Раздел 2 коммутация каналов, сообщений и пакетов

2.1 Общие положения

Термин «коммутация»(switching) означает «включение/отключение». Сектор стандартизации международного союза электросвязи МСЭ-Т (ITU-T) определил коммутацию, как «соединение одного определенного из множества входов системы с одним определенным из множества ее выходов, организуемое на время, необходимое для обмена информацией между ними».Это определение относится к коммутации каналов.

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальныхучастковдля прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами (узлы коммутации-УК). В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Сети с ККтребуют предварительной процедуры установления соединения между абонентами, для чего в сеть передается адрес вызываемого абонента,который проходит через УК и настраивает их на последующую передачу данных.

Так как УК, атакже соединяющие их каналы, должны обеспечить одновременную передачу данных несколькихабонентских каналов, то в сетях сККиспользуют технику мультиплексирования абонентских каналов. В настоящее время используются две техники:

- техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing – FDM);

- техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing -TDM).

Коммутация каналов может быть аналоговой и цифровой. При аналоговой коммутации между конечными точками коммутируемого канала сигнал передается в аналоговом виде. При цифровой коммутации соединение устанавливается при помощи определенных операций над цифровыми сигналами.

При коммутации пакетов (ПК) все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами.

Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки.

Коммутаторы пакетной сетиотличаются откоммутаторов сети с коммутацией каналовтем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

2.2 Коммутация пакетов

Соединение абонентов для телефонных переговоров осуществляет посредством коммутационных устройств автоматическая телефонная станция (АТС). Телефонный аппарат через скрученную пару абонентской линии подключается к коммутационному блоку ближайшей АТС с контактами для обслуживания до 512 абонентских линий. Несколько смонтированных вместе блоков коммутации абонентских линий составляют электронную коммутационную систему, которая может быть запрограммирована на предоставление абонентам наряду с обычными дополнительных видов обслуживания. Среди них наибольшее распространение получили ждущий вызов (уведомление абонента, говорящего по телефону, о поступлении нового вызова), переадресация вызова при отсутствии вызываемого абонента, конференц-связь (одновременное соединение с несколькими абонентами), сокращенный набор номера и т.д.

Одна АТС может обслуживать многие тысячи подключенных к ней абонентов. Если вызываемый абонент подключен к той же самой АТС, то путь соединения не выходит за пределы абонентской сети данной АТС. Если же вызываемый абонент подключен к другой АТС, то соединение устанавливается через многоканальную соединительную линию. В случае междугородного вызова соединение устанавливается через междугородную телефонную станцию (МТС), которая обычно не имеет подключенных непосредственно к ней абонентских линий. Международные вызовы осуществляются через станции межсетевого сопряжения, снабженные специальным оборудованием для преобразования сигналов и различных параметров передачи.

Коммутационная техника телефонных станций прошла через шесть фаз развития: ручное переключение, панельный коммутатор, шаговый искатель, координатный искатель, аналоговая электронная АТС и цифровая электронная АТС. Последние два вида доминируют в настоящее время в мировом телефонном сетевом трафике. В конце концов, как ожидается, вся телефонная нагрузка будет обслуживаться цифровыми электронными АТС. В более отдаленном будущем, возможно, появятся фотонные АТС.

Первая аналоговая электронная АТС (на 4000 абонентов, с компьютерным управлением) была введена в действие в 1965 (Сакасанна, шт. Нью-Джерси). Она действовала на основе принципа коммутации с пространственным разделением каналов; все изменения видов обслуживания и других характеристик коммутации производились путем программных, а не аппаратных изменений.

Линии цифровой передачи мультиплексированных речевых сигналов начали действовать в 1962 в Чикаго. Такая передача требует преобразования аналоговых по своей природе звуков речи в цифровой сигнал методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Непрерывно меняющаяся интенсивность звука определенной частоты заменяется тысячами ее отдельных значений в секунду. Каждое дискретное значение (для основной телефонной полосы частот 4000 Гц их 8000 в секунду) преобразуется в 8-разрядный двоичный код, что дает стандартный цифровой речевой сигнал с частотой следования 64 Кбит/с. Однако для коммутации этот цифровой сигнал приходится преобразовывать в аналоговый.

Первая цифровая электронная АТС, введенная в действие в 1982 в Сенеке (шт. Иллинойс), допускала прямое подключение оптических кабелей к абонентскому комплекту без предварительного фотонно-электронного преобразования сигнала. Такая цифровая АТС модели 5ESS стала в настоящее время одной из самых распространенных в мире. Подобные АТС обслуживают уже около 60 млн. линий. В некоторых странах они используются в качестве станций сопряжения с международными сетями.

Эффективность ИКМ-преобразования повышается компандированием – сжатием динамического диапазона сигнала при передаче и расширением при приеме. В разных странах применяются два несовместимых друг с другом метода ИКМ-компандирования. В США, Канаде и немногих других странах используется закон компандирования с мю-характеристикой, тогда как в остальных странах мира – с A-характеристикой. По международной договоренности страны с мю-законом осуществляют преобразование кода, или транскодирование, мю-A.

Введение новых иерархий волоконно-оптических сетей в странах с мю- и A-законами компандирования вносит дополнительные усложнения. Различия уже имеются в цифровых иерархиях проводных сетей Северной Америки, Европы и Азии. Японская цифровая система представляет собой вариант североамериканского стандарта. Остальные страны мира пользуются стандартами, разработанными Конференцией европейских управлений почты и телефонно-телеграфной связи (CEPT).