18.1. Пути перехода к узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания

Общие положения. Основным направлением развития средств электросвязи в последнее десятилетие является завершение опыт-ной и начало коммерческой эксплуатации узкополосных сетей инте-грального обслуживания (У-ЦСИО), начало разработки международ-ными организациями концепции широкополосной ЦСИО (Ш-ЦСИО), разработка методов и средств коммутации, обеспечивающих высокую производительность узлов коммутации, а также средств высокоскоро-стной передачи сообщений.

Пользователи сетей электросвязи предъявляют повышенные тре-бования к составу и качеству услуг. Современная сеть электросвязи должна обеспечивать доступ пользователей к множеству служб: ре-чевой, данных, текста, изображений, телеконференций, выход к ба-зам данных сетей ЭВМ, выход пользователей частных локальных се-тей к абонентам сетей общего пользования и др. В 1990-1992 годах практически все экономически развитые страны мира приступили к коммерческой эксплуатации узкополосных ЦСИО. Большое количест-во публикаций, посвященных ЦСИО (во многих отечественных публи-кациях используется синоним этого наименования - цифровая сеть с интеграцией служб - ЦСИС), показывает, что начало 90-х годов XX в. проходило под знаком перехода к широкополосным ЦСИО. Ш-ЦСИО позволяет достичь еще более высокого использования ресурсов сети, чем в У-ЦСИО. Страны с разным экономическим потенциалом будут, по-видимому, идти разными путями к созданию Ш-ЦСИО, решая за-дачи повышения эффективности использования сетевых ресурсов путем применения асинхронного способа передачи (Asynchronous Transfer mode, ATM) и быстрой коммутации пакетов (БКП) [1, 2, 8, 9]. В настоящей главе рассматриваются свойства, структура и особенно-сти У-ЦСИО, пути перехода от аналоговых сетей к цифровым, службы

и услуги, система управления У-ЦСИО, способы и средства доступа пользователей к сети.

Понятие интеграции в ЦСИО. Цифровая сеть интегрального об-служивания - результат эволюции сетей передачи данных и инте-гральной цифровой сети связи (ИЦСС). Хотя ИЦСС в 70-е годы XX в. и называлась интегральной, в ней были реализованы лишь первых два шага интеграции (объединения):

- интеграция элементной базы средств управления и коммутации (использование однотипных электронных компонентов);

- интеграция способов разделения каналов в коммутационном и каналообразующем оборудовании.

В такой сети информация пользователей передавалась в цифро-вой форме только по цифровым трактам между станциями и узлами и в коммутационном поле, в то время как абонентские линии остава-лись аналоговыми.

Цифровой сетью называют сеть электросвязи, в которой инфор-мация передается (по абонентским и соединительным линиям) и ком-мутируется (на станциях и узлах) в цифровой форме. Цифровой сетью интегрального обслуживания называют такую цифровую сеть, которая поддерживает множество служб электросвязи.

Под интеграцией обслуживания (служб) понимают объединение нескольких служб (речи, данных, изображений и др.), поддерживае-мых одной сетью. Понятия: интегральная цифровая сеть связи (ИЦСС) и цифровая сеть интегрального обслуживания имеют много общего, но не совпадают. Такие различия в названии сетей, каждая из которых поддерживает несколько служб, вызваны их особенностя-ми. Так, в ИЦСС объединяющими (интегрирующими) являются вре-менное разделение каналов в каналообразующем и коммутационном оборудовании и элементная база коммутации и управления, а в У-ЦСИО, кроме этого, происходит интеграция способов коммутации (ком-мутации каналов и пакетов) и ряда служб, поддерживавшихся ранее другими сетями.

Особенности ЦСИО. Рассмотрим особенности ЦСИО, отлича-ющие ее от других сетей.

Основными свойствами ЦСИО являются [3]:

а) возможность передачи информации в цифровой форме от одно-го терминала (Т) до другого;

б) предоставление широкого спектра услуг (видов сервиса), вклю-чающего передачу речевой и неречевой информации;

в) возможность подключения разнообразных терминалов к сети с помощью многоцелевых стандартных согласующих устройств (интерфейсов) «пользователь-сеть»;

г) обеспечение централизованной сигнализации (по общему каналу) с высокой скоростью и верностью;

Рис. 18.1. Структурный состав ЦСИО

д) обеспечение любого из требуемых способов коммутации: ка-налов или пакетов;

е) обеспечение цифрового транспортного соединения между тер-миналами оконечных абонентских пунктов;

ж) предоставление пользователям доступа к большому числу ре-чевых и неречевых служб через общую абонентскую линию;

з) предоставление пользователям доступа к сети через небольшое число стандартных многоцелевых интерфейсов.

В состав У-ЦСИО должны входить три вида специализированных сетей (рис. 18.1): сеть с коммутацией каналов (КК), сеть с коммутаци-ей пакетов (КП), сеть сигнализации (СС).

Концепция ЦСИО детально определена в рекомендациях серии / международного союза электросвязи МСЭ-Т (ITU-T). У-ЦСИО поддер-живает множество служб, а именно: службу телефонной связи, теле-кса, факсимильной связи, телетекста, телефакса, бюрофакса, теле-конференций, передачи данных (ПД) с КК, ПД с КП и др.

Под службой электросвязи (service или telecommunication service) понимают совокупность аппаратных и программных средств, термина-лов, линий и каналов, используемых администрацией сети электросвя-зи для предоставления услуг пользователям.

Сеть электросвязи как совокупность технических средств и служб предоставляет услуги абонентам. Отличие понятий сетей и служб (услуг) видно хотя бы из того, что служба передачи данных родилась, не имея своей сети. Для передачи данных использовались неком-мутируемые каналы, телефонная сеть и сеть телекс. Позже начали создавать специализированные сети ПД для достижения более высокого качества ПД. На рис. 18.2 показаны примеры использова-ния различных сетей для различных служб.

Различают три условия интеграции цифровых сетей:

1) элементной базы (использование однотипных компонентов в аппаратных средствах управления, коммутации и каналообразования);

2)способов разделения каналов (временное разделение) в коммутационном и каналообразующем оборудовании;

3) служб (видов) электросвязи.

Рис. 18.2. Виды служб и поддерживающих их сетей

Требования, предъявляемые к ЦСИО. Цифровая сеть интегрального обслуживания должна обеспечивать следующие требования:

1. Установление связи различных служб к одному абоненту по од-ной абонентской линии, имеющей один номер.

2. В перспективе передачу любого вида информации (представ-ленной изначально в аналоговой или дискретной форме) с помощью одного многофункционального терминала.

3. Возможность одновременно передавать информацию различ-ных видов.

4. Снижение тарифов за услуги электросвязи.

5. Повышение качества передачи информации (по сравнению с ка-чеством передачи на существующих сетях).

6. Более эффективное использование каналов и линий сети.

7. Возможность передачи информации с помощью стартстопных, синхронных и пакетных установок.

8. Установление соединения для передачи данных (в режиме ком-мутации каналов) не более чем за 1 с.

9. Доставку сообщения не более чем за 10 мс.

10. Разъединение соединения не более чем за 10 мс.

11. Коэффициент ошибок не должен превышать 10"⁶.

12. Предоставление по требованию пользователя широкого круга дополнительных видов обслуживания (ДВО), например, прямой вы-зов, многоадресный вызов и др.

13. Абоненту должны передаваться любые необходимые сигналы, оповещающие его о фазе соединения или об отклонении процессов установления соединения от нормы.

14. Возможность расширения обслуживания на подвижные объекты.

15. Возможность расширения служб и ввода новых видов ин-формации.

Узкополосные ЦСИО, обладающие перечисленными свойствами, имеют следующие достоинства:

1. Высокая скорость передачи информации (до 64 Кбит/с) для большинства служб нетелефонного типа.

2. Предоставление абонентам возможности пользоваться много-функциональным терминалом, подключенным к одной линии и име-ющим один номер для входящего вызова.

3. Более низкий тариф оплаты за передачу данных.

4. Возможность передачи информации в цифровой форме между двумя абонентскими пунктами (терминалами).

5. Наличие общеканальной системы сигнализации № 7 с комму-тацией пакетов, обеспечивающей эффективное использование средств связи.

6. Возможность выбора одного из способов коммутации (КК или КП) на станциях ЦСИО.

Рис. 18.3. Группы рекомендаций ITU-T, относящихся к ЦСИО

7. Совместимость с существующими сетями.

8. Приспособленность терминалов для передачи информации раз-личными способами.

Стандарты в области ЦСИО определяются рекомендациями МСЭ-Т серии I. Группы рекомендаций и относящиеся к ним элементы показа-ны на рис. 18.3. Общие принципы построения ЦСИО, концепция, тер-минология описаны в рекомендациях группы 1.100. Службы, поддер-живаемые ЦСИО, описаны в рекомендациях группы I.200. Необходи-мо отметить важность изучения аспектов, связанных со службами и услугами в ЦСИО, так как все своеобразие таких сетей заключено в поддержке многообразных служб, базировавшихся ранее на других се-тях, В группе рекомендаций, начиная с I.300 изложены принципы адре-сации, нумерации, маршрутизации в процессе установления соедине-ний, функциональные характеристики сети, эталонная модель протоколов. Требования к интерфейсу «пользователь-сеть» изложены в ре-комендациях группы I.400, а к межсетевому интерфейсу - в рекомен-дациях группы I.500. Требования к системе управления У-ЦСИО и к технической эксплуатации приведены в рекомендациях группы I.600.

Структура и функции У-ЦСИО. Первые проекты цифровой теле-фонной сети, названной тогда ИЦСС, были начаты в середине 60-х годов XX в. Тогда в ИЦСС была реализована интеграция каналообра-зующего и коммутационного оборудования на основе применения ИКМ с временным делением каналов (ВДК). В Европе стандартизиро-вана аппаратура ИКМ-30/32, а в США, Японии и некоторых других странах - ИКМ-24.

На рис. 18.4 приведена схема телефонной ИЦСС. В ИЦСС циф-ровой поток не доводился до абонентского пункта. Эта сеть под-держивала два вида служб: телефонную и ПД. Для каждого вида служб необходим свой интерфейс с сетью. Многофункциональный терминал на такой сети неэффективен из-за большой сложности. Абоненту не предоставлялся стандартный цифровой стык для под-ключения оконечных терминалов различных служб.

Для перехода от ИЦСС к ЦСИО необходимо выполнить целый комплекс требований, вытекающих из особенностей каждой из служб, поддерживаемых сетью.

Рис. 18.4. Структурная схема телефонной ИЦСС

Служба телефонной связи обслуживает речевой трафик. Особен-ность его состоит в том, что информация передается в любой момент времени по каналу в одном направлении. При передаче речевой ин-формации недопустимы задержки, превышающие 25 мс. (Ухо челове-ка чувствительно к задержке сигналов в транспортной системе и к ко-лебаниям величины задержки во времени.) Поэтому использование методов коммутации пакетов при передаче речевой информации в ЦСИО приводит к необходимости ужесточения требований к абсо-лютной величине задержки и колебаниям задержки при передаче сиг-налов, по сравнению с соответствующими требованиями, предъяв-ляемыми к сети при передаче данных.

Положительной чертой речевого трафика является его относитель-ная устойчивость к потере части сообщения при передаче по сети.

Особенность трафика данных состоит в малой чувствительности к абсолютной величине задержки и в большой чувствительности к по-тере части сообщения из-за блокировок в сети.

Основные характеристики ЦСИО. Возможности передачи рече-вой информации и данных в ЦСИО определяется чувствительностью к задержке, чувствительностью к искажениям, чувствительностью к потере части сообщения (блокировке).

Под чувствительностью к задержке (43) при передаче речевой информации в пакетной форме понимают критичность к запаздыва-нию сообщений, когда возникают трудности понимания между парт-нерами.

В рекомендации G.114 МККТТ максимальное время прохожде-ния сигнала для одного направления передачи ограничено вели-чиной 240 мс.

При передаче данных и системе защиты от ошибок с решающей обратной связью под 43 понимают критичность ко времени отклика удаленной стороны канала ПД на переданный кадр. Чем меньше эта задержка, тем меньше требуемый объем буфера передатчика. Под чувствительностью к искажениям (ЧИ) при передаче речевой инфор-мации в цифровой форме понимают зависимость качества связи от искажения отдельных элементов кадров, передаваемых в канальных интервалах систем с ИКМ. Считается, что речевая служба относи-тельно толерантна к искажениям (благодаря большой информацион-ной избыточности речи). Данные более чувствительны к искажениям, так как обладают значительно меньшей информационной избыточно-стью. Под блокировкой при пакетной передаче понимают потерю части пакетов в сети, что приводит к выпадению отдельных кадров (или групп кадров) из сообщения. Речевые сообщения относительно мало чувствительны к блокировке (благодаря возможности переспро-са неправильно понятого сообщения). Блокировки при ПД весьма су-щественно влияют на качество связи, так как при отсутствии информационной избыточности полученное сообщение с потерянными кад-рами может быть полностью искажено.

Рис. 18.5. Схема УК гибридной сети с раздельными АЛ для КК и КП

Гибридные сети и гибридная коммутация. Промежуточным эта-пом перехода от традиционных сетей к ЦСИО был этап разработки, испытаний и эксплуатации гибридных сетей электросвязи. Рассмот-рим особенности таких сетей.

Под гибридной коммутацией понимается совмещение на одной станции способов коммутации каналов и пакетов (рис. 18.5), причем сети с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов независимы, общими являются только узлы коммутации. Абонент сам должен оп-ределить, ресурсы какой сети ему нужны.

Использование одной абонентской линии (или входящей соедини-тельной линии, СЛ) для доступа к ресурсам сетей с КК и КП показано на рис. 18.6. Такая гибридная сеть (ГС) позволяет более эффективно использовать входящие СЛ и АЛ. Сообщение, поступающее от тер-минала (Т), несет данные о типе требуемой сети, а управляющая сис-тема узла коммутации управляет передачей сообщения в требуемом направлении.

Диаграмма, иллюстрирующая интеграцию в одной линии потоков информации, передаваемых с использованием способов КК и КП, по-казана на рис. 18.7. Соединительные линии сети являются цифровы-ми (ИКМ 30/32 или ИКМ-24). В каждой такой линии часть T_кк цикла (T_ц= 125 мкс) используется для передачи информации в сети КК, а оставшаяся (T_ц- T_кк) -для передачи информации в сети КП.

Рис. 18.6. Схема УК гибридной сети с общей АЛ для КК и КП

Рис. 18.7. Структура кадра при совмещении способов КК и КП в одной СЛ

Граница между полем для временных каналов (1, 2,...,n) и полем передачи пакетов является подвижной и определяется входящей нагрузкой. Управляющая система УК оценивает интенсивности потоков заявок на установление соединений (КК) и передачу пакетов, определяет границу в кадре между зонами КК и КП, учитывая требования к каче-ству обслуживания при КК (допустимая норма потерь) и при КП (до-пустимая задержка передачи пакетов). Для объединения и разделе-ния потоков, создаваемых в системах с КК и КП, в одной СЛ исполь-зуются мультиплексоры (МП) и демультиплексоры (ДМП) соответст-венно (рис. 18.8). В демультиплексорах происходит разделение вре-менных каналов и пакетов данных, а в мультиплексорах - совмеще-ние временных каналов и пакетов, передаваемых по одной СЛ. Паке-ты после их выделения с помощью ДМП записываются в буферное запоминающее устройство (БЗУ) и в дальнейшем обрабатываются в ЭВМ. Временные каналы коммутируются с помощью оборудования КК. С помощью МП происходит объединение потоков с выходов ЭВМ и оборудования КК. Следующей ступенью интеграции является объединение методов КК и КП в едином поле КК-КП (рис. 18.9).

Другой разновидностью известных способов рационального использования сетевых ресурсов является адаптивная коммутация. Под адаптивной понимают коммутацию, при которой передаются дан ные в паузах между отдельными блоками информации одного и того же сеанса связи. Как и при гибридной коммутации, кадр имеет два поля (КК и КП).

Рис. 18.8. Схема УК для гибридной сети с раздельным оборудованием для КК и КП и общими СЛ

Рис. 18.9. Схема УК гибридной сети с совмещенным оборудованием для КК и КП

Рис. 18.10. Этапы перехода к ЦСИО

Данные передаются методом КП в течение времени Гкп, а так-же в паузах передачи речевой информации по временным каналам в интервале Гкк. Это позволяет повысить использование линий связи.

Переход к третьему этапу развития современных сетей связи под-готовлен созданием и использованием гибридных сетей и ИЦСС.

В 1984 г. были сформулированы основные положения цифровой се-ти интегрального обслуживания в рекомендациях серии I. ITU-T.

На рис. 18.10 показаны этапы перехода от сетей электросвязи, поддерживающих малое число служб, к ЦСИО. При этом наблюдает-ся углубление цифровизации и расширение количества служб.