«Б.С. Гольдштейн ПРОТОКОЛЫ СЕТИ ДОСТУПА Том 2 МОСКВА РАДИО И СВЯЗЬ 1999 УДК 621.395.34 Г63 ББК 32.881 Гольдштейн Б. С. Протоколы сети доступа. Том 2. — М.: Радио и связь, 1999. — Г63 317 с.: ил. ISBN 5-256-01476-5 Книга ...»

Б.С. Гольдштейн

ПРОТОКОЛЫ СЕТИ ДОСТУПА

Том 2

МОСКВА «РАДИО И СВЯЗЬ» 1999

УДК 621.395.34 Г63 ББК 32.881

Гольдштейн Б. С.

Протоколы сети доступа. Том 2. — М.: Радио и связь, 1999. — Г63 317 с.: ил.

ISBN 5-256-01476-5

Книга посвящена телекоммуникационным протоколам абонентской сети доступа, переживающей

революционные изменения технологий и услуг.

Рассматриваются протоколы ISDN, преобразующие просуществовавшие почти 100 лет традиционные аналоговые абонентские линии. Предпринята по пытка с единых позиций описать такие различные протоколы, как: DSS-1, QSIG, DPNSS, X.25, TCP/IP. Значительное внимание уделено открытому интерфейсу V5, роль которого в развитии сетей связи представляется чрезвычайно перспективной.

Для инженеров и научных работников, занятых исследованием, разработкой и эксплуатацией телекоммуникационных систем. Книга будет полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.

Научно-техническое издание ИБ№2901 ISBN 5-256-01476- © Гольдштейн Борис Соломонович,

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ТОМУ

Целью данной книги является обзор телекоммуникационных протоколов современных сетей абонентского доступа, анализ архитектуры и основных функций каждого из них.

Книга не является детальным пособием для инженеров и разработчиков, но она содержит описания, достаточные для принятия решения о необходимости разработки того или иного протокола, а при положительном решении — дает представление о функциональном назначении и структуре такой разработки. И если справедливо известное правило, что тот, кто хочет что-то сделать, ищет способ, а кто не хочет — ищет причину, то эта книга может помочь и тем, и другим.

Если читателю потребуется более подробная информация, он может воспользоваться для поиска публикаций приведенным в конце книги списком литературы, посвященной интересующей его теме. Этими источниками активно пользовался и автор в процессе работы над книгой, благодаря чему существенно повысил уровень собственного образования.

Структура второго тома монографии о телекоммуникационных протоколах практически совпадает с выдержавшей два издания (в 1997 и 1998 годах) книгой «Системы сигнализации в сетях связи», М.: Радио и связь, во втором издании обозначенной как том 1. Совпадение распространяется даже на количество глав, их также 11.

В главе 1 рассматривается сигнализация по аналоговым абонентским линиям, в том числе и используемым для подключения малых АТС к телефонной сети общего пользования. Вторая глава посвящена уже цифровым абонентским линиям, включая и технологии xDSL. В двух следующих главах (3, 4) рассматривается протокол системы цифровой абонентской сигнализации сети ISDN DSS-1. В главе описываются протоколы ведомственных (частных, корпоративных, учрежденческих) сетей связи (QSIG, DPNSS и др.). В современной сети абонентского доступа доминирующее значение приобрел интерфейс V5.

Эта тема рассматривается в главах 6-8. В главе 9 описан интерфейс Х.25, а в главе 10 рассматриваются протоколы TCP/IP и ряд протоколов Интернет более высокого уровня. Глава 11 посвящена вопросам реализации оборудования сети доступа, инструментальным средствам тестирования и конвертации протоколов сигнализации, рассмотренных в предыдущих главах.

В дополнение к высказанным в первом томе благодарностям, автор считает своим долгом отметить неоценимую помощь В.А. Соколова, В.А. Фрейнкмана и В.Б. Кадыкова в редактировании книги, позволившую взаимоувязать разнообразную, а иногда — просто противоречивую терминологию, использующуюся при описании разных протоколов, специфицированных разными группами специалистов из разных организаций. Если читатель почувствует определенную комфортность при чтении представленных в книге описаний протоколов, это, в значительной мере, заслуга упомянутых выше коллег.

Ответственность за возможные неудобства и погрешности автор не намерен делить ни с кем, но будет благодарен всем читателям, которые сообщат свои замечания, впечатления и пожелания по электронной почте [email protected] Глава

АНАЛОГОВЫЕ АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ

L'amor che muove il sole e l'altre stelle, um.

(Любовь, что движет солнце и светила) Данте «Божественная комедия», Рай, XXXIII 1.1. НЕМНОГО ИСТОРИИ Передатчиком и приемником в первом «телеграфном устройстве для передачи человеческой речи», на который Александр Грэхем Белл получил патент с приоритетом от 14 февраля 1876 г., были электромагнитные приборы, явившиеся прототипом современного телефона.

Это было второе великое открытие, составившее одну из основ сегодняшнего информационного общества и сделанное спустя 420 лет после первого — изобретения Иоганном Гутенбергом печатного станка с подвижными металлическими литерами, на котором была напечатана в 1456 г. знаменитая Библия Гутенберга.

Как это иногда случается с великими открытиями, изобрели телефон независимо друг от друга и почти одновременно два исследователя: Александр Белл в Бостоне и Элайша Грей в Чикаго. И, как это бывает не менее часто, на принцип телефона, согласно одной из исторических версий, Белл наткнулся случайно во время эксперимента с гармоническим телеграфом.

Это произошло 2 июня 1875 г., когда Томас Ватсон, друг и ассистент Белла, не заметив, что один конец стальной пластины телеграфного передатчика оказался плотно зажат контактным винтом прерывателя, создавшим тем самым постоянный электрический контакт, попытался вручную заставить ее колебаться. При этом генерировался электрический ток за счет вибрации намагниченной стальной пластины над полюсом магнита, что, в свою очередь, было зафиксировано находившимся в другой комнате приемником, который настраивал Белл. Прижав к уху пластину и зафиксировав свободный ее конец, что фактически превратило этот элемент гармонического телеграфа в аналог мембраны современного телефонного аппарата, Белл услышал звук и осознал значение случившегося. После 9 месяцев упорного труда Белл и Ватсон провели первый сеанс телефонной связи. Первое в истории человечества телефонное сообщение, произнесенное Беллом, звучало довольно прозаично: «Мистер Ватсон, идите сюда, вы мне нуж­ ны» и было передано на расстояние 12м. Впрочем, этому эпохальному событию предшествовали годы упорного труда.

Довольно интересен важный стимул этих исследований [17], подтверждающий великий тезис о том, что любовь правит миром, выбранный в качестве эпиграфа к данной главе. Александр Грэхем Белл, родившийся в 1847 г. в Эдинбурге (Шотландия) и окончивший Лондонский и Эдинбургский университеты, в 1870 г. переехал с семьей сначала в Брантфорд, провинция Онтарио (Канада), а затем в Бостон, США.

Оказавшись в Бостоне, Александр Белл влюбился в девушку по имени Мейбл Хаббард. Мейбл страдала глухотой после перенесенной в детстве скарлатины, и это повлияло на направление дальнейших занятий и исследований Белла. В 1872 г. он открывает в Бостоне учебное заведение для подготовки учителей школ для глухих, а в 1873 г. становится профессором физиологии органов речи Бостонского университета, одновременно занимаясь исследованиями в области создания искусственных гласных звуков и передачи их по телеграфным проводам. Кстати говоря, заявку на изобретение телефона подал от имени Белла юрист Гар-динер Хаббард, отец Мейбл.

Другой тезис, состоящий в том, что миром правит справедливость, а не «произвол, оставляющий справедливости место только на сцене», как утверждал Фридрих Шиллер, иллюстрирует история Элайши Грея.

Опоздав на считанные часы с подачей заявки на изобретение телефона, Элайша Грей успел вовремя сделать другое важное дело. За 7 лет до появления патента на телефон Грей совместно с Иносом Бартоном организовал небольшую фирму в Кливленде. Три года спустя, в 1872 г. в Чикаго эта фирма была переименована в astern Electric Manufacturing Company и вскоре стала крупнейшей электрической компанией США. После появления патента на телефон практическая ценность изобретения была отнюдь не столь очевидной, как сегодня. Согласно исторической версии, одно время Белл безуспешно предлагал патент компании Western Electric за 100 тысяч долларов. Впрочем, через несколько лет Western Electric уже сама предлагала за патент 25 миллионов долларов, а в 1879 г. организовала дочернюю компанию American Speaking Telephone Company, ставшую главным конкурентом Белла. Конкуренция в телефонной промышленности уже тогда была чрезвычайно жестокой, и в начале всеобщей телефонизации American Speaking Telephone Со. получила преимущество благодаря другому изобретению: Томас Эдисон изобрел микрофон, который был гораздо более эффективным, чем у Белла.

В свою очередь, Белл совместно с Хаббардом и Ватсоном организовали собственную фирму New England Telephone Company, а затем Bell Telephone Co. Любопытно, что Александр Белл был назначен главным электротехником компании, тогда как его помощник Ватсон был назначен управляющим и бухгалтером. При этом Хаббард и Ватсон получили 1497 акций в компании, в то время как сам Белл получил только 10 акций. В 1879 г. Белл покинул правление своей компании в результате разногласий, и президентом стал Вильям X. Форбес. Bell Telephone Company продолжала двигаться вперед без своего основателя. В 1922 г. Александр Грэхем Белл умер от диабета не очень богатым, но сознающим значение сделанного им самого важного в истории телефонии открытия. Его ассистент Ватсон ушел из Bell Telephony вскоре после смерти Белла и избрал для себя карьеру актера; умер он в 1934 г.

Но еще задолго до этого, в 1878 г., Bell Telephone Co. возбудила судебный иск против Western Electric о нарушении патентных прав. В конце 1879 г. между этими компаниями было достигнуто согласие, в результате которого началось успешное развитие Bell Telephone Co., впоследствии — знаменитой Bell System. В 1881 г. Bell Telephone Company полностью приобрела Western Electric, которая продолжала оставаться эксклюзивным производителем телефонного оборудования в течение 100 лет, пока сама Bell System не распалась.

Это происходило следующим образом. В 1910г. Bell Telephone Со. приобрела и основавшую Western Electric главную компанию Western Union, закончив тем самым конкурентную битву, а вместе с Western Union — все ее патенты, изобретения и телефонную сеть, обслуживавшую 56 000 абонентов, после чего скупила множество маленьких телефонных компаний, тем самым увеличив количество своих клиентов. Впоследствии департамент юстиции США возбудил иск против Bell System, обвинив ее в нарушении антимонопольного законодательства. Его результатом стало Кинбургское соглашение, в соответствии с которым Bell System вернула Western Union полномочия, связанные с телеграфным бизнесом, а также позволила независимым телефонным компаниям подключиться к сети Bell, которая охватывала всю страну. В 1974 г. департамент юстиции снова предъявил иск AT&T и Bell System, обвинив их в монополизации телефонной индустрии. Результатом длительного судебного процесса явился распад Bell System в 1984 г. на AT&T, Bell Labs и Western Electric и 7 самостоятельных региональных эксплуатационных компаний: Pacific Telesis, NYNEX, Ameritech, Southwestern Bell, US West, Bell Atlantic и Bellsouth Telecommunications. В 1995 г. уже AT&T разделилась на три новые компании в трех различных сферах индустрии: сотовой связи, междугородной связи и компьютерной промышленности.

Сама компания AT&T (American Telephone & Telegraph Co.) была создана в 1900 г., а в году Теодор Вейл объединил AT&T и подразделение разработчиков Western Union в единую организацию, которая в 1925 г. превратилась во всемирно известные Bell Telephone Laboratories.

Этот крупнейший научный центр дал миру транзистор, цифровую АТС, аппаратуру ИКМ, узлы коммутации с программным управлением, лазер, пакетную коммутацию, сотовую связь, операционную систему UNIX и многие другие изобретения и открытия, а по количеству сотрудников — Нобелевских лауреатов уступил только Кембриджу.

Возвращаясь к телефону, вспомним, что в 1878 г. американец Давид Юз изобрел микрофон с угольными палочками, который, к сожалению, был недостаточно чувствительным и давал большие искажения звуков. В том же году Томас Эдисон применил в телефонной схеме индукционную катушку, Ватсон запатентовал применяющийся и поныне в телефонных аппаратах электромеханический звонок, а российский электротехник П.М. Голубицкий впервые применил в телефонных аппаратах конденсатор. Богатый телефонными событиями 1878 г. упоминался и в первом томе данной книги: в этом году была построена первая коммерческая телефонная станция в Нью-Хевене, штат Коннектикут.

Упоминая о российских разработках принципов действия и конструкций телефонных аппаратов, нельзя не отметить, что первый в мире микрофон с угольным порошком изобрел в 1879 г. инженер М. Махальский. В 1881 г. В. Якоби создал первый российский телефонный аппарат оригинальной конструкции, а в 1882 г. М. Дешевов применил в телефонном аппарате трансформатор, что позволило реализовать принцип местной батареи (МБ).

1.2. ТИПЫ ИСТОЧНИКОВ АБОНЕНТСКОЙ НАГРУЗКИ

Практически с тех самых времен, о которых шла речь в предыдущем параграфе, и до настоящего времени наиболее массовым телефонным интерфейсом является двухпроводная аналоговая абонентская линия с дистанционным питанием и шлейфным способом передачи сигналов, схематически представленная на рис. 1.1.

Абонентские комплекты (SLIC) аналоговых абонентских линий современных цифровых АТС выполняют функции электропитания (Battery), защиты от перенапряжения (Overload protection), посылки вызова (Ringing), контроля состояния шлейфа (Supervision), кодирования (Coding), дифференциальной системы (Hybrid) и испытаний (Test). Первые буквы английских названий этих семи функций, реализуемых в большинстве коммутационных станций, составляют аббревиатуру BORSCHT, созвучную хорошо известному русскому слову (табл. 1.1).

Дистанционное питание (В) абонентских линий постоянным током, чаще называемое батарейным, обеспечивается с помощью источника напряжения или источника тока, находящегося на АТС. В российских телефонных сетях питание абонентских линий осу­ ществлялось постоянным напряжением -60 В. В большинстве стран мира стандартизировано напряжение -48 В, что, кстати, имело место и в телефонных сетях СССР до конца сороковых годов. В начале интенсивного внедрения импортного коммутационного оборудования к этой частной технической проблеме добавлялись политические мотивы. Тем не менее, сейчас по решению Министерства связи России допускается использование и номинала напряжения -48 В".

Впрочем, практически все современные АТС используют для абонентских комплектов технику ограничения тока в линии величиной от 45 до 75 мА в случае короткого замыкания или низкоомной нагрузки линии. Повышение сопротивления линии приводит к уменьшению тока в линии, но соотношение между сопротивлением линии и током в ней является нелинейным. При использовании абонентских систем передачи ток в линии обычно не превышает 20-25 мА, что обусловлено расстоянием между абонентским устройством аппаратуры системы передачи и теле­ фонным аппаратом абонента. В отличие от напряжения питания разомкнутого шлейфа на АТС, равного -48 В (-60 В), в абонентских системах передачи напряжение на разомкнутом шлейфе обычно составляет 10-14 В.

Таблица 1.1. Функции BORSCHT Защита от перенапряжения (О) ограничивает или изолирует посторонние напряжения, возникающие в абонентской линии, от оборудования АТС (или от оборудования абонентского терминала) и необходима в каждом абонентском комплекте. Посторонние напряжения могут быть вызваны разрядом молнии («прямым попаданием» или вблизи линии), касанием силовых проводов, наводками от высоковольтной линии или другими источниками электромагнитных наводок. Здесь речь идет о вторичной защите (в отличие от устройств первичной защиты в кроссах АТС и в помещениях абонента). Схемы абонентских комплектов цифровых АТС имеют средства ограничения импульсных токов: резисторные предохранители, резисторы с положительным температурным коэффициентом или комбинации предохранителей и резисторов.

Обычно защита от перенапряжения в схемах абонентских комплектов ограничивает напряжение примерно до 70-100 В и обрабатывает импульсы тока в несколько десятков ампер.

Функция посылки вызова (R) в абонентском комплекте заключается в подаче напряжения вызывного сигнала к проводам абонентской линии через контакты реле или другой управляемый переключатель. В функцию посылки вызова также входит обнаружение ответа вызываемого абонента для немедленного прекращения посылки вызывного сигнала. Генератор вызывного напряжения обычно располагается вне абонентского комплекта. Каденции (длительности посылок и пауз) вызывного сигнала могут задаваться или непосредственно внутри абонентского комплекта, или извне.

В АТС российских сетей связи для посылки вызова используются сигналы частотой (25±2) Гц и напряжением (95±5) В, рассчитанным на включение до 3 параллельных телефонных аппаратов. Каденция вызывного сигнала для местного вызова предусматривает одну секунду звучания и четырехсекундную паузу (рис. 1.2,а). Длительность первого звонка может составлять от 0.3 до 4.45 с, а время срабатывания схемы отключения вызывного сигнала при ответе вызываемого абонента не должно превышать 100 мс. Для междугородного вызова при автоматической связи каденция вызывного сигнала показана на рис. 1.2,6, а при ручном обслуживании междугородного соединения длительность сигнала посылки вызова определяется продолжительностью нажатия ключа на консоли оператора междугородной станции (рис. 1.2,в).

Для сравнения можно отметить, что вызывной сигнал в США, Канаде и большинстве стран Европы имеет частоту 20 Гц и состоит из двухсекундных посылок и четырехсекундных пауз (рис. 1.3). В Бразилии и Мексике используются секундные посылки с такими же четырехсекундными паузами.

В Великобритании, Австралии и других странах, которые следуют Британским телекоммуникационным стандартам, используется более сложная структура сигнала вызова, предусмат­ ривающая посылку 0.4 с, паузу 0.2 с, опять посылку 0.4 с и паузу 2 с (рис. 1.4).

Акустические сигналы контроля посылки вызова (КПВ) имеют те же каденции, что и сигналы посылки вызова.

Функция кодирования (С) в абонентском комплекте реализуется с помощью кодека (КОдер-ДЕКодер) и состоит в преобразовании аналоговых сигналов в цифровые (A/D) и цифровых сигналов в аналоговые (D/A). Эти функции уже рассматривались в главе 3 тома 1 настоящей книги.

Функция дифсистемы (Н) преобразует двухпроводную схему двунаправленной передачи сигналов в четырех проводную схему с раздельными односторонними передающей и приемной цепями, обеспечивает согласование импедансов и обычно содержит балансный контур дифсистемы и эхокомпенсатор. В современных АТС дифсистема реализуется с помощью технологии цифровой обработки сигналов (DSP Digital Signal Processing).

Функция тестирования (Т) обеспечивает доступ к линии и к абонентскому комплекту от внешней шины тестирования. Этот доступ обычно реализуется через реле или электронные переключатели.

а) местный вызов б) автоматический междугородный вызов в) ручной междугородный вызов Рис. 1.2. Сигналы посылки вызова, используемые в телефонных сетях СНГ Рис. 1.3. Стандартный сигнал посылки вызова, используемый в США Рис. 1.4. Стандартный сигнал посылки вызова, используемый в Великобритании На противоположной от абонентского комплекта стороне двухпроводной аналоговой абонентской линии находится абонентский терминал, создающий телефонную нагрузку сети связи. С точки зрения АТС абонентские линии вместе с терминалами являются источниками телефонной нагрузки. В общем случае к типовой АТС возможно подключение следующих источников абонентской нагрузки:

• абонентских линий с телефонными аппаратами, оборудованными дисковыми или кнопочными номеронабирателями, которые обеспечивают передачу импульсов набора номера размыканием шлейфа абонентской линии, и приемником индукторного вызова;

• абонентских линий с телефонными аппаратами, оборудованными тастатурой (кнопочным номеронабирателем, который предусматривает частотный способ передачи набора номера), а также приемником сигнала индукторного вызова и (необязательно) дополнительной кнопкой «R»;

• абонентских линий с терминалами передачи данных и факсимильной связи, предусматривающими создание и нарушение соединений согласно телефонному алгоритму;

• абонентских линий удаленных абонентов;

• абонентских линий, организуемых с использованием аппаратуры систем передачи, систем малоканальной радиотелефонной связи и малоканальной радиорелейной аппаратуры;

• абонентских линий телефонных концентраторов;

• абонентских линий оборудования пожарной, гражданской, аварийной и др. сигнализации с использованием Z-интерфейса;

• абонентских линий таксофонов местной связи с оплатой разговора посредством монет или кредитными карточками, с дисковым или кнопочным номеронабирателем, без ограничения времени разговора, а также таксофонов местной телефонной связи, требующих со стороны АТС ограничения времени разговора с возможностью его продления при внесении дополнительной платы;

• абонентских линий таксофонов междугородной исходящей связи, телефонов переговорных пунктов для ведения исходящих и входящих междугородных переговоров, а также таксофонов для связи с платными службами с оплатой монетами или кредитными карточками.

Эти таксофоны могут быть как с автономным управлением тарификацией (с помощью встроенного устройства), так и с централизованным управлением тарификацией от АТС с помощью переполюсовки или импульсами на частоте 16 Кгц.

Как уже отмечалось в первом томе монографии, с точки зрения системы автоматического определения номера вызывающего абонента имеется 10 категорий абонентских линий (категорий АОН):

Категория 1. Телефон квартирный, учрежденческий с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети.

Категория 2. Телефон гостиницы с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети.

Категория 3. Телефон квартирный, учрежденческий, гостиничный с возможностью выхода к абонентам местной сети, но без права выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным (справочно-информационным, заказным и т.п.) службам.

Категория 4. Телефон учрежденческий с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным службам; обеспечивается приоритет при установлении соединений на внутризоновой и междугородной сетях.

Категория 5. Телефон учрежденческий для учреждений Минсвязи с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным службам;

разговоры с телефона не должны тарифицироваться, но должны учитываться.

Категория 6. Междугородный таксофон и телефон переговорного пункта с возможностью выхода на автоматическую зоновую и междугородную сети, а также универсальный таксофон с возможностью выхода на междугородную и местную сети; разговоры ведутся за наличный расчет; таксофон для связи с платными службами.

Категория 7. Телефон квартирный, учрежденческий с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети и к платным службам.

Категория 8. Телефон учрежденческий с подключением устройства передачи данных, факсимильных сообщений и сообщений электронной почты и с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную сети.

Категория 9. Местный таксофон.

Категория 10. Резерв.

1.3. СИГНАЛИЗАЦИЯ ПО АНАЛОГОВЫМ АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ПАРАМЕТРЫ ЛИНИЙ

Множество линейных и регистровых сигналов, рассмотренных в первом томе монографии применительно к протоколам межстанционной сигнализации, для случая двухпроводной аналого­ вой абонентской линии вырождается в очень простой набор сигналов:

• линейных — замыкание (вызов станции или ответ) и размыкание (отбой) абонентского шлейфа, • управления (адресных) — декадный или частотный набор номера, • информационных акустических — ответ станции, занятость, вызывной сигнал, контроль посылки вызова, предупреждение о неправильно положенной трубке.

В исходном состоянии трубка находится на рычаге телефонного аппарата абонента и шлейф абонентской линии разомкнут. Когда абонент инициирует вызов, поднимая трубку, шлейф замы­ кается и в линии возникает постоянный ток. АТС фиксирует замыкание шлейфа линии и подключает к ней соответствующее оборудование для приема сигналов набора номера.

Вызывающему абоненту посылается акустический сигнал ответа станции, предлагающий ему начать набор номера. При декадном наборе цифры номера передаются к АТС в виде серий шлейфных импульсов. Каждая цифра представлена соответствующим количеством импульсов в серии. Например, цифра 1 представлена одним импульсом, цифра 2 — двумя импульсами и т.д.

Нормальная скорость передачи импульсов составляет 10 импульсов в секунду.

Формат импульса различен в разных национальных сетях, часто встречается соотношение 60% пауза (т.е. замкнутый шлейф) и 40 посылка (т.е. разомкнутый шлейф), а также соотношения 66,7 и 33,3, 50 и 50%.

Когда абонент отвечает на входящий вызов, поднимая трубку аппарата, замыкается шлейф его линии, что обнаруживается входящей АТС. Сигнал ответа передается по сети в обратном направлении на исходящую АТС средствами межстанционной сигнализации.

Отбой абонента (как вызывающего, так и вызываемого) сигнализируется размыканием шлейфа линии.

Значения сигналов в типовой системе абонентской сигнализации даны в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Примеры сигналов при шлейфном способе сигнализации Ответ вызываемого абонента Замыкание шлейфа Принцип шлейфной сигнализации легко реализуем и дешев, но набор сигналов, которые он позволяет передать, крайне ограничен. Применение шлейфной сигнализации ограничено также характеристиками цепи, по которой происходит передача, что обусловлено влиянием емкости линии на передачу импульсов и пауз. Емкость линии искажает форму импульса, причем искажение увеличивается с возрастанием длины линии. Приемники импульсов могут допустить только ограниченную степень искажения без ущерба для надежного распознавания импульсов.

Таким образом, емкость линии ограничивает расстояние, на котором может быть использована шлейфная сигнализация. Более подробно (на уровне межстанционной линейной сигнализации) этот вопрос рассмотрен в первом томе монографии.

Акустические (тональные) сигналы применялись уже на самых ранних этапах телефонии.

Сигналы выбирались в диапазоне частот 400-600 Гц и представляли собой или непрерывные посылки, или повторяющиеся циклы «посылка—пауза» с определенной каденцией. Эти частоты и каденции устанавливались администрациями связи разных стран еще до определения международных стандартов.

Набор акустических сигналов, передаваемых по абонентским линиям местных телефонных сетей Российской Федерации, приведен в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Информационные акустические сигналы В большинстве Европейских стран и в США каждый из тональных сигналов содержит две и более фиксированные частоты. Сигнал «Ответ станции», как и в России, непрерывен (в отличие от большинства других информационных акустических сигналов), но состоит из двух тональных частот — 350 и 440 Гц. Имеется также специальный акустический сигнал, содержащий четыре негармонические частоты — 1400, 2060, 2450, 2600 Гц и подаваемый для большей отчетливости импульсами по 0.1 с и такими же паузами, который предназначен для уведомления абонента о плохо положенной трубке.

Характеристики стандартных информационных акустических сигналов, используемых в местных телефонных сетях США приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4. Тональные сигналы в сети США перегрузки сети посылки вызова Информационный акустический сигнал «Занято» передается обслуживающей вызываемого абонента АТС. Как видно из табл. 1.4, каденция этого сигнала в Северной Америке предусматривает посылки и паузы по 0.5 с., а в Южной Америке эти же посылки и паузы имеют длительность по 0.25 с.

Информационный акустический сигнал «Перегрузка» передается АТС, когда вызов не может быть обслужен из-за отсутствия доступной исходящей соединительной линии в сети.

Каденция этого сигнала в США и Канаде указана в табл. 1.4, а в телефонных сетях Бельгии и Норвегии используются посылки и паузы длительностью по 0.5 с. В ряде стран (Австралия, Бразилия, Италия, Россия и т.д.) перегрузка указывается обычным сигналом «Занято».

Еще один вариант информационного акустического сигнала занятости — «Недоступность номера». Первоначально этот сигнал использовался в Великобритании и странах, следующих британским телекоммуникационным стандартам. В Великобритании этот сигнал является непрерывным, а в Австралии и Южной Африке используются посылка 2.5 с и пауза 0.5 с.

Во многих европейских странах для указания того, что набранный номер не является действующим, используется специальный информационный акустический сигнал SIT (special information tone)—последовательность трех частот 900 Гц, 1400 Гц, 1800 Гц, передаваемых поочередно по 0.33 сие паузой 1 с.

Электрические параметры абонентских линий для вновь устанавливаемых городских АТС ограничиваются в России следующими величинами: остаточное затухание на частоте 1020 Гц не более 4.5 дБ для кабеля с диаметром жил 0.5 мм и не более 3.5 дБ для кабеля с диаметром жил 0.32 мм; сопротивление шлейфа до 1600 Ом; рабочая емкость линии не более 0.5 мкФ;

сопротивление изоляции между проводами или между каждым проводом и землей не менее кОм (рис. 1.2).

Сопротивление шлейфа абонентской линии от аппарата абонента до используемых в настоящее время АТС ограничивается предельными значениями, приведенными в табл. 1.5.

Нормы затухания абонентской линии на частоте 800 Гц между абонентом и районной АТС составляют не более 4.3 дБ, а между двумя наиболее удаленными абонентами — не более 28.7 дБ.

Таблица 1.5. Сопротивление шлейфа АТС различных типов удаленных абонентов (РУА) Рис.1.5. Распределение затухания тракта телефонной передачи

1.4. СИГНАЛИЗАЦИЯ ПО ДВУХПРОВОДНЫМ АНАЛОГОВЫМ АБОНЕНТСКИМ

ЛИНИЯМ:

ПАРАМЕТРЫ СИГНАЛОВ

Как следует из материала предыдущего параграфа, в системе сигнализации по аналоговым абонентским линиям информация о статусе телефонного аппарата передается при помощи замыкания (трубка снята) и размыкания (трубка положена) шлейфа абонентской линии. Номер вызываемого абонента передается декадными импульсами или частотным способом.

Рекомендуемые значения выдержек времени для распознавания сигналов абонентской сигнализации в цифровых АТС приведены в таблице 1.6. Данные таблицы 1.6 являются обобщением реальных проектных решений. Если строго следовать численным данным из ГОСТа 7153-85, где указан допуск на период Т, равный 100±5 мс, и импульсный коэффициент 1.3—1.9, то импульс должен распознаваться в диапазоне от 53.7 мс до 68.8 мс, а пауза — от 32.8 до 45.6 мс.

Таблица 1.6. Рекомендуемые значения выдержек времени при сканировании сигналов по абонентским линиям Абонент А (вызывающий) снимает трубку (замыкает шлейф) Абонент Б (вызываемый) снимает трубку (замыкает шлейф) распознаваться Импульс набора номера распознаваться Пауза набора номера распознаваться Межцифровой интервал набора номера Должен распознаваться распознаваться Разрыв абонентского шлейфа во время разговора или набора номера более чем на 150 мс может восприниматься станцией как отбой абонента. Кратковременный же разрыв шлейфа в пределах (80±40) мс в процессе разговора или после набора номера на фоне сигнала занятости воспринимается как сигнал повторного вызова регистра (нажатие кнопки «R» или набор цифры «1» на дисковом номеронабирателе).

Характеристики приема на АТС при ручном дисковом декадном наборе определяются необходимостью обеспечить уверенный прием информации при колебании скорости возвратного движения номеронабирателя от 7 до 13 имп/с и импульсном коэффициенте (отношение времени размыкания ко времени замыкания) в пределах 1.3-1.9.

Контрольное время ожидания набора первой и каждой следующей цифры номера обычно выбирается в пределах 20-40 с.

Последовательность сигналов, передаваемых по абонентским линиям для различных абонентских установок при декадном наборе, приведена на рис.1.6 и 1.7.

Рис. 1.6. Сигнализация по абонентским линиям На всех стадиях разговора (за исключением платного разговора с местного таксофона, требующего переполюсовки) обеспечивается следующая полярность проводов абонентской линии: минус на проводе «а» и плюс на проводе «б». При работе с местными таксофонами полярность линейных проводов (за исключением выхода на бесплатные спецслужбы 01, 02, 03) соответствует рис. 1.7.

Рис. 1.7. Сигнализация по абонентским линиям.

Местный таксофон. Декадный набор номера. Переполюсовка Примечания: 1) Длительность оплачиваемого периода зависит от зоны и может быть 3 мин;

1 мин; 36с; 30с; 26с; 22с; 20с; 18с; 16с; 15с.

2) Отбой может быть выполнен как по сигналу ШЛЕЙФ РАЗОМКНУТ, так и автоматически самим таксофоном, когда монета отсутствует в течение (2-6) с после импульса смены полярности.

Рис. 1.8. Сигнализация по абонентским линиям (междугородный таксофон) При взаимодействии АТС с таксофонами местной сети могут обеспечиваться следующие дополнительные функции:

• переполюсовка напряжения на линейных проводах при ответе вызываемого абонента для всех типов таксофонов местной телефонной сети;

• предупредительный сигнал за (30±2) с до окончания оплаченного периода для таксофонов местной телефонной сети при ограничении времени разговора от АТС. Параметры этого предупредительного сигнала: частота (1400±20) Гц, длительность посылки (1.0±0.1) с, длительность паузы (1.0±0.1) с, количество посылок 2—3, уровень на выходе АТС от —4 до 0 дБ;

• кратковременное восстановление исходной полярности напряжения на линейных проводах длительностью (300±50) мс по окончании оплаченного периода и повторная переполю­ совка для обеспечения доплаты (для телефонов местной связи с возможностью продления времени разговора и ограничения разговора по сигналам от АТС). По мере внедрения современных цифровых АТС в телефонных сетях Российской Федерации постепенно распространяется многочастотный способ передачи сигналов набора номера, обозначаемый английской аббревиатурой DTMF (Dual-Tone Multiple-Frequency). Иногда для наименования этой системы передачи сигналов набора используется другой англоязычный термин — Touch-Tone.

Такой способ был разработан в 1960 г., но реальное его распространение началось с 80-х годов.

При этом способе передачи сигналов управления каждый многочастотный сигнал цифры номера состоит из двух тональных сигналов в соответствии с рекомендацией Q.23 ITU-T «Технические особенности телефонных аппаратов с тастатурным набором номера». Согласно этой рекомендации частоты в так называемой нижней частотной группе равны 697, 770, 852, и 941 Гц, а частоты в так называемой верхней частотной группе равны 1209, 1336, 1477, 1633 Гц.

Частоты DTMF подобраны негармонически. Это означает, что частоты не имеют отличного от 1 целого общего делителя. Например, частоты 1200 и 1600 Гц — гармоники частоты 400 Гц (3*400=1200 и 4*400=1600), а частоты 697 и 770 Гц - негармонические. Каждый сигнал содержит две частоты: одна выбирается из нижней, а вторая — из верхней группы частот.

Соответствие между передаваемой информацией и частотами приведено на рис.1.9.

Рис.1.9. Частотный способ набора номера Уровень передачи в двухчастотной посылке, измеренный на нагрузке 600 Ом, составляет:

для нижней группы частот — минус 6 дБмО±2 дБ, для верхней группы частот — минус 3 дБмО± дБ. Уровень частоты верхней группы частот в суммарном сигнале на 2±1 дБ превышает уровень частоты нижней группы. Суммарный уровень всех частотных составляющих высшего порядка, по крайней мере, на 20 дБ ниже уровня частоты нижней группы.

Условия, при которых должен осуществляться нормальный прием сигналов, следующие:

наличие в сигнале двух частот, одна из которых выбрана из нижней группы, а другая — из верхней; частоты не отличаются от своих номинальных значений более чем на 1.8%; уровень каждой из двух частот лежит в пределах от минус 7 до минус 30 дБмО; разность уровней двух частот не превышает 3 дБ;

длительность частотного сигнала не менее 40 мс. Сигнал же длительностью менее 20 мс не должен фиксироваться, даже если он отвечает всем остальным требованиям, а два сигнала принимаются как отдельные, если длительность паузы между ними равна 40 мс или более.

Абонентская сигнализация при частотном способе набора для различных абонентских устройств приведена на рис.1.10—1.12.

Рис. 1.10. Сигнализация по абонентским линиям. Частотный набор номера Рис. 1.11. Сигнализация по абонентским линиям (частотный набор номера, местный таксофон) Рис. 1.12. Сигнализация по абонентским линиям (частотный набор номера, междугородный таксофон)

1.5. ВКЛЮЧЕНИЕ МАЛЫХ АТС ПО АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ: ИСХОДЯЩИЙ

ВЫЗОВ Термин «абонент», применяется в предыдущих параграфах данной главы несколько упрощенно, может иметь значительно более сложный смысл. Наряду с наиболее часто встречающимся случаем — люди на обоих концах, желающие переговорить друг с другом, в роли оконечных абонентских устройств могут выступать аппараты факсимильной связи, телефонные автоответчики, персональные компьютеры со встроенными модемами, а также малые офисные АТС. Все эти устройства идентичны с точки зрения логики сигнализации по двухпроводным аналоговым абонентским линиям, но различаются характером и параметрами создаваемых ими потоков нагрузки, в том числе — длительностями занятия.

Последнее обстоятельство обуславливает рассматриваемые в этом и следующем параграфах специфические принципы включения таких устройств в районные АТС различных классов. В сле­ дующих главах этого тома рассмотрены более эффективные протоколы сигнализации для перспективной архитектуры сети абонентского доступа, предусматривающей, в частности, интеграцию трех видов абонентской нагрузки (речь, данные, видеоинформация) и трех видов передающей среды (медный кабель, оптоволокно и радиоканал). В этой главе рассмотрение ограничено только включением в РАТС малых АТС по аналоговым абонентским линиям.

Учрежденческие АТС (УАТС) представляют собой коммутационные станции различных типов и емкостей, предназначенные для организации внутрипроизводственной телефонной связи между абонентами предприятия или учреждения по сокращенной нумерации, а также для предоставления некоторым из этих абонентов (или всем абонентам) выхода на телефонную сеть общего пользования с набором специального индекса выхода, как правило — цифры 9.

По характеру их включения в телефонную сеть общего пользования (ТфОП) можно выделить следующие три группы УАТС:

а) УАТС большой емкости (свыше 6000 портов), включаемые в ТфОП на правах районной АТС городской телефонной сети;

б) УАТС средней емкости (от 100 до 6000 портов), включаемые в ближайшие районные АТС городской телефонной сети по межстанционным соединительным линиям на правах подстанций или выносных коммутационных модулей и самостоятельно подАналоговые абонентские линии держивающие функцию автоматического определения номера вызывающего абонента (АОН);

в) УАТС малой емкости (до 128 портов), включаемые в ближайшую районную АТС городской телефонной сети по двухпроводным аналоговым абонентским линиям этой РАТС.

Протоколы сигнализации для УАТС первых двух групп описаны в первом томе и главах —5 настоящего тома монографии. Что касается протоколов для последней группы УАТС, имеющей наивысшие показатели темпов внедрения в российских телефонных сетях, то они и составляют предмет рассмотрения этого и следующего параграфов. Быстрое распространение малых АТС с включением по аналоговым абонентским линиям связано с возрастанием платы за пользование абонентской линией сети общего пользования, развитием малого бизнеса в России, появлением широкого ассортимента сертифицированных малых АТС и т.п.

Пример включения малой АТС в районную АТС декадно-шаговой системы приведен на рис.1.13, а в районную АТС координатной системы — на рис.1.14.

ПИ - ступень предварительного искания, ГИ - ступень группового искания, ЛИ - ступень линейного искания Рис. 1.13. Включение малой АТС в декадно-шаговую АТС типа АТС- Наиболее существенным ограничением для включения малой АТС по абонентским линиям, налагаемым нормативными документами Министерства связи России, является ограничение нагрузки на абонентскую линию между малой АТС и районной АТС Рис. 1.14. Включение малой АТС в координатную АТС типа АТСК величиной 0.15 Эрл при включении в координатную АТС и 0.155 Эрл при включении в декадно-шаговую АТС. Практическая реализация этого ограничения обеспечивается выбором правильного соотношения числа внутренних абонентов с правом выхода на сеть общего пользования и внешних абонентских линий к районной АТС. Еще одним таким средством может служить специальное программное обеспечение для ограничения исходящей нагрузки, но его востребованность заказчиками весьма сомнительна. Так как функция ограничения нагрузки с трудом поддается контролю, то в ряде нормативных документов просто ограничивается максимальная емкость малых АТС величиной 128 портов.

Эффективным практическим решением проблемы, наряду с ограничением емкости и/или внешней нагрузки малых АТС, может быть их включение в районную АТС по тем же правилам, что и линий уличных таксофонов (рис.1.15). Для первого из представленных на рисунке двух вариантов такого включения (при нагрузке до 0.33 Эрл на линию) разрешается использование линий в каждом 100-номерном абонентском модуле. Номера этих линий 11, 22, 33, 44, 55, 66, 77, 88 и 00 (номер 99 обычно используется для тестового оборудования).

Резюмируя вышесказанное, нельзя не высказать предположение о том, что при введении повременной оплаты местных разговоров эта проблема практически исчезнет, более того, возник­ нет противоположная задача — увеличения, а не ограничения удельной нагрузки абонентских линий. А применяющиеся до той поры административные ограничительные меры, по мнению ав­ тора, следует использовать весьма умеренно, помня диалог из известной пьесы Евгения Шварца:

«Меня так учили. — Всех учили. Но зачем ты оказался первым учеником, скотина этакая?».

Ниже представлены SDL-спецификации сигнализации при включении малых АТС по аналоговым абонентским линиям. Применительно к исходящей связи упрощенная схема включения малых АТС представлена на рис. 1.16.

Рис. 1.15. Включение малых АТС на правах таксофонов АК - абонентский комплект ЛК - линейный комплект АОН - автоматическое определение номера Рис. 1.16. Включение малой АТС в РАТС:

исходящий вызов Приняты следующие значения для таймеров:

Т1=50 мс — длительность импульса и длительность паузы (декадный код); Т2=650 мс — длительность межцифрового интервала (декадный код); Т3=500 мс - выдержка времени при освобождении перед новым занятием.

Строго говоря, вместо таймера Т1=50 мс следовало бы использовать два таймера: Т1.1= медля импульса и Т1.2=60 медля паузы, но для упрощения SDL-диаграммы на рис.1.18 принято усредненное значение.

Для работы с SDL-диаграммой на рис.1.17 желательно изучение главы 2 первого тома, в которой излагаются основы языка SDL. Для тех читателей, которые по каким-либо причинам не хотят или не могут сделать это, ниже приводится достаточно подробное описание весьма простого и очевидного процесса SUBLOC обработки исходящего вызова к районной АТС, который может быть использован и в качестве учебного примера SDL.

Рис. 1.17. Диаграмма взаимодействия процесса SUBLOC для исходящего вызова В исходном состоянии процесс обработки исходящего вызова SUBLOC ожидает сообщения об исходящем вызове, т.е. о наличии абонента, набравшего индекс выхода на сеть общего пользо­ вания («9», «0» или другую заранее определенную цифру).

После появления этого сообщения от программного обеспечения (ПО) обработки вызова малой АТС выполняется задача поРис. 1.18. SDL диаграмма процесса SUBLOC иска свободной линии к районной АТС. Возможны два исхода поиска: найдена или не найдена. В последнем случае в ПО обработки вызова малой АТС направляется сообщение об отказе в обслуживании вызова, приводящее к посылке зуммера «Занято» вызывающему абоненту, и процесс переходит в состояние ожидания освобождения. В этом состоянии ожидается только один сигнал — отбой вызывающего абонента А. После получения этого сигнала процесс возвращается в исходное состояние.

В том случае, если свободная линия к районной АТС найдена, она отмечается занятой, в линию посылается сигнал, имитирующий замыкание шлейфа в телефонном аппарате, а процесс переходит в состояние ожидания цифр номера вызываемого абонента.

В этом состоянии процесс пребывает при ожидании первой и каждой следующей цифры номера. Для их трансляции каждый раз выполняется достаточно тривиальная последовательность действий, связанная с несколькими сменами состояний «трансляция импульса» — «трансляция паузы» и с переходом в состояние «трансляция межцифрового интервала». Другим возможным сигналом в состоянии ожидания цифр номера является сообщение об отбое вызывающего абонента А. В этом случае в абонентскую линию к районной АТС направляется сигнал разъединения, т.е. имитируется размыкание абонентского шлейфа телефонным аппаратом. Далее запускается таймер Т3=500 мс с целью предоставить электромеханической АТС возможность привести соответствующие приборы в исходное состояние, т.е. в состояние готовности к поступлению нового вызова. После срабатывания таймера линия отмечается свободной, и процесс переходит в исходное состояние.

1.6. ВКЛЮЧЕНИЕ МАЛЫХ АТС ПО АБОНЕНТСКИМ ЛИНИЯМ: ВХОДЯЩИЙ

ВЫЗОВ На рис. 1.19 представлена упрощенная схема включения малой АТС в районную АТС по аналоговым двухпроводным абонентским линиям применительно к входящей связи. В этом случае вызывающий абонент после обычной для ГТС процедуры соединяется с оператором малой АТС (консолью). После диалога с оператором и с его помощью организуется соединение с вызываемым абонентом Б.

АК - абонентский комплект ЛК - линейный комплект КО - консоль оператора Рис. 1.19. Включение малой АТС в РАТС: входящий вызов На рис. 1.20 и 1.21 представлены диаграмма взаимодействия блоков и SDL-диаграмма обработки абонентской сигнализации для случая входящего вызова. Методология этих SDLспецификаций полностью соответствует главе 2 первого тома и материалу предыдущего параграфа.

Процесс обработки сигнализации входящего вызова SUBLIC имеет 4 состояния:

S2.0 Исходное S2.1 Посылка вызова. В этом состоянии посылка тонального сигнала «Контроль посылки вызова» абоненту А осуществляется районной АТС S2.3 Разговор. В этом состоянии осуществляется беседа с оператором, поиск и переключение на абонента Б, посылка абоненту А тональных (часто музыкальных) сигналов и/или фраз автоинформатора и т.п. В исходном состоянии S2.0 (см. рис.1.21) ожидается вызывной сигнал. После приема первой посылки этого сигнала предпринимается попытка вызвать свободного оператора или абонента, назначенного в данный момент для приема входящих вызовов. Процесс переходит при этом в состояние посылки вызова S2.1, в котором вызывающему абоненту А от входящей районной АТС посылается акустический сигнал «Контроль посылки вызова».

Рис. 1.20. Диаграмма взаимодействия процесса SUBLIC для входящего вызова В состоянии S2.1 ожидается ответ оператора, приводящий к замыканию шлейфа абонентской линии районной АТС и переходу в разговорное состояние S2.3.

В этом же состоянии возможно прекращение частотной посылки 25 Гц, что может означать либо прекращение вызова до ответа, либо просто паузу в последовательности вызывных посылок согласно рис.1.2. Для определения одной из этих двух причин устанавливается таймер Т1.

Значение таймера Т1=10 с выбирается из соображений достоверного распознавания прекращения вызова от районной АТС с учетом возможных вариантов последовательности посылок вызова от этой АТС, представленных на рис. 1.2. При прекращении посылки 25 Гц происходит переход в состояние S2.2. В этом соРис. 1.21. SDL-диаграмма процесса SUBLIC стоянии возможен ответ оператора, приводящий к замыканию шлейфа абонентской линии районной АТС и переходу в разговорное состояние S2.3. Возможно поступление следующей вы­ зывной посылки, в связи с чем сбрасывается таймер Т1=10 с и осуществляется возврат в состояние S2.1. Еще одно возможное событие в состоянии S2.2 — срабатывание таймера 10с. Это воспринимается как прекращение вызова до ответа, в результате чего вызов оператора прекращается, а процесс возвращается в исходное состояние.

Наконец, в разговорном состоянии ожидается сообщение об отбое вызываемого абонента (или оператора), после приема которого размыкается шлейф и восстанавливается исходное состояние процесса.

Очевидным недостатком рассмотренного процесса SUBLIC является невозможность прямого набора номера абонента малой АТС при входящем вызове от сети общего пользования.

Такой вызов может быть обслужен только с помощью оператора (по очевидным причинам здесь не рассматриваются кустарные методы реализации «дозвона»). Это обстоятельство существенно ограничивает область применения малых АТС.

Ситуация меняется только при подключении малой АТС к АТС сети общего пользования по межстанционным соединительным линиям, что немедленно переводит ее в группу «б»

согласно приведенной в начале главы классификации. Возможные варианты включения по межстанционным соединительным линиям рассмотрены в томе 1 «Сигнализация в сетях связи».

Для такого включения требуются дорогостоящие программные и аппаратные модули поддержки межстанционной сигнализации и АОН, что для АТС небольшой емкости часто оказывается неприемлемым.

Экономически эффективным решением проблемы может оказаться применение специального сигнального конвертора «2х3», рассмотренного в главе 11 первого тома. Такое решение, тем не менее, следует считать компромиссным; прогрессивным его можно назвать, разве лишь определив прогресс по законам Мэрфи «не как замену неправильной теории на правильную, а как замену неправильной теории на неправильную же, но уточненную».

Действительно прогрессивным решением является использование протокола DSS-1, описываемого в главах 3 и 4 данной книги, если, разумеется, этот протокол поддерживается районной АТС.

ЦИФРОВЫЕ

АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ

Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчет, и уже, в конце концов, исполнение венчает мысль. К.Э. Циолковский 2.1. АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ ISDN Хотя передача цифровой информации по существующим аналоговым абонентским линиям начала применяться уже давно, например, при факсимильной связи, возможности передающей среды использовались далеко не полностью. Факсимильное сообщение передавалось на частотах разговорного канала, а скорость передачи, в лучшем случае, составляла 28.8 Кбит/с, причем для большинства абонентских линий были доступны только 9.6 Кбит/с.

Цифровая абонентская линия может обеспечить гораздо большие скорости передачи почти по всем медным парам и с меньшей, чем при связи в полосе тональных частот, стоимостью. Име­ ются и некоторые другие преимущества цифровых линий перед аналоговыми: легкость мультиплексирования нескольких разговорных каналов по принципу временного уплотнения, простота кодирования, новые возможности абонентской сигнализации, использование современной элементной базы и т.п. Справедливости ради следует отметить и некоторые недостатки цифровой передачи: неизбежные искажения при преобразовании исходных речевых сигналов в цифровой формат, более жесткие требования к полосе пропускания, проблемы с эхом из-за увеличения задержек и др.

Основная ориентация цифровых абонентских линий ISDN — базовый доступ по двум Вканалам, каждый на скорости 64 Кбит/с, и одному D-каналу на скорости 16 Кбит/с.

Сам термин ISDN (Integrated Services Digital Network) возник в 70-х годах в Bell Telephone Laboratories и впервые был упомянут в списке терминов Оранжевой книги МККТТ В следующих цветных книгах МККТТ, а затем ITU-T опубликованы рекомендации серии I, структура которых представлена на рис.2.1. Рекомендации описывают концепцию, сетевые и пользовательские аспекты, интерфейсы и услуги ISDN. Основная работа по стандартизации ISDN выполнена Исследовательской комиссией 18 МККТТ, вопросы сигнализации и коммутации ISDN разрабатывались Исследовательской комиссией 11, а аспекты передачи данных ISDN в свете общей проблематики сетей передачи данных рассматривались Исследовательской комиссией 7.

Рис. 2.1. Структура рекомендаций ITU-T серии I На русском языке наиболее удачным эквивалентом термина ISDN, по мнению автора, является аббревиатура ЦСИО (цифровая сеть интегрального обслуживания), хотя в литературе можно встретить термины «цифровая сеть с интеграцией услуг», «цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)» и др.

Разработка ISDN продолжалась так долго, что распространились другие расшифровки аббревиатуры ISDN: «It Still Does Nothing» (она до сих пор ничего не делает), «I Still Don't kNow»

(я все еще не знаю, что это) или «I Still Don't Need it» (мне это пока не нужно).

Именно в области ISDN особенно заметно, что жаргон специалистов слабо поддается логике и едва понятен всем остальным. ITU-T произвольно определил следующие функциональные группы абонентских устройств ISDN (рис.2.2):

ТЕ1 — терминал ISDN, ТЕ2 — несовместимый с ISDN терминал, ТА — терминальный адаптер для подключения несовместимых с ISDN терминалов, NT1 — сетевое окончание уровня 1, NT2 — сетевое окончание уровней 2,3.

Рис. 2.2. Абонентское оборудование и интерфейсы ISDN Терминалы ТЕ-1 полностью совместимы со стандартами ISDN и подключаются к этой сети через четырехпроводный интерфейс, в котором по принципу временного разделения органи­ зованы 3 канала, обозначаемые как В, В, D (или 2B+D). В-каналы имеют пропускную способность 64 Кбит/с, а пропускная способность D-канала составляет 16 Кбит/с. Такой интерфейс называется базовым (BRI — basic rate interface). ISDN предусматривает подключение к одному интерфейсу 2B+D до 8 терминалов ТЕ1.

Терминалы ТЕ-2 несовместимы с ISDN и требуют наличия устройства сопряжения, известного как терминальный адаптер ТА (terminal adapter). ТА преобразует сигналы других стандартов, например, RS-422, EIA-232 или V.35 в стандарт ISDN. Необходимость интеграции этого оборудования с физическими интерфейсами серии V или Е1А обусловлена экономическими соображениями, поскольку многие компании вложили достаточно много денег в те­ лекоммуникационное оборудование других, отличных от ISDN стандартов. Имеются ТА для подключения 25-контактных разъемов интерфейсов RS-232C, 34-контактных разъемов широкополосных модемов V.35,15-контактных разъемов интерфейсов сетей передачи данных Х.20, Х.21, Х.22, интерфейсов RS-449, RS-410 и т.д. Оборудование ТА может устанавливаться не только на правах внешнего модема, но и в качестве встраиваемого в ТЕ2 слота. Такие слоты для IBM-совместимых персональных компьютеров сегодня свободно продаются по весьма умеренным ценам.

Имеются две категории сетевых окончаний: NT1 и NT2. Функциональный блок NT включает в себя основные функции сетевого окончания и обычно представляет собой настенную ко-робку, устанавливаемую оператором сети общего пользования. В функции NT1 входят подача питания к абонентской установке, обеспечение технического обслуживания линии и контроля рабочих характеристик, синхронизация, мультиплексирование на первом (физическом) уровне модели взаимодействия открытых систем и разрешение конфликтов доступа.

Функциональный блок NT2 выполняет функции обработки протоколов уровней 2 и 3, мультиплексирования, коммутации и концентрации, а также функции технического обслуживания и некоторые функции уровня 1. В качестве функционального блока NT2 могут выступать УАТС, локальная сеть или терминальный адаптер. Функции NT1 и NT2 могут объединяться в едином физическом оборудовании, обозначаемом просто NT.

На встречной стороне цифровой абонентской линии в АТС устанавливаются линейное окончание LT и станционное окончание ЕТ, которые не рассматриваются в данной главе, но являются весьма важными элементами цифровой АТС.

В следующем параграфе будет продолжено рассмотрение типовой конфигурации (рис. 2.2).

На базе приведенного только что краткого описания функциональных блоков будут рассмотрены интерфейсы в опорных точках R, S, Т, U.

2.2. ИНТЕРФЕЙСЫ В ОПОРНЫХ ТОЧКАХ Представленная на рис. 2.2 функциональная модель цифровой абонентской линии ISDN содержит 4 опорные точки, обозначаемые латинскими буквами R, S, Т, U.

Интерфейс в точке R связывает несовместимое с ISDN оборудование ТЕ2 с терминальным адаптером ТА. В этой точке могут функционировать синхронные и асинхронные интерфейсы, определенные, в частности, рекомендациями ITU-T серий V и X.

Интерфейс в точке S, известный как интерфейс «пользователь—сеть», соединяет ISDNсовместимое терминальное оборудование с сетевым окончанием. Этот интерфейс стандартизован по трем уровням:

уровень 1 (рекомендация 1.430), уровень 2 (рекомендация Q.921), уровень 3 (рекомендация Q.931).

Стандартизация S-интерфейса имеет первостепенное значение, так как именно здесь требуется совместимость терминалов и определенная независимость от изготовителя. Для уровня 1 стандартизируются следующие атрибуты интерфейса: электрические, функциональные, механические и процедурные. Электрические атрибуты описывают уровни, напряжения, емкость, временные параметры электрических сигналов и др. Функциональные атрибуты описывают функции, выполнение которых должен обеспечивать физический интерфейс, такие как управление, синхронизация, передача данных. Механические атрибуты описывают размеры разъемов, количество и типы проводов для интерфейса. Процедурные атрибуты описывают, что должен выполнять интерфейс, и последовательность событий, связанную с передачей сигналов через интерфейс.

В рамка хуровня 1, в частности, специфицирован разъем на базе стандарта ISO 8877. В основном этот разъем совпадает с телефонным разъемом, принятым в Северной Америке (рис.

2.3), где более популярным является обозначение RJ45. В Европе эти разъемы были распространены несколько меньше; например, в Германии использовался собственный, нестандартный разъем.

Рис. 2.3. Разъем для S-интерфейса по ISO Таблица 2.1. Назначение контактов S-интерфейса Шинная конфигурация базового S-интерфейса согласно стандарту I.430 имеет одно сетевое окончание, два нагрузочных сопротивления (одно в сетевом окончании, другое — на конце шины) и предусматривает возможность подключения к шине некоторого числа оконечных устройств. Как уже отмечалось в параграфе 2.1, к короткой шине можно подключить до терминалов и/ или терминальных адаптеров.

Через интерфейс в точке S, когда он полностью активизирован, происходит непрерывная передача битов в обоих направлениях между NT и ТЕ со скоростью 192 Кбит/с. Эти 192 Кбит/с составляют два В-канала по 64 Кбит/с, один D-канал 16 Кбит/с и ресурс 48 Кбит/с для синхронизации циклов и техобслуживания в пределах уровня 1. Структура цикла в точках S и Т приведена на рис.2.4.

Структура меняется в зависимости от направления передачи между NT и ТЕ, но идентична для конфигурации «точка—точка» и для многоточечной конфигурации. Циклы имеют длину битов и передаются из ТЕ и NT каждые 250 мкс. Первый бит цикла, передаваемого к NT, задерживается на два битовых периода по отношению к первому биту цикла, принимаемого от NT.

Цикл длительностью 250 мкс обеспечивает скорость 4000 циклов в секунду ( секунда/О.00025 = 4000) и скорость передачи 192 Кбит/с (4000*48 = 192000). Однако в каждом цикле имеются 12 служебных битов, поэтому скорость передачи данных пользователя составляет 144 Кбит/с (4000*[48 - 12] = 144000).

Первые два бита цикла — синхронизирующий бит (F) и симметрирующий бит (L). Эти биты используются для цикловой синхронизации. Кроме того, бит L используется в цикле ТЕ для электрического симметрирования цикла, а в цикле NT — для электрического симметрирования каждого байта В-канала и каждого бита D-канала. Дополнительный бит цикловой синхронизации (Fa) и бит N (только в цикле NT) также используются в процедурах цикловой синхронизации. Бит А (только в цикле NT) используется для активизации и деактивизации ТЕ. Биты эха гарантируют, что тракт свободен перед попыткой передачи со стороны ТЕ.

Интерфейс в точке связывает оборудование пользователя с находящимся в помещении пользователя сетевым окончанием NT1.

Интерфейсы в точках Т и S являются источником некоторой путаницы. Строго говоря, S и Т обозначают не интерфейсы, а опорные точки. Точка S является точкой подключения терминалов и адаптеров к NT2, а точка Т — точкой подключения NT2 к NT1. Если функции NT отсутствуют, эти точки совпадают. Если функции NT2 присутствуют, интерфейсы в обеих точках могут быть идентичны на уровнях 1 и 2. Тем не менее, на уровне 3 они могут различаться в связи с тем, что протоколы сигнализации для интерфейса S являются, как правило, протоколами частной (ведомственной) сети, в то время как в интерфейсе Т действуют протоколы сети общего пользования.

Интерфейс в точке U является интерфейсом между оборудованием NT1 и оборудованием АТС. К сожалению, точка U не определена в рекомендациях ITU-T, поскольку форма сигналов в интерфейсе U должна быть согласована с физическими характеристиками линий, которые в разных странах отличаются друг от друга. Более веской причиной того, что ITU-T уклонялся от выпуска стандарта на U-интерфейс, являлось, по мнению автора, совпадение корпоративных интересов компаний, выпускающих оборудование связи, и операторов сетей связи.

Телекоммуникационные корпорации лоббировали принятие уже разработанных ими различных стандартов для U-интерфейса, и некоторые телефонные операторы тоже не хотели введения такого стандарта — его отсутствие позволяло зарабатывать на арендной плате за абонентское оборудование на дальнем конце линии.

Так или иначе, сегодня U-интерфейс в ITU-T не определен. Рекомендация G.961 содержит лишь общие требования к цифровой системе передачи при базовом доступе ISDN по металлическим линиям связи и содержит шесть приложений, в которых даются подробные определения альтернативных систем передачи:

• MMS43, модифицированный код мониторинга с эхокомпенсацией, где 4 бита отображаются в три троичных символа с линейной скоростью передачи символов 120 Кбод;

• 2B1Q, четырехуровневый кодсэхокомпенсацией, где два двоичных бита отображаются в один четверичный символ с линейной скоростью передачи символов 80 Кбод;

• AMI, биполярный код с эхокомпенсацией и линейной скоростью передачи символов Кбод;

• AMI, с попеременным чередованием направления передачи (пинг-понг) и линейной скоростью передачи символов 320 Кбод;

• двоичный двухфазный код, с использованием эхокомпенсации с линейной скоростью передачи символов 160 Кбод;

• SU32, подстановочный безусловный код 3В2Т с компенсацией эха и линейной скоростью передачи символов 108 Кбод.

В границах Европы имеется возможность выпуска европейского стандарта, базирующегося либо на системе 2B1Q, используемой в Великобритании, либо на MMS43, используемой в Гер­ мании и Франции.

В документах и рабочих материалах, утвержденных Госкомсвязи РФ, в частности, в Общих технических требованиях на средства связи для подключения к ISDN, на участке U-интерфейса нормируется применение кода 2B1Q.

В конце параграфа будут даны краткие пояснения, но вначале представляется целесообразным сказать несколько слов о принципах технической реализации U-интерфейса. В общем виде техническая проблема заключалась в достижении двухсторонней передачи почти по любым существующим физическим парам. Эта проблема в настоящее время успешно решена;

более того — существуют три подхода к ее решению. Два из них основаны на хорошо известном методе разделения направлений передачи и приема либо по времени, либо по частоте, а третий — на использовании дифсистем в сочетании со средствами компенсации эха.

Метод передачи с поочередным переключением направлений связи (метод пинг-понга) или временного сжатия (ТСМ) позволяет использовать медную пару на каждом конце то для передачи, то для приема (рис. 2.5). При синхронной передаче скорость передачи по линии должна быть увеличена почти вдвое.

Рис. 2.5. Метод «пинг-понг» (полудуплекс) для U-интерфейса Метод «пинг-понг» требует для своей реализации меньших затрат, чем метод компенсации отраженных эхосигналов, однако имеет недостаток — меньшую зону действия (максимально км). Он используется, в основном, для малых учрежденческих АТС, т.к. для телефонных сетей общего пользования такое расстояние слишком мало.

Существует общее заблуждение относительно режима работы с поочередным переключением направлений связи. Часто считают, что область его возможного применения, ограниченная затуханием линии, ограничена также задержкой распространения сигнала в прямом и обратном направлениях. Посылку пакета данных, передаваемых по линии, можно представить в виде шарика для пинг-понга, которому нужно время (около 5 мкс на километр), чтобы переместиться от одного конца линии к другому. Обычно говорят, что «шарик» должен вернуться, прежде чем можно будет передать следующую посылку данных; т.е. частота посылок ограничена двусторонней задержкой (временем двойного пробега) при передаче. До некоторой степени это можно преодолеть, увеличивая размер «шарика» (помещая больше информации в каждой посылке), но такой подход тоже ограничен, т.к. при этом увеличивается время передачи, поскольку перед передачей посылка должна быть заполнена. Из того, что размер «шарика» и частота его посылки ограничены, можно сделать ошибочное заключение, что и реальная производительность метода тоже ограничена.

Это заблуждение вызвано предположением, что игра ведется только одним шариком. Игра двумя или несколькими шариками более трудна, но дополнительное усложнение системы передачи на основе такого подхода меньше, чем в системе с эхокомпенсацией, основанной на стандарте Института национальных стандартов США (ANSI). Следовательно, ограничение скорости работы с поочередным переключением направлений обусловлено только возрастанием затухания и помех с увеличением полосы пропускания, необходимой для передачи. Это делает систему пригодной для работы лишь на коротких линиях, где простота ее реализации дает значительные преимущества. Возможно, поэтому такая система была очень популярна в Японии, где ограничения на длину линий менее важны в силу местных географических особенностей.

Разделение направлений передачи по частоте требует такой же ширины полосы пропускания, как и разделение по времени. В обоих случаях основную ширину полосы нужно удвоить. Дополнительное расширение полосы, необходимое для реализации частотных фильтров при разделении по частоте, уравновешивается дополнительным расширением полосы, необходимым для замирания эхо-сигнала при поочередном переключении направлений. Техника поочередного переключения направлений, однако, проще в реализации, поскольку она является чисто цифровой и не требует применения аналоговых узкополосных фильтров.

При методе эхокомпенсации передатчик и приемник могут работать одновременно (рис.2.6). Передаваемая и принимаемая информация находится в одном и том же канале, а сам метод эхо-компенсации позволяет рассчитать принимаемый сигнал, если известны характеристики линии и передаваемый сигнал. Именно на применении этой третьей технологии построен североамериканский стандарт ANSI. Возможно, географический фактор здесь тоже сыграл свою роль: при эхокомпенсации требуется меньшая ширина полосы пропускания, чем при разделении по времени или по частоте, благодаря чему достигается больший радиус действия (6- км).

Если выходное сопротивление передатчика согласовано с комплексным сопротивлением линии, амплитуда сигнала в линии будет в точности равна половине амплитуды передаваемого сигнала (рис.2.7). Сигнал, принимаемый с другого конца линии, может поэтому быть получен путем вычитания половины выходного сигнала передатчика из суммарного сигнала в линии. К сожалению, сопротивление линии — величина комплексная и меняется от линии к линии, так что принимаемый сигнал, извлекаемый таким простым способом, содержит эхосигналы от передаваемого сигнала.

Рис. 2.6. Метод компенсации эхосигналов для U-интерфейса Эти эхосигналы вызваны рассогласованием между согласующим сопротивлением и характеристическим сопротивлением линии, а также между характеристическими сопротивлениями разных участков линии. Эхосигнал из-за рассогласования между ха­ рактеристическим сопротивлением последнего участка и оконечным сопротивлением на другом конце незначителен, он гораздо меньше сигнала, передаваемого с другого конца. Эхокомпенсация действует по принципу вычитания сигнала, полученного путем адаптивной оценки эхосигналов, вызванных этими рассогласованиями (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Вычисление принимаемого сигнала путем вычитания передаваемого сигнала Для успешной эхокомпенсации нужно, чтобы отсутствовала корреляция между передаваемым и принимаемым сигналами. Если это условие не выполняется, принятый сигнал может иметь сходство с эхом передаваемого сигнала и эхокомпенсатор может попытаться скомпенсировать принимаемый сигнал, поскольку спутает его с эхосигналом. Чтобы гарантировать отсутствие корреляции, на разных концах линии обычно применяют различные алгоритмы кодирования, уменьшая таким путем вероятность случайно возникающей корреляции.

Техническое преимущество выбранного в качестве стандарта ANSI двоичного кода 2В1Q является следствием меньших требований к полосе пропускания и, в результате, меньшего влияния затухания и шума. Код 2B1Q представляет пары битов (2В) как единую четырехуровневую величину (1Q). В качестве его альтернативы обычно используют трехуровневые (троичные) коды. Код ЗВ2Т представляет набор из 3 битов (3В) с восемью возможными комбинациями как пару троичных величин (2Т), позволяющую составить девять комбинаций, число которых можно уменьшить до восьми, если, например, не использовать троичную пару 0—0. Подобным же образом код 4ВЗТ представляет группу из 4 битов (4В) с шестнадцатью возможными комбинациями как группу из трех троичных величин (ЗТ), допускающую 27 комбинаций. Отображение 4В3Т можно сократить до двух отображений ЗВ2Т, если первый из четырех отображаемых битов будет определять значение первой троичной величины (+1 или —1), а оставшиеся три бита будут отображаться согласно коду ЗВ2Т. Несмотря на это, 4В3Т получил большее распространение, отчасти из-за коммерческой поддержки.

Резервные комбинации в кодах 3В2Т и 4В3Т можно использовать для специальных функций, для улучшения спектрального состава кодов или характеристик в присутствии шума.

Различные коды иллюстрирует рис.2.8.

Простейший троичный код — это код с чередованием полярности импульсов (биполярный код AMI), который поочередно представляет двоичные единицы как +1 и — 1. Он обладает тем недостатком, что если передается длинная строка нулей, выделение тактовой частоты может быть ухудшено. Чтобы помочь восстановлению тактовой частоты, данные обычно скремблируются, но для этого не нужны дополнительные средства, поскольку скрембли-рование требуется в любом случае для эхокомпенсации.

Рис. 2.8. Линейные коды для передачи по парам медных проводов Одним из простейших кодов является двухуровневый двухфазный код. Попросту говоря, он может представить «1» положительным переходом фазы в центре битового интервала, а «0» — отрицательным переходом фазы. Чтобы избежать необходимости помечать отдельные жилы медной пары, что создает рабочие проблемы при эксплуатации, разумнее использовать дифференциальное двухфазное кодирование. При этом «1» представляется как единичная прямоугольная волна, а «0» — как половина периода прямоугольной волны с вдвое большим периодом. Здесь также имеет место пересечение нулевого уровня (переход через ноль) на каждой границе битовых интервалов.

Недостаток двухфазного кодирования состоит в необходимости иметь полосу пропускания, вдвое более широкую, чем для большинства других кодов, но это компенсируется преимуществами более простой реализации.

Поскольку полоса пропускания широка и спектральная энергия на нижних частотах мала, эхосигнал быстро замирает, что позволяет реализовать эхокомпенсатор на основе запоминающего устройства. Кроме того, реализацию можно выполнить с помощью фиксированного выравнивателя, т.к. код является частично самовыравнивающимся (самовыравнивание происходит, поскольку дисперсия нулей и единиц может нейтрализоваться по длине линий, т.к.

кодирование нулей как полуцикла с большой величиной третьей гармоники вырабатывает сигнал с характеристиками, подобными характеристикам единиц, кодирующихся как полный цикл).

Двухфазное кодирование тесно связано с миллеровскими кодами, которые имеют гораздо меньший спектр. Например, один из типов миллеровского кода представляет единицу как передачу в середине битового интервала, а нуль — как передачу не в середине битового интервала и вводит передачу конечного бита после двух последовательных нулей, если за ними следует третий нуль. Применение миллеровского кода вместо двухфазного создает возможность снижения спектра кода, что также упрощает реализацию, т.к. отсутствие энергии на нижних частотах опять-таки способствует быстрому замиранию эхосигналов.

По сравнению с этим, выбранный ANSI код 2В1Q имеет одну из наиболее сложных реализации. Он требует как адаптивного выравнивания, так и эхокомпенсации, причем эхокомпенсация может требовать сочетания нескольких технических приемов, что вызвано нелинейностями и длительным временем спадания эхо-сигналов.

Сложность реализации стандарта ANSI ставит вопрос о том, почему был выбран только один код. Высокая стоимость и длительность разработки могли бы быть уменьшены, если бы принятый ANSI стандарт использовался на длинных линиях, а более простой подход, такой как двухфазный или с поочередным переключением направлений, — на более коротких.

Любопытно, что в этой области, как и во многих других областях разработки стандартов, из двух решений было принято более сложное, а более простое отвергнуто. Автор далек от предпо­ ложения, высказанного в [78], что эксперты в области стандартизации препятствуют простым решениям только потому, что простые решения дают меньший простор для демонстрации их высокого профессионализма. Но и другого объяснения автор тоже предложить не может.

Одним из факторов, ограничивающих возможности передачи по цифровым линиям, является шум. Имеются две составляющие шума при цифровой передаче: переходное влияние на ближнем конце (NEXT) и импульсный шум. Переходное влияние вызвано несимметричными связями между разными кабельными парами. Когда связи несимметричны, сигналы от соседних пар вызывают появление разностного сигнала на двух плечах пары, поскольку на эти плечи оказывается разное влияние. Составляющая наведенного сигнала, которая продолжает распространяться по кабелю в том же направлении, что и вызвавший ее сигнал в соседней паре, называется переходным влиянием на дальнем конце (FEXT). Составляющая, распространяющаяся в обратном направлении, — это переходное влияние на ближнем конце NEXT.

При симметричной двухсторонней передаче помеха NEXT оказывает большее влияние на полезный сигнал, чем FEXT, поскольку FEXT затухает как из-за переходных связей, так и в про­ цессе передачи по всей длине кабеля, в то время как NEXT проходит только небольшое расстояние и вновь возвращается. Помехи NEXT от разных соседних пар обычно действуют так, как если бы их фазы были случайными; следовательно, общая мощность переходного сигнала складывается как сумма мощностей всех наведенных сигналов. Это очень упрощенное представление, т.к. переходное влияние из-за несимметричности вблизи источника сигнала имеет тенденцию к большей величине вследствие меньшего затухания при передаче, а общий результат имеет тенденцию к синфазности или противофазности, в зависимости оттого, какое плечо пары принимает больший сигнал. Следовательно, общий сигнал NEXT, возникающий в паре, несколько больше полученного при оценке путем сложения отдельных мощностей. Однако, даже с учетом сказанного, для большинства условий внешнего окружения шум вследствие переходного влияния не превышает импульсного шума.

Импульсный шум вызывается электромагнитными наводками, поступающими от множества различных источников. Один из этих источников — телефонные станции. Старые станции электромеханических систем могут являться самым сильным источником шумов из-за импульсов, генерируемых обмотками электромагнитных устройств, но и современные цифровые станции тоже генерируют шумы, которые влияют сильнее, чем можно было бы ожидать, по причине их синхронности с тактовыми сигналами. Импульсный шум также генерируется при включении или выключении вызывного напряжения, при переполюсовке напряжения питания линий, при замыкании шлейфа соседней линии или при передаче по ней импульсов набора номера.

Еще одним ограничивающим фактором при передаче цифровых сигналов может являться наличие на линиях пупиновских катушек, установленных ранее для улучшения характеристик пе­ редачи в речевом диапазоне. Пупиновские катушки — это небольшие индуктивности, подключенные к линии на некотором расстоянии друг от друга для того, чтобы улучшить частотную характеристику линии в речевом диапазоне за счет компенсации емкости этой линии, но препятствующие передаче цифрового сигнала из-за сильного увеличения сопротивления линии на более высоких частотах.

Резюмируя вышеизложенное, можно отметить, что цифровая передача, обеспечивающая базовый доступ ISDN, возможна почти на всех существующих парах медных проводов сети абонентского доступа. Наборы микросхем U-интерфейса не всегда могут обеспечить использование линий теоретически максимальной длины из-за шумов и понижения качества передачи. В частности, в наихудшем случае импульсного шума в реальных системах и при наличии пупиновских катушек работа в цифровом режиме может оказаться невозможной.

Основным параметром является расстояние от телефонной станции до терминала абонента.

Если терминал расположен относительно близко к коммутационному оборудованию ISDN, вме­ сто U-интерфейса можно применить S-интерфейс. Он является 4-проводным и не требует сетевого окончания. Максимальная длина абонентской проводки, когда в точке S или Т подключается только один терминал ТЕ1 или терминальный адаптер ТА, составляет приблизительно 1 км. К короткой пассивной шине длиной до 100-200 м могут подключаться до терминалов. В случае, если расстояние между самими терминалами ограничено величиной по­ рядка 25-50 м, терминалы могут группироваться на конце длинной пассивной шины (до 1 км).

Пассивная шина может использоваться для соединения «точка—точка» или «точка—группа точек» (соединение NT и нескольких ТЕ в вещательном режиме), но не может обеспечить более одного соединения «точка—точка» одновременно.

При расстоянии между телефонной станцией и абонентским оборудованием менее 3 км применяется U-интерфейс с использованием метода «пинг-понг», а при расстоянии до 8 км — Uинтерфейс с эхокомпенсацией.

В заключение данного параграфа нельзя не упомянуть интерфейс в точке V. Опорная точка V была определена относительно недавно и в настоящий момент все еще остается предметом стандартизации. Эта точка находится между оборудованием линейного окончания (LT) на станционном конце абонентской линии и станционным окончанием (ЕТ). Цель введения стандарта в этой точке — предоставление возможности совместного использования коммутационное оборудование разных производителей с различными системами абонентского доступа, включая беспроводные линии связи, а также оптико-волоконные линии и кабели с мед­ ными жилами. Подробно интерфейс в точке V будет обсуждаться в главах 6—8.

2.3. ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ДОСТУП ISDN

К настоящему времени определены два вида пользовательского доступа ISDN: базовый доступ и первичный доступ. Базовый доступ предоставляет пользователю два канала 64 Кбит/с, названных каналами В, и один канал 16 Кбит/с, названный каналом D; общая «информационная»

скорость передачи составляет 144 Кбит/с. Каналы В независимы, обычно они используются для услуг коммутации каналов, полупостоянных соединений и пакетной коммутации; канал D используется только для услуг пакетной коммутации и сигнализации между пользователем и сетью. Базовый доступ 2B+D был спроектирован таким образом, чтобы ресурс передачи по существующим медным парам проводов ГТС мог давать пользователю значительно более широкий диапазон услуг, чем это возможно в аналоговой сети абонентского доступа.

Первичный доступ (доступ на первичной скорости) — это доступ на скорости передачи Мбит/с, который предоставляет 30 каналов В со скоростью 64 Кбит/с каждый плюс канал D со скоростью 64 Кбит/с. Первичный доступ может также предоставлять каналы со скоростью Кбит/с, называемые каналами Н0, или единственный канал на скорости 1920 Кбит/с, называемый H1 2.

Существует также североамериканский эквивалент, называемый Н11 (скорость Кбит/с).

Рис. 2.9. Два основных типа доступа ISDN Важно понимать, что речь здесь идет о каналах доступа к услугам ISDN (услугам доставки информации, услугам предоставления связи и дополнительным услугам). Сами каналы услуг не предоставляют, но их природа вводит некоторые ограничения возможностей предоставления услуг. Например, в то время как канал В может обеспечивать доступ как к услугам коммутации каналов, так и к услугам пакетной коммутации, канал D может обеспечивать доступ только к услугам пакетной коммутации.

В заключение данного параграфа следует подчеркнуть, что интерфейс первичного доступа PRI получил широкое распространение как интерфейс для подключения УПАТС к опорной АТС во многом за счет удобства использования применяемой в этом интерфейсе сигнализации DSS-1, о которой подробно говорится в главах 3, 4.

2.4. АБОНЕНТСКИЕ ЛИНИИ xDSL Как было неоднократно отмечено в этой главе, основная поддерживаемая ISDN скорость передачи пользовательской информации составляет 64 Кбит/с, что не так давно представлялось вполне достаточным для телефона, соединенного с компьютером. Оснащенный таким базовым доступом пользователь может получить услуги традиционной телефонии, видеофона, передачи данных по протоколам Х.25, Frame Relay, выход в сеть Интернет со скоростью 64 Кбит/с или Кбит/с и др. Но, к сожалению, сравнительно небольшие по сегодняшним меркам скорости передачи ISDN исключают предоставление абонентам таких сетевых услуг, как передача подвижных изображений с высоким качеством, передача больших объемов данных с высокими скоростями, высококачественная видеотелефония, видеоконференция, широковещательная передача телевизионных (в том числе высокой четкости) и звуковых программ и т.п. Так как в этой области существует определенная терминологическая путаница, поясним, что имеется в виду. Категория видео использует, в частности, технику «замороженный кадр», которая характеризуется относительно низким временным разрешением от одного до шести кадров в секунду. Услугу, основанную на этой технике, иногда называют видеофоном.

Видеоизображение с полной передачей движения может иметь различные качественные характеристики и разрешение. Наихудшее качество соответствует воспроизведению на бытовом кассетном видеомагнитофоне (VCR). Наилучшее качество соответствует характеристикам, которые обеспечивают коммерческие студии телевидения. Между «замороженным кадром» и видео с полной передачей движения располагается видеотелефония, характеризующаяся отно­ сительно низкой резкостью и низким уровнем активности движений, например, при показе головы и плеч одного человека. Отличающийся от этого другой тип услуги — видеоконференция — характеризуется почти полной передачей движений группы людей. И, наконец, высшую степень качества дает телевидение с высокой четкостью, или HDTV, которое требует чрезвычайно большой ширины полосы пропускания даже с применением компрессии.

Следует отметить, что еще на ранних стадиях разработки узкополосной ISDN появлялись разумные возражения против подхода 2B+D, соответствующие известной формуле А. Дюма:

«Для Атоса это слишком много, а для графа де Ла Фер это слишком мало», но, как обычно, они не были услышаны. Однако, справедливость этих возражений проявилась в следующем этапе раз­ вития ISDN: широкополосной ISDN (Broadband ISDN или B-ISDN) со скоростями передачи информации 155 Мбит/с и 622 Мбит/с, которая может предоставить пользователям упомянутые выше, а также многие другие интерактивные услуги и услуги распределения информации.

Протоколам широкополосных телекоммуникационных сетей автор планирует посвятить третий том данной монографии под общим названием «Телекоммуникационные протоколы», а сейчас представляется целесообразным оценить, что еще может быть сделано на базе существующей абонентской сети. Помимо ISDN имеется технология, позволяющая эффективно использовать уже уложенный в землю медный кабель, достигая скоростей и качества передачи, доступных лишь на волоконно-оптических линиях. Это так называемая xDSL-технология, обеспечивающая, кстати, гораздо большие скорости передачи по обычным медным проводам, чем предлагаемый ISDN канал 64 Кбит/с.

Существует несколько вариантов xDSL:

HDSL (High-data-rate Digital Subscriber Line), или высокоскоростная цифровая абонентская линия, представляет собой два модема, соединенных одной или несколькими кабельными парами.

При этом обеспечивается симметричная дуплексная передача цифровых потоков на скорости 2.048 Мбит/с. Такой же тракт поддерживает и аппаратура ИКМ-30, однако более новая технология HDSL позволяет значительно увеличить длину регенерационного участка и предъявляет гораздо менее жесткие требования к переходному затуханию в используемых кабелях. В HDSL-технологии для передачи сигнала могут использоваться 1, 2 или 3 пары обыч­ ного телефонного кабеля.

Как и в цифровых абонентских линиях ISDN, рассмотренных в предыдущих параграфах этой главы, в HDSL для разделения направлений передачи и приема на каждом конце каждой из двухпроводных линий используются дифсистема и эхокомпенсатор.

Первоначальные спецификации для HDSL в Соединенных Штатах предусматривали работу в режиме двойного дуплекса с линейным кодом 2В1Q (четырехуровневое кодирование с симмет­ ричным спектром), уже рассмотренным в п.2.2. Выбор линейного кода мотивировался быстротой реализации, поскольку 2В1Q уже являлся стандартом США для цифровой передачи. В Европе тоже был принят код 2В1Q, но с двумя опциями. Первая — троичный дуплексный вариант, который отнюдь не идеален, поскольку нужна дополнительная пара, но обладает тем достоинством, что может использовать преимущества разработанной в Соединенных Штатах технологии. Второй вариант — метод двойного дуплекса с работой на более высокой скорости.

Типовая HDSL, использующая две кабельные пары, показана на рис.2.10. На станции устанавливаются станционные модули HDSL, а в помещениях абонентов — удаленные модули HDSL. Оборудование TadiGain фирмы Tadiran, например, поддерживает скорости передачи:

• по одной паре 2064 Кбит/с • по двум парам (на каждую пару) 1168 Кбит/с • по трем парам (на каждую пару) 784 Кбит/с Рис.2.10. Пример HDSL Так как затухание сигнала в кабеле возрастает с его частотой, благодаря более узкому частотному спектру дальность передачи в HDSL с кодом 2B1Q существенно больше, чем в аппаратуре ИКМ-30. HDSL успешно используется во всем мире уже на протяжении многих лет.

SDSL (Single-line Digital Subscriber Line) представляет собой однопарную версию HDSL.

Эта система обеспечивает симметричную дуплексную передачу цифрового потока со скоростью 2048 Кбит/с по одной паре телефонного кабеля.

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line), или асимметричная цифровая абонентская линия, представляет собой два модема, соединенных одной кабельной парой. Первоначально принципы ADSL возникли с целью предоставления услуги «видео по запросу» (VoD), которая позволяет пользователю выбрать из библиотеки видеозаписей видеофильм для просмотра и конкурирует с широковещательным телевидением. Рекламировалась и другая услуга — торговля на дому, позволяющая пользователю просмотреть товары виртуального супермаркета. Еще одно планируемое использование технологии ADSL — обучение из удаленных аудиторий, когда учитель или лектор представляет учебный материал, а также получает вопросы и отвечает на них в процессе представления этого материала. Такое обучение может быть особенно полезно там, где обычная школа слишком мала, чтобы иметь учителя-предметника по некоторым учебным дисциплинам, или когда лекция проводится узким специалистом. Однако, как это часто бывало в истории техники, в процессе разработки технологии ADSL возникли более интересные области ее применения. Это — поддержка высокоскоростных интерактивных приложений и, в первую очередь, — доступ к Internet, а также циркулярная рассылка информации в ведомственных сетях, включая доступ к централизованным базам данных из удаленных офисов компаний, предоставление в различном виде информации по требованию, интерактивные игры, другие услуги мультимедиа.

В модемах ADSL используются три типа модуляции:

• дискретная многочастотная модуляция DMT (Discrete MultiTone), принятая не так давно Американским национальным институтом по стандартизации ANSI в качестве стандарта для линейного кодирования ADSL-каналов. Это стандарт ANSI Т1.413;

• амплитудно-фазовая модуляция без несущей CAP (Carrier-less Amplitude/Phase), которая была разработана раньше DMT. В большинстве эксплуатирующихся сегодня устройств ADSL применена именно САР-модуляция, а модуляция DMT используется в самом новом оборудовании;

• квадратичная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation), которая используется весьма редко.

Сегодняшняя технология ADSL позволяет передавать данные на скоростях от 1.5 до Мбит/с в прямом направлении и от 16 до 640 Кбит/с в обратном направлении. Максимальная длина линии около 5.5 км.

RADSL (Rate-Adaptive ADSL) — ADSL с адаптируемой скоростью. Эта технология может приспосабливаться к характеристикам конкретной линии (длина, соотношение сигнал—шум и др.), соответственно управлять скоростью передачи и за счет этого достигать максимальной пропускной способности в реальных условиях.

VDSL (Very-high-data-rate Digital Subscriber Line), или сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия, существует пока только в лабораториях, а общего стандарта еще не создано, но ожидается, что скорость передачи будет от 12.9 Мбит/с до 52.8 Мбит/с. VDSL предназначена для работы в АТМ-сетях, о чем будет сказано в томе 3 настоящей монографии. На линиях данного типа допускается наличие пассивных сетевых окончаний, поэтому к одной линии может быть подключено более одного VDSL-модема, подобно тому, как в настоящее время к абонентской линии подключаются дополнительные телефонные аппараты.

VDSL может использоваться на конце волоконно-оптической линии связи для оконечного абонентского ввода по паре медных проводов. В системах «волокно-к-распределительной-коробке» (FTTC) «хвост» VDSL может иметь длину до 500 м, а скорость передачи предполагается в диапазоне от 25 до 51 Мбит/с.

В системах «волокно-к-распределительному-шкафу» (FTTCab) «хвост» может быть несколько длиннее километра, а скорость передачи — равной 25 Мбит/с.

Рис. 2.11. Использование спектра:

(a) DSL ISDN; (б) HDSL; (в) ADSL Более высокие скорости передачи данных делают для VDSL привлекательной систему модуляции DMT, особенно благодаря тому, что она стандартизована ANSI. Однако может оказаться лучшим использовать разные каналы для разных направлений передачи, поскольку это легче реализовать в многоканальной системе, особенно когда потоки данных асинхронны.

Спектр передачи для VDSL, по-видимому, существенно не превысит 10 МГц (в случае ADSL он составляет примерно 1 МГц). Однако, спектр для VDSL может начинаться на более высокой частоте (около 1 МГц), что позволяет уменьшить взаимное влияние систем передачи на более низких частотах и упростить спецификацию фильтра.

Единственным серьезным аргументом против xDSL-технологии является отсутствие соответствующих абонентских комплектов в современных цифровых АТС, в то время как абонентский комплект ISDN стал уже вполне привычным элементом этихАТС. Оборудование xDSL, к сожалению, требует гораздо больших усилий для его интеграции в современную цифровую АТС. Кроме того, телефонные компании затратили большие средства на внедрение ISDN, а в результате выяснили, насколько трудно и дорого использовать эту технологию.

Технология xDSL, безусловно, имеет свои преимущества, иллюстрируемые рис.2.11, но все же операторские компании не готовы тратить значительные средства на ее внедрение.

В заключение этой главы автор хотел бы предложить читателю свою собственную, хотя и весьма банальную разгадку целого ряда труднообъяснимых ситуаций с цифровыми линиями сети доступа. Эта разгадка сформулирована еще царем Соломоном следующим образом: «Всему свой час, и время всякой вещи под небесами» и подтверждается нижеследующей хронологией.

Низкоскоростные цифровые системы передачи и линии ИКМ-30 (2048 Кбит/с) были разработаны в 1960-х гг. Цифровая сеть интегрального обслуживания (ISDN) была разработана в 1980-х гг. Технология цифровых высокоскоростных абонентских линий xDSL разработана в гг. Продолжим цитату: «... время рождаться и время умирать, время искать и время терять, время сберегать и время бросать».

ПРОТОКОЛ DSS-1:

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ