП, показана на рис. 18.7. Соединительные линии сети являются цифровыми (ИКМ 30/32 или ИКМ-24). В каждой такой линии часть Ткк цикла (Тц = 125 мкс) используется для передачи информации в сети КК,
Рис. 18.6. Схема УК гибридной сети с общей АЛ для КК и КП
18.1. Пути перехода к У-ЦСИО |
369 |
Рис. 18.7. Структура кадра при совмещении способов
ККи КП в одной СЛ
аоставшаяся (Тц− Ткк) – для передачи информации в сети КП. Граница между полем для временных каналов (1, 2, ..., n) и полем передачи пакетов является подвижной и определяется входящей нагрузкой. Управляющая система УК оценивает интенсивности потоков заявок на установление соединений (КК) и передачу пакетов, определяет границу в кадре между зонами КК и КП, учитывая требования к качеству обслуживания при КК (допустимая норма потерь) и при КП (допустимая задержка передачи пакетов). Для объединения и разделения потоков, создаваемых в системах с КК и КП, в одной СЛ используются мультиплексоры (МП) и демультиплексоры (ДМП) соответственно (рис. 18.8). В демультиплексорах происходит разделение временных каналов и пакетов данных, а в мультиплексорах – совмещение временных каналов и пакетов, передаваемых по одной СЛ. Пакеты после их выделения с помощью ДМП записываются в буферное запоминающее устройство (БЗУ) и в дальнейшем обрабатываются в ЭВМ. Временные каналы коммутируются с помощью оборудования КК. С помощью МП происходит объединение потоков с выходов ЭВМ и оборудования КК. Следующей ступенью интеграции является объединение методов КК и КП в едином поле КК–КП (рис. 18.9).
Другой разновидностью известных способов рационального использования сетевых ресурсов является адаптивная коммутация. Под адаптивной понимают коммутацию, при которой передаются дан-
Рис. 18.8. Схема УК для гибридной сети с раздельным оборудованием для КК и КП и общими СЛ
370 |
Глава 18. Узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания |
Рис. 18.9. Схема УК гибридной сети с совмещенным оборудованием для КК и КП
Рис. 18.10. Этапы перехода к ЦСИО
ные в паузах между отдельными блоками информации одного и того же сеанса связи. Как и при гибридной коммутации, кадр имеет два поля (КК и КП).
Данные передаются методом КП в течение времени Ткп, а также в паузах передачи речевой информации по временным каналам в интервале Ткк. Это позволяет повысить использование линий связи.
Переход к третьему этапу развития современных сетей связи подготовлен созданием и использованием гибридных сетей и ИЦСС.
В 1984 г. были сформулированы основные положения цифровой сети интегрального обслуживания в рекомендациях серии I. ITU-Т.
На рис. 18.10 показаны этапы перехода от сетей электросвязи, поддерживающих малое число служб, к ЦСИО. При этом наблюдается углубление цифровизации и расширение количества служб.
18.2. Службы и услуги узкополосной ЦСИО
Виды информации в ЦСИО. В соответствии с рекомендациями серии I. ITU-Т в ЦСИО могут передаваться следующие основные виды информации (И): пользовательская И (группа «V»), сигнальная – для