-
Коммутационные станции.
1.1. Виды и структуры сетей связи.
Цифровая сеть связи является средством информационного обмена между оконечными устройствами, являющимися источниками и приемниками информации. Следует различать исходную форму сообщения, в которой оно представлено в источнике или приемнике информации, и форму, в которой оно представлено для передачи. Исходными сообщениями могут быть: речь, музыка, неподвижное изображение, подвижное изображение, текст, данные.
Носителем сообщения является электрический сигнал, представленный в зависимости от вида сообщения в аналоговой или цифровой форме. Цифровая сеть связи способна передавать только цифровые сигналы, в связи с чем блоки кодирования должны преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые.
С точки зрения теории информации в силу конечной длины знака можно рассматривать цифровую сеть как сеть, пригодную только для переноса сообщений с конечным запасом знаков. При подключении источников с бесконечным запасом знаков (аналоговых источников) необходимо учитывать потери информации, проявляемые в виде шума квантования.
Понятие "вид связи" охватывает возможности, предоставляемые данной группе абонентов с учетом процессов формирования и обработки сообщения и обслуживания
технических систем, а также виды услуг, обеспечивающие абоненту комфорт при использовании технических средств связи. Абонентами могут являться как люди, так и технические системы, способные принимать, запоминать и обрабатывать сообщения. В связи с этим имеется три типа коммуникационных отношений: "человек - человек", "человек - машина" и "машина - машина".
В случае связи "человек - человек" обмен информации осуществляется в акустической или визуальной форме. Речевой сигнал на стороне источника преобразуется с помощью электроакустического преобразователя в электрический сигнал, который передаётся по сети связи и на стороне приёма преобразуется в исходную акустическую форму. Если сообщение представлено в письменной форме или в виде изображения, то его можно преобразовать с помощью клавиатуры или блока считывания и затем передать в сеть связи. В месте приема это сообщение можно либо непосредственно воспринимать визуально путем вывода на дисплей, либо записать на бумажном носителе.
В случае связи "человек - машина" возникает проблема преобразования сообщения для ввода в машину, а при выводе из машины оно должно быть приведено к виду, пригодному для восприятия человеком. В качестве устройств ввода используются алфавитно-цифровые клавиатуры. Возможен также ввод информации в акустической форме. Вывод сообщения осуществляется с помощью телетайпа, печатающего устройства, дисплея или в акустической форме.
В случае связи "машина - машина" переходим в область телеобработки данных. Необходимо согласовать большое число документов (протоколов), чтобы обеспечить надежную передачу сообщений и привести их в соответствие с процессами обработки и аппаратными особенностями машин.
Сеть разветвлённой структуры. Характерным для сети разветвленной структуры является то, что каждый узел соединен с ограниченным числом соседних узлов. Благодаря этому можно получить высокую концентрацию потоков информации на отдельных направлениях, что даёт экономию пучков соединительных линий. Однако это преимущество компенсируется сильным воздействием помех на всю сеть. В большинстве случаев в разветвленной сети узлы расположены иерархически на нескольких уровнях (например, сети лучевой и звездообразной структуры).
Сеть линейной структуры. В сети линейной или последовательной структуры узлы или оконечные станции расположены вдоль одной линии (рис.1). Для связи n точек сети (включая обе оконечные точки) требуется (n-1) пучков линий. Преимуществом такой структуры является сравнительно малое число пучков линий. Недостаток в данном случае заключается в том, что при выходе из строя одного узла или одного пучка линий исчезает возможность связи между всеми пунктами сети. Линейная структура находит применение в сетях передачи данных, а также небольших сетях учрежденческих станций или при наличии аппаратуры коллективного пользования.
Рис 1.1. Линейная или последовательная структура сети
Сеть звездообразной структуры. Отличительным признаком сети звездообразной (радиальной) структуры является наличие центрального узла, обеспечивающего коммутацию, к которому звездообразно подключены остальные узлы и оконечные устройства (рис 1.2). Для n узлов необходимо иметь (n-1) пучков линий. Преимущество звездообразной структуры заключается в незначительном числе необходимых пучков соединительных линий. Кроме этого, расчет сетей такой структуры сравнительно прост. Недостаток этой структуры заключается в том, что все соединения между двумя любыми узлами обязательно должны проходить через центральный узел. При выходе из строя одного пучка соединительных линий прерывается связь только с этим периферийным узлом. Однако если выходит из строя центральный узел, то это приводит к выходу из строя всей сети. Звездообразная структура используется в абонентских сетях без станционных выносов.
Рис 1.2. Звездообразная и лучевая структура сети.
Сеть лучевой структуры. Лучевая структура сети аналогична звездообразной, но имеет несколько иерархических уровней. Центральные узлы отдельных сетей звездообразной структуры соединяются с центральными узлами более высокого уровня, снова образуя сеть звездообразной структуры, и т.д. (рис 1.2). Для n точек требуется (n-1) пучков соединительных линий. Преимущества и недостатки лучевой структуры сети те же, что и для звездообразной. Лучевая структура находит применение в абонентской сети при наличии станционных выносов (концентраторов) и в иерархической сети. Примером этого является местная телефонная сеть, имеющая выход на междугородную сеть, построенная по лучевой структуре вплоть до центральной автоматической станции.
Сеть петлевой структуры. В петлевой структуре обеспечивается связь по принципу "каждый с каждым" всех узлов сети (рис 1.3). Такая сеть с n узлами требует при односторонних (входящих и исходящих) линиях n(n-1) пучков соединительных линий, а при использовании двусторонних линий n(n-1)/2 таких пучков. Если выйдет из строя узел, то это повлияет лишь на связь, для которой данный узел является источником или приемником информации. При выходе из строя пучка соединительных линий связь может осуществляться через другие узлы и пучки соединительных линий, т.е. по предусмотренным обходным направлениям. Недостаток сети этой структуры заключается в большом числе пучков (для обширной сети), причем некоторые из этих пучков часто бывают незначительно загружены. Если возникает необходимость подключения еще одного узла, то необходимо вновь прокладывать для него пучки ко всем остальным уже функционирующим узлам.
Петлевая структура используется во
всех сетях с высоким трафиком каждого
узла. Так, в междугородной сети все
центральные автоматические междугородные
станции соединены между собой по петлевой
структуре.
Рис 1. 3. Петлевая структура сети.
Рис 1.4. Кольцевая структура сети.
Сеть кольцевой структуры. В сети кольцевой структуры узлы и оконечные станции связаны между собой по замкнутому кольцу (рис 1.4). при наличии нескольких колец любой узел может быть также и точкой сопряжения для двух или более таких колец. Для сети простейшей кольцевой структуры с n узлами требуется n пучков соединительных линий. Капитальные вложения для создания кольцевой структуры относительно не велики, но если выходит из строя пучок соединительных линий или узел сети, то остальная сеть при кольцевой структуре функционировать не может. В большой сети время распространения сигналов довольно велико. Кроме того, стоимость организации транзитной связи, выходящей за пределы кольца (для большой сети), высока.
Кольцевая структура применяется в некоторых сетях передачи данных, а также в местных сетях при использовании децентрализованной цифровой коммутации. Связь местных сетей с другими сетями более высокого уровня осуществляется обычно через один выбранный для этого узел кольца.
Сеть решетчатой структуры. В сети решетчатой структуры из каждого узла выходят звездообразно несколько (например, 12) пучков соединительных линий (рис 1.5). Ее преимущество заключается в наличии нескольких возможностей для связи каждого узла с любым другим и достигаемой благодаря этому большой помехоустойчивости. Недостатком является прежде всего низкая экономичность сети из-за наличия большого числа пучков малой емкости.
Рис 1.5. Решетчатая структура сети.
Решетчатая структура может использоваться только в большой сети с высоким трафиком между ее узлами, причем расчет пучков линий в соответствии с распределением нагрузки по направлениям значительно затруднен. Из-за большого числа промежуточных узлов в трактах большой протяженности возникают проблемы,. связанные с большим временем распространения информации.
Сеть сотовой структуры. В сети сотовой структуры любой узел, за исключением крайних узлов, принадлежит одновременно трем различным кольцевым участкам сети. Таким образом, из любого узла звездообразно выходят три (для крайнего – два) пучка соединительных линий (рис 1.6). Эта сеть обладает хорошей помехоустойчивостью, так как имеется несколько путей для соединений каждого узла сети с другими. При соединении двух удаленных друг от друга узлов связь проходит через несколько промежуточных узлов. В результате этого возрастает загрузка узлов транзитной связью. Кроме того, при установлении связи и поиске тракта возникают задержки.
Сеть симметричной структуры. В
сети симметричной структуры все узлы
имеют одинаковый ранг и расположены на
одном уровне (рис 1.6)
Связь между двумя узлами можно установить либо непосредственно, либо через несколько промежуточных узлов. Выбор тракта с учетом времени распространения и экономических показателей в каждом случае ограничен небольшим числом вариантов.
Прямые пучки соединительных линий между двумя узлами прокладываются только при высокой степени тяготения между этими узлами. Симметричная структура сети является вариантом петлевой структуры. Основные преимущества рассматриваемой сети – хорошая помехоустойчивость и возможности осуществления альтернативного выбора путей установления связи. Проектирование и расчет пучков соединительных линий в сети такой структуры затруднены, в особенности для больших сетей.
Комбинированная структура сети. Комбинированная структура сети может быть образована путем объединения петлевой и разветвленной структур (риc1.7).
Рис 1.7. Комбинированная структура сети.
Преимущество комбинированной сети заключается в том, что прямыми пучками можно связать узлы, между которыми имеет место наиболее интенсивный трафик, а для остальных направлений нагрузка предварительно концентрируется на центральном узле, а затем передается по общему пучку. Таким образом, осуществляется согласование структуры сети с тяготением нагрузки по направлениям.
Однако сложность сети комбинированной структуры затрудняет расчеты емкостей пучков соединительных линий и коммутационного оборудования в зависимости от распределения нагрузки.
Примерами использования комбинированной структуры сети являются местные (при наличии большого числа коммутационных станций на одной сети) и междугородные сети.
1.2. Перспективы развития средств связи.
В историческом развитии сетей и услуг связи можно выделить четыре основных этапа (рис.1). Каждый этап имеет свою логику развития, взаимосвязь с предыдущими и последующими этапами. Кроме того, каждый этап зависит от уровня развития экономики и национальных особенностей отдельного государства.
Рис 1.8
Этапы развития сетей и услуг связи.
Первый этап – построение телефонной сети общего пользования PSTN (Public Switched Telephone Network). Телефонная сеть является самой протяженной, разветвленной и доступной сетью электросвязи. В течение длительного времени каждое государство создавало свою национальную аналоговую телефонную сеть общего пользования (ТфОП). Телефонная связь предоставлялась населению, учреждениям, предприятиям и отождествлялась с единственной услугой – передачей речевых сообщений. Оконечным устройством телефонной сети был телефонный аппарат, а компьютер выполнял только вычислительные функции. Затем длительное время процесс развития шёл по пути использования телефонных сетей общего пользования для передачи сигналов от ЭВМ и по телефонным сетям с помощью модемов стала осуществляться передача данных. Когда обмен информацией от ЭВМ достиг значительной величины, стало целесообразным создание телекоммуникационных сетей, представляющих собой совокупность средств электросвязи для доставки информации удаленным абонентам (пользователям) и средств хранения и обработки подлежащей передаче информации. Указанная совокупность включает также программные средства, обеспечивающие пользователям предоставление услуг одного или нескольких видов: обмен речевыми сообщениями (в том числе и традиционная телефонная связь), данными, файлами, факсимильными сообщениями, видиосигналами, доступ к всевозможным базам данных и т.д. Тем не менее, даже в настоящее время телефон остаётся основной услугой связи, принося эксплуатационным организациям более 80% доходов. Монтированная емкость отечественной телефонной сети общего пользования превышает 27 млн. номеров (планируется до 40-45 млн.), всего в мире насчитывается свыше 800 млн. телефонных аппаратов.
Второй этап – цифровизация телефонной сети. Для повышения качества услуг связи, увеличения их числа, повышения автоматизации управления и технологичности оборудования, промышленно развитые страны в начале 70-х годов начали работы по цифровизации первичных и вторичных сетей связи. Были созданы интегральные цифровые сети IDN (Integrated Digital Network), предоставляющие также в основном услуги телефонной связи на базе цифровых систем коммутации и передачи. В настоящее время во многих странах цифровизация телефонных сетей практически закончилась.
Третий этап – интеграция услуг. Цифровизация сетей связи позволила не только повысить качество услуг, но и перейти к увеличению их числа на основе интеграции. Так появилась концепция цифровой сети с интеграцией служб ISDN (Integrated Service Digital Network). Пользователю этой сети предоставляется базовый доступ (2B+D), по которому информация передаётся по трём цифровым каналам: два канала В со скоростью передачи 64 Кбит/с и канал D со скоростью 16 Кбит/с. Каналы В используются для передачи речевых сообщений и данных, канал D – для сигнализации и для передачи данных в режиме пакетной коммутации. Для пользователя с большими потребностями может быть предоставлен первичный доступ, содержащий (30B+D) каналов. Концепция ISDN стремительно завоевывыет рынок телекоммуникаций, но оборудование ISDN достаточно дорого, кроме того перечень услуг ISDN превышает потребности массового пользователя. Именно поэтому интеграция услуг начинает заменяться концепцией интеллектуальной сети.
Четвертый этап - интеллектуальная сеть IN (Intelligent Network). Эта сеть предназначена для быстрого, эффективного и экономичного представления информационных услуг массовому пользователю. Необходимая услуга предоставляется пользователю тогда, когда она ему требуется и в тот момент времени, когда она ему нужна. Соответственно и платить он будет за предоставленную услугу в течение этого интервала времени. Таким образом, быстрота и эффективность предоставления услуги позволяют обеспечить и её экономичность, так как пользователь будет использовать канал связи значительно меньшее время, что позволит ему уменьшить затраты. В этом заключается принципиальное отличие интеллектуальной сети от предшествующих сетей – в гибкости и экономичности предоставления услуг.
Состояние российской телефонной сети не удовлетворяет современным требованиям. Половина АТС на ТфОП уже отработали свои амортизационные сроки и требуют обновления. Поэтому развитие телекоммуникационных сетей и служб связано с переоборудованием АТС. По планам развития ТфОП в ближайшее время предполагается ввод в эксплуатацию значительной номерной емкости за счет установки новых электронных (цифровых) коммутационных станций и замены устаревших АТС декадно-шаговой и координатной систем. На телефонных сетях при этом сохраняется также аналоговое коммутационное и каналообразующее оборудование. Представителем АТС нового поколения и является коммутационная станция КСМ-400 производсва ОАО “Морион”.