Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

них идентификатор виртуального канала – ИВК – может занимать до 16 битов и идентификатор виртуального тракта – ИВТ – до 18 битов); о типе передаваемой информации (ТИ) – 3 бита; контроля и исправления ошибок в заголовке – контрольная комбинация (КК) – 8 бит.

На рис. 19.5 показана одна из реализаций АТМ с формированием цикла и периодической передачей ячеек синхронизации в фиксированных временных интервалах. Разграничение ячеек в цикле достигается синхронизацией. Асинхронный метод передачи обладает одновременно свойствами способов КК и КП. С коммутацией каналов его роднит заранее устанавливаемый соединительный тракт (виртуальное соединение), который занимается в течение всего сеанса передачи для данного вызова. Последнее означает, что все его ячейки закрепляются за одним и тем же виртуальным соединением. Это свойство позволяет сохранять исходную последовательность всех элементов в виртуальном соединении.

С коммутацией пакетов метод АТМ роднит то, что сообщение пользователя также делится на «кусочки», называемые ячейками, но в отличие от обычной КП эти «кусочки» имеют фиксированную длину.

Как уже говорилось выше, протокол уровня звена данных в Ш-ЦСИО не реализует функции защиты от ошибок для информации пользователя, однако заголовок ячейки, ввиду его исключительной важности для закрепления элементов за виртуальным соединением, имеет специальную защиту в виде контрольной комбинации. Контрольная комбинация выбрана так, чтобы исправлять одиночные и обнаруживать пакеты ошибок, которые могут проявляться как потеря или повторение элементов.

Важным свойством АТМ, позволяющим уменьшить задержку, является прозрачная передача информационного поля ячейки через станции и узлы Ш-ЦСИО. Обрабатывается только заголовок. Скорость потока ячеек в линии, соединяющей две станции Ш-ЦСИО, постоянная. Однако при изменении объема информации в единицу времени от некоторого источника необходимо увеличить или уменьшить по заявке пользователя количество ячеек, передаваемых по одной линии АТМ. Теоретически скорость передачи информации от одного источника может изменяться от нуля до максимальной скорости, обеспечиваемой системой передачи, работающей на межстанционной линии, называемой линией АТМ [8].

Метод АТМ способен поддерживать практически неограниченное количество служб, обеспечивать высокую пропускную способность сети и стандартизовать доступ к широкополосным службам.

Если при КП применяется обслуживание с помощью виртуальных соединений, то перед передачей пакета данных устанавливается логический тракт [4], или виртуальная цепь (виртуальный канал). Логический тракт может быть установлен сразу между двумя корреспон-

ным со специфической структурой, приспособленной для аппаратного управления коммутацией. Рассмотрим процессы коммутации, основанные на использовании содержимого поля заголовка ячейки АТМ (рис. 19.6. б). Основная функция заголовка – обеспечение идентификации ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу в линии АТМ. В одной линии АТМ может быть образовано большое количество виртуальных трактов – ВТ (независимых групп информационных потоков) и виртуальных каналов (ВК), определяемое числом битов идентификатора виртуальных трактов (ИВТ) и каналов (ИВК) поля заголовка. Количество ВК может быть доведено до 216 = 65536. Количество ВТ одной линии АТМ может быть доведено до 212 = 4096. Отсюда видно, как велико число ВК в одной линии АТМ, причем во всех ВК передается информация только активных пользователей

(в периоды молчания источника места, которые бы занимала его информация в линии АТМ, используются для передачи информации других источников). Каждое соединение в Ш-ЦСИО однозначно определяется двумя идентификаторами: ИВТ и ИВК. Поэтому функция станции БКП – преобразование значений идентификаторов входящей линии АТМ в идентификаторы исходящей. Процесс управления ком-

мутацией на станции БКП состоит в идентификации ВК во входящей линии по ИВТ и ИВК, в поиске пути в коммутационном поле к требуемой исходящей линии и в присвоении новых значений ИВТ′ и ИВК′ для передачи по исходящей линии АТМ на следующую станцию.

Для установления виртуальных соединений необходим обмен сигнальными сообщениями. Они передаются в одном из ВК, функции которого подобны функциям ОКС, создаваемого для целей сигнализации в У-ЦСИО. По этому сигнальному ВК передаются данные о каждом виртуальном соединении пользователя: ИВТ, ИВК, этап обслуживания, адрес вызываемого абонента. Эти данные собираются супервизором от всех входных портов и аккумулируются в ЦБД. Массив данных ЦБД разделен на подмассивы, каждый из которых закреплен за своим ВК. В подмассиве имеется информация: о номере порта, по которому поступил вызов, ИВТ и ИВК ячейки, номере этапа обслуживания, адресе вызываемого абонента, номере исходящей линии, регистре свободных ВК в выходных портах. Если для коммутации ВК в коммутационном поле станции применяется алгоритм самомаршрутизации, то ЦПР формирует метку маршрутирования (ММ) по номерам входного и выходного портов и координатам найденного пути в коммутационном поле. Ячейка АТМ, снабженная меткой маршрутизации, называется быстрым пакетом (БП). Формат ММ очень прост: количество битов в ней равно числу ступеней (звеньев) коммутационного поля. Коммутационное поле станции БКП может быть построено с использованием экономичных схем, в которых любой вход может быть скоммутирован с требуемым выходом только по единственному

Рис. 19.8. Трехзвенная коммутационная схема

пути. На всех звеньях коммутационного поля коммутации используются простейшие коммутационные элементы (КЭ), имеющие два входа и два выхода. На рис. 19.8 приведена трехзвенная коммутационная схема, в которой БП, поступающий на любой вход любого КЭ, передается по маршруту, указанному в ММ. Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ коммутируемого БП.

Маршрутизация БП в такой коммутационной схеме выполняется с помощью жесткой логики (без программного управления коммутацией), в отличие от выбора маршрута и управления коммутацией в многозвеньевых коммутационных полях станций и узлов с программным управлением современной телефонной сети. Каждый вход КЭ первой ступени связан со своим входным буферным накопителем в составе входного порта. Поэтому в КЭ, связанном с двумя такими портами, могут возникать внутренние блокировки, когда БП на входе «0» и БП на входе «1» должны быть переданы на один и тот же выход. В каждом КЭ выполняется самомаршрутизация БП от входа к выходу по содержимому соответствующего бита в ММ. Пример самомаршрутизации БП от входа «1» в одном из КЭ звена А приведен на рис. 19.9. Значение бита А в ММ однозначно определяет направление БП к выходу «0» {ММ(А) = 1} (кросс) или к выходу 1 {ММ(А) = 0} (транзит). В трехзвенной коммутационной схеме (см. рис. 19.8) показан маршрут передачи БП от входа с адресом

Рис. 19.9. Пример коммутации на станции БКП:

а – коммутационный элемент; б – коммутация в КЭ при различных значениях бита А в ММ

000 к выходу с адресом 101. Это соединение реализуется в соответствие с ММ = 101.

В процессе обмена адресными (о номере вызываемого абонента) и линейными сигналами с другими станциями сети станция Ш-ЦСИО устанавливает виртуальное соединение из конца в конец. С этого момента накопленные в буфере входного порта ячейки данного виртуального канала будут передаваться к найденному супервизором выходному порту в соответствие с подготовленной записью в БДП. Запись имеет такой вид: ИВТ, ИВК > ММ > ИВТ′, ИВК′. В ней выражена связь между ИВТ, ИВК входного порта и ИВТ′, ИВК′ выходного порта с помощью маршрутной метки ММ. Эта запись дублируется во входном порте и используется им для маршрутизации каждого БП данного ВК. Благодаря такой автономии маршрутизации БП в установленном виртуальном соединении в каждом входном порте, супервизор освобождается от рутинных и весьма объемных

по количеству операций функций обработки БП для уже установленных виртуальных соединений. Так на станции БКП реализуется принцип распределенного управления коммутацией. В БДП выходного порта ММ стирается, но сохраняется копия данных БДП входного порта. Это необходимо для предотвращения сбоев маршрутизации в коммутационном поле станции. Если сбои возникают, то информация о них передается в супервизор для выполнения необходимых коррекций. В БДП выходных портов имеются регистры свободных и занятых ВК. Данные этих регистров используются при необходимости передачи БП по обходному пути в сети, если заняты все ВК в линии прямого направления.

Выше был описан один из возможных способов управления коммутацией на станциях Ш-ЦСИО. Его особенность состоит в том, что он ориентирован на соединение, т.е. все БП одного ВК проходят по одному маршруту от входа до выхода на станции Ш-ЦСИО. Благодаря этому последовательность БП в ВК не нарушается и задержки одинаковы.

Показателями качества коммутационных полей станций Ш-ЦСИО, построенных с использованием схем, подобных приведенной на рис. 19.8, являются:

а) производительность, определяемая как среднее количество элементов, прошедших через станцию за единицу времени;

б) нормированная производительность представляет собой отношение производительности к максимально возможной производительности станции при отсутствии конфликтов между БП;

в) задержка элемента, определяемая как число тактовых интервалов между моментом поступления БП и моментом появления его на выходе.

Нормированная производительность коммутационного поля станции в целом практически не может быть близкой к единице [3].

Свойства коммутационных схем с буферными накопителями БП АТМ позволяют строить коммутаторы БКП станций Ш-ЦСИО, которые могут поддерживать не только все виды интерактивных служб передачи данных, но и службы передачи речи и видеоконференций. В табл. 19.5 даны характеристики центров коммутации пакетов и станций (узлов) БКП. В ней приведены характеристики современных центров КП и станций (узлов) БКП.

Во второй половине 90-х годов ХХ в. и в первые два года нового века в США, Канаде, Японии, Западной Европе и России созданы магистральные Ш-ЦСИО с технологией АТМ. Для этих сетей ITU-Т стандартизовал интерфейс «сеть–сеть», а также рекомендовал к внедрению метод коммутации АТМ, позволяющий обеспечить высокие качественные характеристики коммутационных узлов и сети в целом (скорости до сотен мегабит в секунду и задержки не более 10 мс).

До конца не решенными остаются еще три проблемы: управление сетью, управление соединениями и построение коммутационных полей станций и узлов. Решение задач управления сетью связано с выбором и обоснованием методов управления ресурсами сети, маршрутизации и межстанционной сигнализации. Сложность решения этих задач связана, в частности, с необходимостью установления многоточечных соединений для вещательных служб. Быстрые изменения топологии и характеристик Ш-ЦСИО требуют создания протоколов, учитывающих эти изменения.

Процессы управления соединениями связаны с производительностью элементов сети. Существующие коммутационные поля коммутаторов АТМ имеют производительность в сотни Мбит/с. Однако скорость передачи информации по ВОЛС может быть на порядок выше.

19.5.Причины и условия перехода к интеллектуальной сети (ИС)

Цель создания ИС. Совершенствование современных сетей электросвязи идет по пути их цифровизации и интеграции все большего количества служб. Эти службы предлагают как обычные (базовые) услуги, так и большое разнообразие дополнительных видов услуг (обслуживания). Пользователям цифровых станций еще не полностью

цифровизованных сетей может быть предложен большой спектр современных услуг, не доступный другим абонентам сети. Переход к цифровой сети позволит охватить новыми услугами всех абонентов. При предоставлении современных услуг требуется весьма сложная обработка запросов, пересылка больших объемов данных с высокой скоростью. Если ресурсы, используемые для предоставления услуг, рассредоточены на многих объектах сети, то это приводит к недопустимым задержкам и искажениям информации при ее многократной пересылке от одной станции к другой [9].

Для преодоления этих недостатков необходимо использовать такую стратегию предоставления многообразных услуг, которая основывается на централизации наиболее сложной обработки данных и на использовании протоколов информационного обмена (Х.25, ОКC № 7, АТМ) между элементами сети, гарантирующих высокие скорость и верность передачи информации.

Разработка технологии ИС началась в 1990 г., а первые рекомендации ITU-Т, посвященные ИС, утверждены в 1992 г. (рекоменда-

ции Q.1201 – Q.1203). Основная цель ИС состоит в быстром, эффективном и экономичном предоставлении информационных услуг массовому пользователю. Удовлетворение этих требований возможно лишь при построении сетей электросвязи на основе новой концеп-

ции, состоящей в том, что функции предоставления ДВО отделяют-

ся от основных услуг. В традиционных ЦСК эти функции неразрывно связаны.

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т [I.211, I.212] вся совокупность услуг, предоставляемых сетью, делится на две группы: ос-

новные услуги и дополнительные виды обслуживания. Основные ус-

луги связаны с процессами установления соединений (при способе коммутации каналов), тарификации, организации виртуальных соединений (при способе коммутации пакетов), передачи пакетов между элементами сети. Основные услуги, как правило, редко изменяются

и реализуются сетью при обслуживании каждого вызова. Дополнительные услуги весьма разнообразны. Можно упомянуть,

например, такие:

–универсальный номер доступа (УНД);

–персональный номер (ПН);

–«зеленый телефон» (ЗТ).

Услуга УНД предоставляет возможность по единому номеру, закрепляемому, например, за предприятием, фирмой, банком, получить связь с требуемым пользователем. В процессе предоставления этой услуги ИС запрашивает вызывающего абонента о требуемом подразделении, предлагает дополнительно набрать определенное число знаков номера и адресует вызов на свободный телефон (терминал). Вся требуемая для предоставления ДВО информация концентрирует-

ся в сетевых базах данных «интеллектуальной надстройки» коммутируемой сети (в частности, телефонной).

Услуга ПН подобна той, которой пользуются абоненты сетей подвижной связи. Абонент, желающий получить услугу ПН, регистрируется в ИС и получает логический номер, по которому его можно отыскать независимо от того, где он находится. Для этого он, переезжая в другой населенный пункт страны или мира, сообщает ИС номер (или номера) телефона, куда нужно переадресовать все входящие вызовы.

Услуга ЗТ, относящаяся к «службе 800» [1], обеспечивает установление местных и междугородных соединений с поставщиками информации (например, рекламными фирмами) и передачу информации за их счет.

Услуги, относящиеся к ДВО, реализуются только по специальному запросу пользователя. Разные группы пользователей могут получать разные наборы ДВО. Элементом концепции ИС является отделение функций управления основными услугами от управления ДВО.

Несмотря на отставание России в цифровизации первичных и вторичных сетей, проекты реализации ИС создаются с участием Госкомитета по связи и информатизации РФ [1].

Концепция и архитектура ИС. Услуги могут быть отнесены к интеллектуальным, если при их предоставлении требуется использовать большие массивы данных и выполнять сложную обработку. Если при разработке и проектировании аппаратных и программных средств новых услуг не исходить из единой концепции, то затраты на их реализацию будут неоправданно велики. Поэтому современный подход к проектированию аппаратных и программных средств услуг основан на модульном принципе. Сущность его состоит в том, что все процедуры реализации услуг делят на законченные авто-

номные модули услуг – МУ (Service Independent Block, SIB), не зави-

сящие от видов услуг и друг от друга и представляющие собой законченные процедуры обработки запросов. Процедуры обмена между модулями услуг тоже стандартизируют. При таком подходе достаточно большой набор модулей позволяет создавать новые услуги путем сочетания имеющихся МУ и интерфейсных модулей. Программа реализации новой услуги будет простой и не потребует больших затрат. Лишь при проектировании экстраординарной по сложности услуги, реализация которой из имеющихся модулей невозможна, потребуется разработка новых модулей. Описанная концепция проектирования услуг интеллектуальных сетей предполагает использование языков высокого уровня, обеспечивающих уменьшение затрат при вводе новых услуг. Таким образом, вторым элементом концепции ИС – оригинальная методика структурного проектирования и реализации услуг.