8.2. Вторичные сети электросвязи. Топология сети

Каналы первичной сети являются базой для построения вторичных сетей электросвязи. Вторичные сети электросвязи разделяются по виду передаваемой информации. Среди вторичных сетей можно выделить:

- Общегосударственную автоматическую коммутируемую телефонную сеть (ОАКТС), предназначенную для передачи телефонных сообщений. Данная сеть образуется как совокупность автоматических телефонных станций (АТС), узлов автоматической коммутации (УАК), абонентских терминалов, а также каналов передачи, полученных из первичной сети. Абоненты ОАКТС подключаются через местные (городские, сельские) сети связи.

- Вторичные сети сотовой связи, предназначены для передачи телефонных, телеграфных (коротких) сообщений, цифровых данных. Сеть образуется из приёмопередатчиков (базовых станций), внутрисистемной транспортной сети (радиорелейной, проводной т.п.), мобильных терминалов, центра коммутации с выходом в ОАКТС. Абоненты сети подключаются через выбранного ими оператора мобильной связи. Сотовые сети также используют выделенные каналы первичной сети, как на уровне внутрисистемной транспортной сети, так и при выходе в ОАКТС.

- Общегосударственная сеть распределения телевизионных программ и радиовещания. В этой сети распределение программ теле- и радиовещания из передающего центра осуществляется средствами первичной проводной, радиорелейной и спутниковой систем связи. Распределение сигнала между телевизионными и радиоприёмниками абонентов осуществляется вещательным оборудованием вторичной сети.

- Системы документальной связи и передачи данных, обеспечивают передачу телеграфных, факсимильных сообщений, а также передачу цифровых данных. На основе сетей передачи данных создаются инфокоммуникационные сети, которые разделяются на локальную сетьEthernet (различной конфигурации), и глобальную сетьInternet. Глобальная инфокоммуникационная сеть функционирует по выделенным каналам первичной сети.

- Корпоративные или ведомственные вторичные сети различных спецслужб, медицинской помощи, промышленных и торговых предприятий и т.п.

Вторичная сеть может быть коммутируемой или некоммутируемой. Коммутируемая вторичная сеть отличается от некоммутируемой тем, что на узлах связи устанавливается специальная аппаратура коммутации, обеспечивающая подключение абонентской линии к каналу на время передачи информации по определённому адресу или номеру. Узел, в которой устанавливается аппаратура коммутации, называется узлом коммутации. Примером коммутируемой вторичной сети является ОАКТС, некоммутируемой локальная сеть компьютеров.

Вторичные коммутируемые сети АО способу коммутации подразделяются на сети с коммутацией каналов, сообщений и пакетов.

В процессе коммутации каналов вызывающий абонент передаёт вызов (заявку) на установление соединения и адрес (номер) вызываемого абонента Устройства управления на станциях и узлах связи должны на основании адреса найти свободные пути (маршруты) передачи сообщения, выбрать один из них и послать вызываемому абоненту вызов. После того, как вызов принят, происходит прямое соединение абонентов, т.е. выделяется прямой канал связи между абонентами. По окончании передачи сообщения и поступления от абонентов сигнала отбоя система управления вызовами (коммутации) производит разъединение и освобождение каналов и коммуникационных приборов. На рисунке 8.3 приведена иллюстрация к способу коммутации каналов, на рисунке 8.2 штриховой линией обозначено соединение узлов (У), оконечных станций (С), сплошной линией указан канал связи между абонентами (адресатами соединения).

Рис. 8.3. К пояснению способа коммутации каналов

Преимуществом такого способа коммутации является гарантированная (максимальная) производительность процесса передачи сообщений, так как связь между абонентами производится напрямую по выделенному каналу, работающему в течение всего сеанса связи. Недостатком коммутации каналов является неэффективное использование среды передачи данных, так как возможно бездействие (простой) канала связи из-за отсутствия сигнала передачи ввиду молчания абонентов.

При коммутации сообщений выделенный маршрут между двумя коммутируемыми устройствами не устанавливается. Каждое сообщение (представляющее цифровые данные) интерпретируется как единица сообщения и включает в себя адрес отправителя и получателя. При этом сообщение передаётся во времени последовательно от одного узла (или станции) к другому. В случае занятости канала между узлами, сообщение сохраняется в памяти узла коммутации до освобождения канала. Роль коммутаторов здесь выполняют компьютеры с большими объёмами памяти в оперативных запоминающих устройствах. На рисунке 8.4 стрелками показано последовательное движение сообщения в процессе его коммутации.

Рис. 8.4. К пояснению способа коммутации сообщений

Преимуществом способа коммутации сообщений является повышенная эффективность использования сети (уменьшается простой сети). Недостаток задержка по времени передачи сообщений, что затрудняет обмен информацией в реальном масштабе времени (в режимеon-line), например, для передачи речи или видео.

При пакетной коммутации единица сообщения делится на пакетные сообщения меньшего размера (длины). Каждый из пакетов снабжается заголовком, включающим адреса отправителей, маршрут движения, порядковый номер пакета и, далее, пакеты отправляются по своим путям независимо друг от друга. В оконечном центре коммутации отдельные пакеты собираются в одно целое (исходное) сообщение и передаётся адресату. На рисунке 8.4. показано «расщепление» сообщения на отдельные пакеты и их независимая передача по разным маршрутам. Преимуществом пакетной коммутации является меньшее время задержки (благодаря «параллельной» передаче пакетов) по сравнению с принципом коммутации сообщений.

Как правило, вторичные телефонные, факсимильные сети строятся на основе использования способа коммутации каналов, а сети передачи данных могут использовать способы коммутации сообщений и пакетов.

Рис. 8.4. К пояснению способа коммутации пакетов

Структура первичных и вторичных сетей электросвязи характеризуется конкретным видом топологии.

Топология сети физическая схема, отображающая расположение узлов связи и их соединений.

К основным видам топологий можно отнести:

- радиальное построение (или звездообразная топология) (рисунок 8.5,а). Все оконечные станции (С) подключаются к одному узлу (У). Радиальный способ построения сети может быть использован на небольшой территории при малом числе оконечных станций, так как это требует большого расхода кабеля (для проводных систем связи), а для радиосистем бывает невозможно из-за рельефа местности обеспечить «радиопрозрачность» передачи сигналов. Кроме того, отказ узла связи приводит к парализации всей сети;

- радиально-узловое построение (или звезда-звезда) (рисунок 8.5,б). В этом случае к центральному узлу (узлу первого класса) подключаются по типу звезда узлы низших классов (второго, третьего и т.д.) с меньшей степенью надёжности. Такая схема подключения обеспечивает большую надёжность сети, так как выход из строя одного из узлов не приводит к отказу всей системы. Недостатком радиально-узлового способа построения сети является то, что он допускает только один путь установления соединения. Вместе с тем, часто возникает необходимость в организации обходных путей с целью повышения надёжности и живучести сети. Для этого используют сотовыфй способ соединения:

- сотовая топология, в которой узлы соединяются по принципу «каждый с каждым». Такая сеть имеет большое число соединений и, следовательно, большую стоимость. На реальных сетях обычно применяется комбинированные (гибридные) принципы

Рис. 8.5. Разновидности топологий сетей электросвязи:

радиальная (а), радиально-узловая (б), комбинированная (в),

общая шина (г), кольцевая (д)

построения, например, радиально-узловой и каждый с каждым (рисунок 8.5,в);

Кроме вышеперечисленных топологий для цифровых систем связи используют также следующие принципы соединения:

- общая шина (рисунок 8.5, г). Общая шина используется при построении локальной вычислительной сети. Оконечных станциями здесь являются персональные компьютеры пользователей с разной степенью допуска к сети. Как правило, станция с наивысшей степенью администрирования, имеющей выход во внешнюю сеть, называется сервером. Преимуществом такой организации сети является лёгкость наращивания сети путём простого подключения новых пользователей. К недостаткам схемы можно отнести низкое быстродействие информационного обмена (один компьютер захватывает сеть путем передачи данных, остальные «прослушивают» шину до момента её освобождения, т.е. находятся в режиме ожидания). Вторым недостатком является необходимость в синхронизации работы станций для обеспечения равномерного захвата линии (это характерно для станций с разным уровнем быстродействия).

- кольцевая топология (рисунок 8.5, д). Принцип работы такой сети заключается в эстафетной передаче специального сообщения маркера от одного узла к другому. Каждый из узлов в кольце принимает маркер, добавляет к нему адрес и данные и передаёт их соседнему узлу до тех пор, пока электронный адрес не совпадёт с адресом узла-получателя. Узел-получатель считывает данные и удаляет их из кортежа, при необходимости добавляя своё сообщение. В случае отказа одного узла направление передачи в кольце меняется в противоположную сторону. В настоящее время по кольцевой топологии строятся оптические внутризоновые первичные сети электросвязи.