Перечень условных сокращений 75 Использованная литература 82 вступление

Электронная цифровая система коммутации 5ESS, разработанная фирмой АТ&Т, является универсальной по возможностями использования. В Украине она применяется довольно широко и следует ожидать дальнейшего ее внедрения на местных телефонных сетях и, возможно, на сотовых сетях мобильной связи в стандартах GSM-900, DCS-1800 и CDMA-IS-95.

В учебном пособии изложена архитектура системы, ее главные технические характеристики, принципы построения и функционирования оборудования, особенности программного обеспечения, процедуры установления телефонных соединений и соединений абонентов ISDN, принципы использования на сетях электросвязи и основы проектирования.

Учитывая англоязычность системной документации и других информационных источников, в тексте пособия приведенные основные английские термины, которые касаются системы 5ESS, и расшифрованы все использованные английские аббревиатуры.

Пособие рекомендуется для изучения принципов построения и проектирование современных цифровых систем коммутации и сетей электросвязи и для выполнения курсовых и дипломных проектов соответствующей тематики. Оно предназначено для студентов, которые учатся по специальности “Автоматическая электросвязь”, но может быть полезной и студентам специальностей “Многоканальная электросвязь”, “Радиосвязь, радиовещание и телевидение”, а также специалистам эксплуатационных и проектных организаций.

Автор считает обязанностью высказать признательность фирме Lucent Technologies за любезно предоставленные материалы относительно последней версии системы 5ESS.

1. Общая характеристика системы 5ess

1.1. Общая архитектура и основные технические параметры системы

Электронная цифровая система коммутации 5ESS, разработанная фирмой АТ&Т, имеет гибкую распределенную структуру оборудования и программного обеспечения (ПО) и является универсальной по возможностям использования на существующих и перспективных сетях связи. Архитектура 5ESS (рис. 1.1) базируется на трех главных элементах: коммутационных модулях SM (Switching Modules), модуле связи СМ (Communication Module) и модуле управления и эксплуатации АМ (Administrative Module).

Коммутационный модуль SM  основная единица наращения емкости системы. Только к SM подключаются абонентские (АЛ) и внешние относительно 5ESS соединительные линии (СЛ) и SM выполняет большинство функций по обслуживанию создаваемых ими вызовов, обеспечивая как коммутацию каналов, так, в случае необходимости, и коммутацию пакетов. Внутренняя нагрузка замыкается в SM, а соединения между АЛ и СЛ, включенными в разные SM, устанавливаются через модуль связи СМ по внутрисистемным волоконно-оптическим линиям связи, управления и синхронизации, так называемых линиях NCT (Network, Control and Timing links). Между СМ и любым SM четыре двуволоконные линии NCT (две резервные) со скоростью передачи информации 32,768 Мбит/с на каждой, что отвечает 256 16-разрядным двусторонним канальным интервалам (КИ  time slot). Модуль SM коммутирует максимум 512512 временных каналов, а между SM и СМ  512 основных и 512 резервных каналов. Новая модификация модуля (SM-2000) имеет пространственно-временной коммутатор на 1228812288 КИ (планируется 3072030720КИ) и позволяет использовать как 256, так и 512-канальные линии NCT.

Укажем, что использование оптических внутрисистемных соединений существенно уменьшает потребность в кабельной продукции и упрощает заземление оборудования, поскольку исчезает влияние разности потенциалов заземлений. И вдобавок оптические кабели не создают электрического шума и являются нечуствительными к возможным электромагнитным воздействиям. Благодаря этому допустимые расстояния между SM и СМ достигают 300 м.

Модуль SM (но не SM-2000) может находиться и вне помещения опорного оборудования (ОпО) системы. Такой выносной коммутационный модуль (RSM  Remote SM) может иметь прямые связи с другими RSM и в сети связи фактически выполняет все функции самостоятельной АТС. В сторону опорного оборудования (Host) RSM имеет до 16 стандартных 32-канальных линейных трактов ИКМ со скоростью передачи 2048 кбит/с (ЛТ 2048), организованных в любой среде распространения (медные, коаксиальные или волоконно-оптические кабели, радио-релейные или спутниковые линии связи). Эти тракты включаются в локальный SM (или SM-2000) опорного оборудования. При оптических линиях длиной до 300 м RSM непосредственно соединяется с модулем связи СМ.

До четырех RSM могут объединяться в многомодульный выносной коммутационный модуль MMRSM (MultiModule RSM). Для этого в каждом RSM из линейных трактов, имеющихся на стороне опорного оборудования системы, несколько ЛТ используются под внутригрупповые межмодульные связи (не меньше двух ЛТ между каждой парой RSM).

Абонентские линии двухпроводные, с допустимым сопротивлением шлейфа (с учетом ТА) до 2 кОм. Они непосредственно включаются в интегральные блоки абонентских линий ISLU¹ (Integrated Services Line Unit) или в интерфейсные блоки доступа AIU (Access Interface Unit), которые входят в состав SM. Эти блоки могут быть и выносными (RISLU  Remote ISLU, RAIU  Remote AIU), размещаемыми в местах концентрации абонентов. Замыкание внутренней нагрузки в них не предусмотрено. Между RISLU и SM (RSM) создается от 4 до 24 ЛТ 2048 Кбит/с в любой среде распространения. От ISLU (RISLU) с помощью трактов 2048 Кбит/с возможно дополнительное вынесение группового оборудования 32 или 64 аналоговых или цифровых АЛ, так называемой выносной абонентской группы RLG (Remote Line Group). Допустимые расстояния между RISLU и SM (RSM) и между RSM и опорной станцией – до 160 км.

В каждый ISLU2 включается до 2048 индивидуальных аналоговых (ААЛ) или до 1024 цифровых АЛ (ЦАЛ). Возможно произвольное соотношение ААЛ и ЦАЛ с учетом кратности абонентских плат (8 ЦАЛ, 16 ААЛ)². Для аналоговых АЛ выполняются функции BORSCHT, для цифровых предоставляется основной доступ (BRA  basic rate access) к цифровой сети с интеграцией служб (ЦСИС)³, то есть каналы 2B+D₁₆ (264+16=144 Кбит/с). Функции блоков АІU такие же, как ISLU, но благодаря новой технологии емкость абонентских плат увеличена до 32 ААЛ или 12 ЦАЛ и поэтому общая емкость блока достигает 3584 ААЛ или 1440 ЦАЛ.

В SM может быть до 8 ISLU (AIU) или RISLU (RAIU), но при этом общее количество АЛ для SM не должна превышать 5120 аналоговых или 2048 цифровых. В целом SM имеет шестнадцать 32-канальных групповых трактов для подключения ISLU (AIU), RISLU (RAIU) и внешних цифровых СЛ. Поскольку пропускная способность модуля ограничена величиной 450 Эрл, то реально допустимое количество АЛ и СЛ значительно меньше предельных значений и определяется при проектировании в зависимости от конкретных условий и прогнозируемых интенсивностей нагрузок. Реальная емкость SM (RSM) составляет 2000…4000АЛ, а емкость четырехмодульного MMRSM не превышает 14000 АЛ. Для SM-2000 допустимая емкость возрастает более, чем вдесятеро и составляет, в зависимости от конкретных условий, от пятнадцати до пятидесяти тысяч АЛ.

Модуль связи СМ с помощью блока пространственной коммутации TMS и коммутатора сообщений MSGS соответственно обеспечивает коммутацию каналов между SM и коммутацию пакетов для обмена управляющими сообщениями между процессорами SM или SM и АМ. В зависимости от количества установленного оборудования модуля связи СМ можно иметь от 30 до 190 SM или от 32 до 192 коммутационных модулей в комбинации SM и RSM (с не менее, чем двумя RSM)⁴ .

В максимальной комплектации система 5ESS позволяет обслуживать до 350000 АЛ при отсутствии внешних СЛ или до 90000 СЛ (каналов) при отсутствии абонентов. Реальные предельные емкость и количество СЛ зависят от конкретных условий работы системы в сети связи и ограничиваются его максимальной пропускной способностью 45000 Эрл и 1,5 миллионов вызовов в час наибольшей нагрузки (ЧНН). До 2000 года планируется доведение потенциальной емкости 5ESS до 750000 АЛ или 256000 СЛ (каналов). Для небольших сетей емкостью до 25000 АЛ предусмотрен упрощенный вариант системы с опорным оборудованием типа VCDX (Very Compact Digital eXchange – компактная цифровая станция), созданным на базе одного SM-2000 без модулей СМ и АМ.

Распределенное программное управление обеспечивается мощными 32-разрядными микропроцессорами. Функции управления, которые экономично централизовать, выполняет модуль управления и эксплуатации АМ. Он выбирает пути соединений в модуле СМ, распределяет общие ресурсы системы, сохраняет полное программное обеспечение и общие системные данные, собирает, сохраняет и обрабатывает разнообразную статистическую информацию (в частности, аварийные и тарификационные данные), автоматически диагностирует и реконфигурирует оборудование и предоставляет административному и эксплуатационному персоналу доступ к системе.

В составе программного обеспечения (ПО) есть много программ диагностирования и измерений, которые существенно облегчают эксплуатацию системы. С их помощью автоматически обнаруживается большинство возникающих повреждений, восстанавливается трудоспособность оборудования путем его реконфигурирования, диагностируются неисправные устройства и о результатах этих действий информируется станционный персонал. В распоряжении персонала имеются разнообразные устройства ввода и сохранения информации, которые подключаются к модулю АМ: накопители на магнитной ленте (НМЛ) и на жестких магнитных дисках (НМД), принтеры и видеотерминалы с клавиатурой для введения руководящих директив и данных. На их основе создается главный центр управления системой МСС (Master Control Center), который может находиться в помещении опорной станции или быть выносным. Компьютер МСС, в отличие от видеотерминалов рабочих мест персонала, имеет непосредственный доступ к главному процессору модуля АМ, что в аварийных ситуациях позволяет непосредственно руководить работой системы.

Высокая надежность функционирования 5ESS обеспечивается как развитым ПО, которое выполняет указанные функции, так и дублированием тех узлов и устройств, отказ которых влияет на свыше 32 АЛ или СЛ. Полностью дублирована система коммутации, управления и синхронизации, причем используется режим “горячего резерва”. В некоторых случаях надежность обеспечивается наличием избыточного оборудования. В целом гарантируется, что при нормальных условиях эксплуатации (температура 0...45С, относительная влажность 10…75%) общий простой системы вследствие отказов оборудования и ПО не превысит два часа за 40 лет работы. Для отдельной АЛ продолжительность отсутствия обслуживания вследствие системных неполадок в среднем не более 28 минут за год. Вероятность случайного соединения меньше, чем 210^-5 в любом минутном интервале.

В случае необходимости ЦСК оборудуется многофункциональной системой технического обслуживания MFOS (MultiFunction Operations System), которая представляет собой комплекс оборудования (специализированные по функциям компьютеры и видеотерминалы рабочих мест персонала, средства акустической и визуальной аварийной сигнализации, принтеры, накопители на магнитных дисках и ленте, модемы для подключения удаленных терминалов), соединенного локальной сетью передачи данных. На базе MFOS создается центр технической эксплуатации OMC (Operations & Maintenance Center), который выполняет функции технического обслуживания, эксплуатации и административного управления (OA&M – Operations, Administration & Maintenance functions) всеми имеющимися на национальной сети системами 5ESS. Модули АМ обслуживаемых ЦСК соединяются с MFOS дискретным каналом со стыком Х.25. Любая из этих ЦСК может функционировать без постоянного присутствия персонала – тогда в случае необходимости (повреждение и т.п.) MFOS автоматически вызовет персонал в нужное место с помощью средств электронной почты и пейджинговой связи.

Универсальность 5ESS, с точки зрения использования на сетях связи, обеспечивается:

• модульной архитектурой оборудования и ПО;

• широким диапазоном емкостей  от нескольких сотен до почти 300000 АЛ;

• широкой номенклатурой услуг, предоставляемых абонентам – как традиционно телефонных, так и услуг ЦСИС;

• возможностями коммутации каналов и пакетов и квазиширокополосной коммутации 32-канальных трактов;

• возможностью непосредственного доступа к транспортной сети на уровне синхронного транспортного модуля STM₁ (Synchronous Transport Module), то есть на скорости 155 Мбит/с⁵ ;

• способностью образовывать сотовую сеть подвижной радиотелефонной связи в стандартах GSM-900, DCS-1800 и CDMA-IS-95;

• наличием разнообразных способов межстанционного взаимодействия, в частности многочастотного кода “два из шести”, системы сигнализации R2D, декадного кода, общих каналов сигнализации ОКС № 7.

Универсальность 5ESS позволяет применять ее оборудование в качестве: опорной (ОПС), транзитной (ТС) или опорно-транзитной (ОПТС) станции городской телефонной сети (ГТС); междугородной или международной АТС; центра коммутации сотовой сети радиотелефонной связи с подвижными объектами; а также “шлюзовой” (gateway) станции для взаимодействия с разными специализированными сетями  передачи данных с коммутацией каналов или пакетов, локальными вычислительными и другими. На базе 5ESS возможное создание интегральной (ISDN), а также интеллектуальной сети связи IN (Іntelligent Network). Возможное любое сочетание указанных применений системы. В случае необходимости легко получаются обходные направления связи (разрешено до 15 обходов). Благодаря выносному оборудованию (RLG, RISLU, RAIU, RSM, MMRSM) зона обслуживания 5ESS и все ее возможности могут быть распространены на пригородные и обслуживаемые городской сетью близлежащие сельские районы.⁶ Фирма Lucent Technologies планирует расширить возможности 5ESS для приспособления к условиям отечественных телефонных сетей сельских административных районов (ТССАР), в частности, предусмотреть линейную сигнализацию временным кодом и стыки с малоканальными системами передачи и станциями К-50/200, которые составляют большинство на таких сетях.