В. В. Величко,
Г.П. Катунин,
В. В. Шувалов

ОСНОВЫ
ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ

Под редакцией профессора В. П. Шувалова

Рекомендовано УМО по образованию
в области телекоммуникаций в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки
дипломированных специалистов

210400 - «Телекоммуникации»

Москва
Горячая линия - Телеком
2009
УДК 621.39

ББК 32.88

0-75

Рецензенты: доктор техн, наук, профессор Ю. А. Ковалгин, кандидат
техн, наук, профессор А. П. Пшеничников

0-75 Основы инфокоммуникационных технологий. Учебное пособие
для вузов / В. В. Величко, Г. П. Катунин, В. П. Шувалов; под ред.
профессора В. П. Шувалова. - М.: Горячая линия-Телеком,
2009.-712 с.: ил.

ISBN 978-5-99124)055-4.

<. В учебном пособии с единых позиций рассмотрен комплекс вопро-
сов, относящихся к инфокоммуникационным технологиям: пред-
ставлены основы построения телекоммуникационных систем и сетей,
дано представление о современных беспроводных средствах связи,
включая подвижные средства связи, рассмотрены принципы построе-
ния сетей следующего поколения и технологии, применяемые при
этом. Книга содержит также описание конкретных решений по реали-
зации сетей NGN.

Для студентов вузов связи и колледжей. Книга может быть ис-
пользована для повышения квалификации работниками предприятий
связи.

ББК 32.88

Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru

Учебное издание

Величко Вячеслав Витальевич
Катунин Геннадий Павлович
Шувалов Вячеслав Петрович

Основы инфокоммуникационных технологий

Учебное пособие для вузов

Редактор И. Н. Алексеева

Обложка художника В. Г. Ситникова

Подписано в печать 25.06.08. Формат 60x90/16.

Усл. изд. л. 44,5. Тираж 2000 экз. Изд. № 855
Отпечатано с готовых диапозитивов в ООО ПФ «Полиграфист».

160001, г. Вологда, ул. Челюскинцев, 3. Зак. 4907.

ISBN 978-5-9912-0055-4	© В. В. Величко, Г. П. Катунин,

В. П. Шувалов, 2009

© Оформление издательства
«Горячая линия-Телеком», 2009
Предисловие

Представленная вниманию читателя книга вобрала в себя опыт
прошлых лет, в течение которых был подготовлен и выпущен трех-
томник «Телекоммуникационные системы и сети», прочитаны на его
основе лекции по курсам «Основы построения телекоммуникацион-
ных систем и сетей», «Введение в специальность», «Сети ЭВМ и те-
лекоммуникации», получены отзывы от студентов и специалистов в
области электросвязи.

Авторы поставили перед собой задачу изложить основы инфоком-
муникационных технологий компактно в одном томе и при этом
учесть, по возможности, последние достижения в этой области. Книга
состоит из трех частей. Первая часть - «Основы построения теле-
коммуникационных систем и сетей». Ее освоение будет по силам да-
же студентам младших курсов, обучающимся по направлению «Теле-
коммуникации» (курс «Введение в специальность»). Вторая часть на-
зывается «Радиосвязь, радиовещание, телевидение и мобильная
связь». Здесь дано компактное изложение вопросов, затронутых во
втором томе учебного пособия «Телекоммуникационные системы и
сети». Третья часть учебного пособия посвящена вопросам построения
сетей связи следующего поколения (мультисервисным сетям связи).
Материал, изложенный во второй и третьей частях, будет полезен сту-
дентам старших курсов и специалистам в области электросвязи.

Помимо авторов, указанных на титульном листе, в подготовке кни-
ги приняла участие старший преподаватель СибГУТИ С.В. Тимченко
(§ 16.3). Материалы к главам 17 и 18 представили соответственно
руководитель центра сетевого консалтинга ЗАО «ИскраУралТел»
С.Г. Мазин и директор Новосибирского представительства ЗАО Alcatel
С.В. Фадеев, которым авторы выражают искреннюю благодарность.

Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить рецензен-
тов издания за ценные замечания, способствовавшие улучшению ру-
кописи, коллег по работе за обсуждение отдельных разделов рукопи-
си, а также Н.М. Гусельникову за помощь в оформлении книги.

Мы надеемся, что книга будет полезна широким слоям читателей,
интересующихся проблемами инфокоммуникаций. Все замечания по
книге просим высылать по адресу: 630102, Новосибирск, Кирова, 86,
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и ин-
форматики, профессору В.П. Шувалову.

Профессор В.П. Шувалов
Введение

В основу пособия положен многолетний опыт преподавания курсов
«Основы техники связи», «Сети ЭВМ и телекоммуникации», «Введе-
ние в специальность», «Основы построения телекоммуникационных
систем и сетей» в Сибирском государственном университете теле-
коммуникаций и информатики.

Авторы тешат себя надеждой, что, прочитав пособие, студент пой-
мет, что он сделал единственно правильный жизненный выбор, посвя-
тив себя одной из лучших областей науки и техники - технике связи.

«Прямым опытом доказано, - писал академик Аксель Иванович
Берг, внесший большой вклад в развитие отечественной радиотехни-
ки и кибернетики, - что человек может нормально мыслить длитель-
ное время только при условии непрекращающегося информационного
общения с внешним миром. Полная информационная изоляция от
внешнего мира - начало безумия. Информационная стимулирующая
мышление связь с внешним миром так же необходима, как пища и
тепло, мало того - как наличие энергетических полей, в которых про-
исходит вся жизнедеятельность людей на планете».

Авторы полагают, что пособие будет также полезно студентам, спе-
циализирующимся в области экономики и менеджмента в области связи.

Дело в том, что отрасли связи, основной функцией которой явля-
ется передача различного рода информации, в современных услови-
ях принадлежит особая роль в подъеме экономики государства.

Под влиянием изменений в структуре и масштабах производства,
научно-технического прогресса, повышения деловой активности чле-
нов общества, роста их образовательного и культурного уровня, рас-
ширения связей во всех сферах жизнедеятельности, как в нацио-
нальном, так и в интернациональном масштабах существенно возрас-
тает роль и значимость информации. Ее справедливо рассматривают
как важнейший национальный ресурс и составную часть националь-
ного богатства любой страны.

Своевременность и качество доставки информации во многом
обусловлены способностью технических средств ее передачи, обра-
ботки и распределения, которые в современной литературе получили
название инфокоммуникационного комплекса. Материально-техни-
ческая база последнего, прогрессивность техники и технологии, опти-
мальность организационно-экономических методов хозяйствования
и управления во многом определяют эффективность внедрения и раз-
вития основ рыночных отношений в экономике страны и в обществе
в целом. Поэтому в современном мире связь рассматривается в каче-
стве одной из главных компонент повышения эффективности произ-
водства и благосостояния общества.

Предоставляя всем отраслям и сферам общественного производ-
ства и населения услуги по сбору, обработке, передаче и доставке
информации, связь обладает всеми чертами, присущими отраслям
материального производства. Как и в других отраслях материального
производства, в отрасли связи создается потребительная стоимость и
стоимдсть. Потребительная стоимость представляет собой конечный
полезный эффект процесса передачи сообщений, который потребля-
ется в производственной и непроизводственной сферах, обществен-
ной и личной жизни людей.

Создаваемая в отрасли стоимость, равная денежному выражению
всех произведенных за определенный промежуток времени услуг,
включается в валовой внутренний продукт, а также в ту часть этого
продукта, стоимость которого создается необходимым и прибавочным
трудом и образует национальный доход.

Экономическим признаком, характеризующим принадлежность
связи к сфере материального производства, является также то, что в
создании услуг связи аналогично промышленности и другим отраслям
данной сферы участвуют три фактора материального производства,
а именно: средства труда, предметы труда и труд работников связи.

К средствам труда, с помощью которых осуществляется процесс
передачи информации, относятся производственные здания, станци-
онные и линейные сооружения, коммутационное оборудование и ка-
налообразующая аппаратура, измерительные приборы и т. д. В каче-
стве предмета труда в производственном процессе связи выступает
сообщение, информация, которая при ее передаче подвергается про-
странственному перемещению. Воздействие на предмет труда с по-
мощью средств труда осуществляется работниками связи, труд кото-
рых в конечном итоге и создает потребительную стоимость.

Процесс потребления услуг связи аналогичен потреблению про-
дукции (товаров) других отраслей материального производства. Если
услуга связи потребляется в производственной сфере, то ее стои-
мость переносится на стоимость вновь создаваемого продукта. Если
же услуги связи служат личному потреблению, то вместе с потребле-
нием исчезает и их стоимость.

Все вышеотмеченные признаки характеризуют принадлежность
связи к сфере материального производства. Вместе с тем экономиче-
ской природе связи присущи специфические черты, вытекающие из
ее отраслевых особенностей.

Первая особенность определяется спецификой создаваемого
продукта, который в отличие от продукции промышленности не имеет
вещественной формы, а представляет собой конечный полезный эф-
фект (результат производственной деятельности) процесса передачи
информации и сообщений от отправителя до получателя: письмен-
ных, телефонных, программ телевидения и радиовещания и т. п.

Невещественный характер конечного продукта обусловливает от-
сутствие в производственном процессе связи сырья и основных мате-
риалов, являющихся вещественным носителем продукции.

Вторая особенность связи тесно связана с первой и характеризу-
ется неотделимостью во времени процесса потребления услуг связи
от процесса их производства. Особенно ярко эта особенность прояв-
ляется в телефонной связи, где сам процесс передачи телефонного
сообщения - процесс производства - происходит с участием абонен-
тов, т. е. совпадает с процессом потребления.

Сняв трубку телефона, абонент слышит зуммер ответа АТС, что
является сигналом готовности станции к передаче информации, т. е.
началу производственного процесса. При наборе номера вызываемо-
го абонента происходит автоматическое соединение посредством об-
разования прямого электрического канала с помощью коммутацион-
ного оборудования различных систем. Этот электрический канал со-
храняется во время всего разговора между абонентами, т. е. во время
потребления услуги. Положив трубку по окончании разговора, або-
нент тем самым разрывает электрическую цепь и прекращает про-
цесс производства данной услуги.

С учетом этой особенности конечный результат производственной
деятельности отрасли - услуга - не может находиться в запасе, на
складе, изыматься из сферы производства и поступать в сферу об-
ращения для реализации.

Из этой особенности вытекает также требование максимального
приближения средств связи к потребителям за счет развития и повы-
шения плотности предприятий и пунктов связи коллективного (отде-
лений связи, переговорных пунктов и т. д.) и индивидуального (або-
нентских пунктов и терминалов) пользования.

Неотделимость процессов производства и потребления услуг свя-
зи приводит также к существенной неравномерности поступающей во
времени нагрузки, обусловленной ритмом деловой и личной жизни
людей. При этом неравномерность нагрузки наблюдается по часам
суток, дням недели и месяцам года. В то же время предприятия связи
должны быть готовы к обслуживанию потребителей в периоды мак-
симальной нагрузки без нарушения установленных (нормативных)
параметров качества, для чего создаются дополнительные производ-
ственные мощности и рабочие места, которые в часы спада нагрузки
используются с низкой отдачей либо вообще простаивают. Кроме
того, в отрасли связи создаются резервы производственных мощно-
стей для перспективного развития по мере роста потребностей в
услугах связи.
Третья особенность отрасли связи состоит в том, что в отличие
от промышленности, где предмет труда подвергается вещественному
изменению (механическому, химическому и т. д.), поступает в сферу
обращения, становится товаром и только затем потребляется, в про-
изводственном процессе связи информация как предмет труда долж-
на подвергаться только пространственному перемещению, т. е. изме-
нению ее местоположения. Всякое другое изменение означает ее ис-
кажение, потерю потребительских свойств и потребительной ценно-
сти и наносит ущерб пользователю.

Четвертая особенность связи заключается в том, что процесс
передачи информации всегда является двусторонним, т. е. происхо-
дит между отправителем и получателем информации. Поскольку по-
требность в передаче информации может возникнуть между абонен-
тами, находящимися в любых населенных пунктах страны, это требу-
ет создания надежной и разветвленной сети связи.

Участие в производственном процессе нескольких предприятий
предъявляет единые требования к организации и правилам техниче-
ской эксплуатации средств связи на территории всей страны. В эко-
номическом аспекте эта особенность обусловливает необходимость
введения системы взаиморасчетов между хозяйствующими субъек-
тами за взаимно предоставляемые сетевые ресурсы и услуги по про-
пуску трафика (нагрузки). Взаиморасчеты являются объективно необ-
ходимым экономическим механизмом, обеспечивающим коммерче-
ские интересы предприятий в условиях рыночной экономики.

В условиях ускорения темпов научно-технического прогресса, уве-
личения объемов производства, усложнения межпроизводственных
связей, расширения сфер взаимодействия между товаропроизводи-
телями, повышения масштабов и значимости, решаемых обществом
социальных проблем все более возрастает роль связи в различных
областях жизнедеятельности. Это объясняется тем, что объем ин-
формации, возникающей при решении производственных, экономиче-
ских, социальных и иных задач, растет более высокими темпами, чем
объем производства, выраженный материально-вещественными но-
сителями. При этом информация становится важнейшим националь-
ным ресурсом, отличительной чертой, которого является то, что он не
только не истощается, а, напротив увеличивается, качественно со-
вершенствуется и вместе с тем способствует наиболее рационально-
му использованию всех остальных видов ресурсов, их сбережению,
а в ряде случаев - расширению и созданию новых.

В промышленно развитых странах с середины 1980-х годов начал-
ся переход на качественно новый уровень технологического развития,
который принято называть веком информатизации. Он характеризу-
ется созданием и развитием информационной индустрии на базе
функционирующих и вновь создаваемых сетей различного назначе-
ния (вычислительных, управленческих, интеллектуальных и т. д.) и
объединением их в формирующийся информационно-индустриальный
комплекс (ИИК) с помощью средств и сетей связйТ^

Создание ИИК предопределяет необходимость ускоренного разви-
тия средств сбора, обработки, хранения и передачи информации. При
этом, чем выше уровень развития производительных сил государст-
ва, тем более высокие требования предъявляются к техническим
средствам информатизации, поскольку объем информации, возни-
кающей в процессе макроэкономического кругооборота, пропорцио-
нален валовому внутреннему продукту (ВВП), создаваемому в стране.
Вот почему в странах, чьи сети телекоммуникаций по уровню разви-
тия занимают ведущие места в мировом сообществе, капитальные
вложения в связь по прежнему занимают значительную долю (до
4...6%) в общей сумме инвестиций в развитие экономики. При этом
считается, что вклад связи в формирование ВВП значительно пере-
крывает затраты на ее развитие, а каждый доллар, вложенный в те-
лекоммуникации, приносит три-четыре доллара дохода. По данным
международной Организации экономического сотрудничества и раз-
вития двадцать пять операторов общественных сетей электросвязи
стран, входящих в эту организацию, обеспечивают большую прибыль,
чем 100 крупнейших банков мира.

Связь оказывает непосредственное положительное влияние на
совершенствование управления на всех уровнях и во всех сферах
общественного производства. Своевременная и высококачественная
передача информации способствует сохранению ее ценности для
системы управления, обеспечивает ее гибкость и маневренность,
способствует оперативной подготовке к своевременному принятию
оптимальных решений.

Средства телекоммуникаций не только обслуживают производст-
во, но и непосредственно проникают в него, являясь необходимым
элементом встроенных систем регулирования автоматизированных
технологических процессов. Средства связи обеспечивают определе-
ние наиболее эффективной структуры построения технологии произ-
водства и организационно-производственной деятельности, способ-
ствуют сбережению всех видов ресурсов, улучшению условий труда,
снижению физических и психологических нагрузок.

Качественная перестройка производства на базе манипуляторов,
роботов, микропроцессорной техники невозможна без участия совре-
менных средств связи. Исследования по оценке эффективности
средств электросвязи в различных сферах применения свидетельст-
вуют о значительном выигрыше, получаемом потребителями услуг
этой важнейшей части инфраструктуры. Но существуют и вполне кон-
кретные количественные оценки эффекта, обеспечиваемого приме-
нением телекоммуникационных средств и услуг в различных сферах
деятельности. Так, использование связи на предприятиях промыш-
ленности на 20...25% сокращает количество командировок, обеспечи-
вая при этом большую экономию командировочных расходов. Связь
на транспорте в 1,5...2 раза увеличивает его пропускную способность.
В сельском хозяйстве оснащение средствами связи машинного парка
и полевых бригад повышает эффективность использования машин на
25% и снижает потери рабочего времени на 20...40%. Хорошо органи-
зованная связь в системе управления строительством позволяет по-
высить производительность труда и сократить сроки ввода объектов
в эксплуатацию не менее чем на 15%.

По расчетным данным средства электросвязи обеспечивают эко-
номию времени во всех сферах применения в размере не менее
1 млрд, ч, в том числе примерно 860 млн. ч рабочего времени, что
эквивалентно ежегодной условной экономии работников, занятых в
общественном производстве, в количестве около 500 тыс. чел.

В то же время из-за недостаточного развития связи общество не-
сет огромные материальные потери, выражающиеся в первую оче-
редь в замедлении темпов экономического развития. Расчеты пока-
зали, что размеры потерь всех сфер экономики и населения от недос-
таточного уровня потребления услуг, обусловленного как неудовле-
творительным уровнем развития телекоммуникаций, так и низкой
платежеспособностью потребителей, ежегодно достигают 14 млрд, ч
рабочего и внерабочего времени, в том числе около 11 млрд, ч в от-
раслях материального производства. В пересчете на условную эко-
номию штата это составляет примерно 5,5 млн. человек дополни-
тельного штата или 8,4% всех занятых в общественном производстве.

Очевидно, что в условиях рынка с его динамизмом и конкуренцией
роль связи, а особенно электросвязи, будет возрастать, ибо в дело-
вой сфере надежный партнер - это быстро реагирующий партнер,
владеющий всей необходимой информацией, хорошо ориентирую-
щийся в спросе и предложении, производстве и сбыте товаров и ус-
луг, положении на товарных и фондовых биржах. Созданные элек-
тронные банковские системы и биржи, соединенные в глобальные
сети с помощью трансконтинентальных линий связи, позволяют осу-
ществлять финансовые операции, сделки с ценными бумагами, мате-
риальными ценностями, недвижимостью и т. д. без непосредственно-
го присутствия субъектов этих сделок в местах нахождения указанных
рыночных институтов. Находясь в разных городах и странах, бизнес-
мены имеют возможность получать оперативную информацию о со-
стоянии и тенденции интересующих их рынков, котировке ценных бу-
маг, принимать определенные решения и, передав его по каналам
связи, осуществлять желаемые операции и сделки.

Общественное разделение труда предусматривает обособление
различных видов деятельности в рамках всего народно-
хозяйственного комплекса в зависимости от экономического назначе-
ния создаваемой продукции, технико-технологической основы произ-
водства, профессионального состава кадров. С учетом этих призна-
ков все общественное производство делится на отдельные отрасли:
промышленность, строительство, сельское хозяйство, транспорт,
связь и др.

В структуре связи страны следует, прежде всего, выделять две
главные составляющие: электросвязь, включая радиовещание и те-
левидение, и почтовую связь. С помощью средств электросвязи осу-
ществляется прием и передача речевых сигналов, данных, видео по
проводным, радио, оптическим и другим электромагнитным системам.
Основной функцией почтовой связи является прием и доставка поч-
товых отправлений, материальных ценностей и денежных средств.

Электросвязь, являясь наиболее мощной компонентой телекомму-
никационного сектора страны, объединяет в себе комплекс сетей
(технологических систем), используемых для передачи различных
видов информации. Совокупность технологически сопряженных сетей
электросвязи на территории Российской Федерации, объединенных
общим централизованным управлением, составляет Единую сеть
связиJECC) России.

Строя техническую и экономическую политику в области развития
телекоммуникаций России, следует учитывать, что новые структуры:
акционерные общества, концерны, ассоциации, биржи, банки и др.,
являющиеся важнейшими институтами рыночной экономики, предъ-
являют повышенные требования к количеству и качеству переда-

Рис. В.1. Важнейшие задачи развития электросвязи
ваемой информации. Отечественные телекоммуникационные систе-
мы должны обеспечивать потребности в быстрой и точной передаче
информации не только на внутреннем, но и на зарубежном рынке, что
особенно актуально в связи с созданием в стране большого числа
совместных предприятий, зон свободного предпринимательства, при-
током иностранного капитала в нашу страну. Важнейшие задачи раз-
вития электросвязи представлены, на рис. В.1.
Часть I. Основы построения
телекоммуникационных систем и сетей

Глава 1. История развития средств связи

1.1.	Зачем нам знание истории?

Словом «инженер» называют (в буквальном его смысле) человека,
умеющего делать машины,д^ашем случае - устройства связи.

Процесс производства машин, несомненно, требует знания теории
соответствующей области, умения рассчитывать, конструировать,
производить технологические операции. Однако поможет ли конкрет-
ному инженеру спроектировать конкретный радиоприемник знание
истории, имен изобретателей колебательного контура, полупроводни-
ковых приборов или супергетеродинного принципа радиоприема?

Положительный ответ («Да, поможет») на поставленный вопрос,
несомненно, будет наивным и неверным, так как неверной является
сама постановка такого вопроса.

История не сводится к простому перечню дат и имен исследовате-
лей, внесших в науку и технику тот или иной вклад. История состоит
в изучении прошлого в целях прогнозирования и планирования буду-
щего. Это следует из того, что наука и техника являются упорядочен-
ной и взаимосвязанной цепью процессов и явлений. Опыт поколений
показывает, что для полноценной ориентации в настоящем и тем бо-
лее для предвидения будущего необходимо знать прошлое.

Глубокое знание истории науки и техники помогает устанавливать
связь между явлениями, помогает их осмыслению. Показывая, как
одно вытекало из другого, сколько времени потребовалось исследо-
вателям и изобретателям для достижения очередного этапа знаний,
история науки и техники учит прогнозировать их развитие с учетом
реальных возможностей. Так, анализ прошлого, несомненно, указы-
вает на постоянное возрастание темпов развития. Это означает, что
для приобретения «заданного приращения» знаний от года к году
требуется все меньший период времени. Линейное прогнозирование
всегда будет отставать от жизни.

История техники показывает, что явления повторяются, как прави-
ло, на более высоком уровне. С одной стороны, глубокое знание про-
шлого может подсказать новые еще не использованные возможности
и ускорить прогресс. С другой стороны, это знание истории избавляет
человечество от многократного повторения того, что уже было испро-
бовано и не дало положительных результатов.

История науки и техники позволяет правильно оценивать роль
коллектива и личности в прогрессе общества. В частности, она пока-
зывает, что лишь тесное сотрудничество ученых и инженеров всех
стран мира может принести значительные плоды. Вспомним, что изо-
бретение радио является плодом труда выдающихся ученых - англи-
чан (Д.К. Максвелл, М. Фарадей), немца (Г. Герц), француза (Э. Бран-
ли), русского (А.С. Попов) и итальянца (Г. Маркони). А сколько иссле-
дователей разных стран участвовали в доведении знаний до уровня,
когда это изобретение стало возможным!

Наконец, история науки и техники является частью человеческой
цивилизации. Инженер должен уметь соотнести историю своей об-
ласти знаний с общей историей культуры своей страны. Он должен,
например, четко представлять себе, каков был уровень знаний о свя-
зи во времена М.В. Ломоносова, мог ли А.С. Пушкин послать теле-
грамму, когда появились телефон, радиовещание, телевидение.

1.2.	Предыстория электросвязи

С древнейших времен звук и свет служили людям для передачи
сообщений на дальние расстояния.

На заре своего развития человек, предупреждая своих соплемен-
ников об опасности или созывая на охоту, подавал сигналы криком
или стуком. Звук - основа нашего речевого общения. Но если рас-
стояние между собеседниками велико и силы голоса не хватает, тре-
буются вспомогательные средства. Поэтому человек начал использо-
вать «технику»: свистки, рога животных, факелы, костры, барабаны,
гонги, а после изобретения пороха - выстрелы и ракеты. Появились
специальные люди-гонцы, герольды, которые переносили и переда-
вали сообщения, оглашали народу волю владык. В Южной Италии
кое-где по берегу моря сохранились развалины сторожевых постов,
с которых посредством колокольного звона передавались известия
о приближении норманнов и сарацинов.

С незапамятных времен в качестве носителя информации приме-
няется и свет.

Первыми «системами» связи стали сторожевые посты, распола-
гавшиеся вокруг поселений на специально построенных вышках или
башнях, а иногда просто на деревьях. При приближении неприятеля
зажигался костер тревоги. Увидев огонь, зажигали костер часовые на
промежуточном посту, и неприятелю не удавалось застать жителей
врасплох. Для гонцов создавались станции смены лошадей. Маяки
и ракеты до сих пор несут свою «информационную службу» на море
и в горах.
Археологи, изучавшие памятники материальной культуры Древне-
го Рима, обнаруживали высеченные на камнях изображения сигналь-
ных башен, с зажженными на них факелами. Такие башни устраива-
лись также в Великой Китайской стене. До нас дошла легенда трехты-
сячелетней давности о том, как огни костров, зажженных на вершинах
гор, в ту же ночь донесли Клитемнестре, супруге Агамемнона, пред-
водителя греков в Троянской войне, весть о падении Трои. За 250 лет
до нашего летосчисления в походах Ганнибала сигнальные огни уже
не были чем-то необычным, и даже сегодня, в наш технический век,
мы не можем от них отказаться.

Необходимость передавать не только отдельные сигналы типа
«тревога», но и различные сообщения привела к применению «ко-
дов», когда разные сообщения различались, например, числом и рас-
положением костров, числом и частотой свистков или ударов в бара-
бан и т. п. Греки во втором веке до нашей эры использовали комби-
нации факелов для передачи сообщений «по буквам». На море широ-
кое применение нашли сигнальные флаги различной формы и цвета,
причем сообщение определяется не только самими флагами, но и их
взаимным расположением.

Каким бы видом транспорта ни пользовался житель современного
города - наземным или подземным, - он во власти «сигнальных ог-
ней» светофора. Конечно, сегодня зажечь такой «сигнальный огонь» -
дело несложное, но так ли уж далеки современные светосигнальные
устройства, регулирующие движение метро и наземных транспортных
потоков, от огней, которые возвестили о падении Трои?

Выдающимся достижением ^античной культуры явился оптический
телеграф, который позволял дистанционно передавать любые тексты.
Две его разновидности - водяной и факельный телеграфы - описаны
древнегреческим историком Полибием.

Водяной телеграф, изобретенный Энеем Тактиком в IV в. до н. э.,
остроумен по замыслу. Каждая из сигнальных башен - передающая и
приемная - оборудовались идентичными сигнальными сосудами, до-
полняющими сигнальные факелы.

Для передачи сообщения каждый сигнальный сосуд наполняли
водой доверху. Сигналом вызова, оповещающим о предстоящей пе-
редаче, служил факел, зажженный на одной из башен. Наблюдатель
на второй башне, заметив вызов, зажигал свой факел. По этому сиг-
налу оба наблюдателя одновременно открывали выпускные отвер-
стия сосудов, после чего факелы убирали. Когда на опускающейся
линейке графа с нужным сообщением достигала верхнего края со-
суда, первый наблюдатель сигнализировал факелом. По этому сиг-
налу второй наблюдатель закрывал выпускное отверстие сосуда, в
котором поплавок с линейкой опустился до того же уровня. Теле-
грамма принята!
Но та ли телеграмма будет принята, если уровень воды в сигналь-
ных сосудах будет изменяться неодинаково? А такая ситуация воз-
можна, например, если сосуды не строго идентичны или когда в од-
ном из сосудов имеется утечка воды. Тут мы впервые сталкиваемся
на практике сразу с двумя проблемами, возникшими на заре техники
связи, но оставшимися актуальными и в наши дни. Обе эти проблемы
сводятся к сохранению информации, передаваемой по каналу связи.
- Первая проблема возникает, когда передаваемая информация ис-
кажается расчет несовершенства самого канала связи. Это проблема
предотвращения~йскажёний сигнала, несущего информацию, тех ис-
кажений, которые возникают при неправильных значениях парамет-
ров канала связи. Неправильные же значения параметров могут по-
лучиться и по вине инженера-исследователя, который не заметил, что
скорость истечения воды из сигнальных сосудов будет разной при
неодинаковой их форме, и по вине инженера-конструктора, который
спроектировал сигнальный сосуд с таким быстрым истечением воды,
что наблюдатель на приемной башне не успевает вовремя перекрыть
выпускное отверстие, и по вине инженера-технолога, который не
обеспечил повторяемости формы и размеров отверстий при произ-
водстве сигнальных сосудов, и по вине инженера-эксплуатационника,
который, возможно, один из сигнальных сосудов установил не верти-
кально, а наклонно или залил в сосуд непроцеженную воду из мутной
реки, вследствие чего засорилось выпускное отверстие.

Вторая проблема возникает, когда передаваемая информация ис-
кажается за счет влияния различных помех_Это проблема обеспече-
ния помехоустойчивости канала связи, той помехоустойчивости, кото-
рая гарантирует правильный прием телеграммы при наличии помех.
Такие помехи могут возникнуть как внутри канала связи, так и вне не-
го. Например, в водяном телеграфе помехами может явиться и утечка
воды из сигнального сосуда, и посторонние факельные огни, которые
сбивают с толку наблюдателей на сигнальных башнях, и дождевая
вода, которая, попадая в сосуд, меняет в нем уровень воды.

Виновником низкой помехоустойчивости канала связи может быть
и инженер-эксплуатационник, который не прикрыл сигнальный сосуд
от дождя, и инженер-технолог, выпустивший сигнальные сосуды с
трещинами, через которые утекает вода, и инженер-конструктор, ко-
торый не снабдил сигнальные башни визирнои^трубкой для наблюде-
ния сигнальных факелов, устраняющей влияние посторонних огней,
и инженер-исследователь, не сумевший найти такой способ кодиро-
вания информации, который обеспечил бы минимальное влияние на
сигнал различных случайных помех.

Если бы Эней Тактик закодировал передаваемые сообщения не
целыми фразами, а отдельными буквами, расположенными в разных
графах линейки, то он не только расширил бы возможности своего
телеграфа для передачи произвольных сообщений. При таком изме-
нении способа кодирования информации возросла бы и помехоустой-
чивость его телеграфа. Действительно, при случайном мешающем
огне могла быть неверно передана или принята отдельная буква. Но
при передаче и приеме следующей буквы нарушение информации
будет уже отсутствовать. А искажение одной или даже нескольких
букв в тексте может не помешать правильному восприятию смысла
сообщения.

Читатель может возразить, что при таком изменении кодирования
резко снизилась бы скорость передачи сообщений. Правильно! И в
наши дни существует противоречие между требованиями высокой
скорости передачи сообщений и высокой помехоустойчивости канала
связи. Приходится чем-то жертвовать либо идти на компромисс, либо
изыскивать новые решения проблемы. Инженер как раз и призван на-
ходить оптимальные решения технических задач.

Другой способ, описанный в той же книге, оказался более полез-
ным. Его изобретение приписывается александрийским инженерам
Клеоксену и Демоклиту. В пунктах, между которыми требовалось ус-
тановить связь, сооружалась каменная или деревянная стена в виде
небольшой крепости, состоящей из двух отделений. В стенах устраи-
вались отверстия или гнезда, в которые вставлялись горящие факе-
лы. Гнезд было 10 - по пяти в отделении. Для сигнализации был со-
ставлен код. Весь греческий алфавит делился на пять групп; в поряд-
ке алфавитного расположения в первую входили буквы от а до г; во
вторую - от £ до %; в третью - от X до о; в четвертую - от it до V и в
пятую - от ф до со. Каждая группа записывалась на отдельной дощеч-
ке. Для передачи какой-либо буквы нужно было сообщить два числа:
номер группы или дощечки, и место, занимаемое ею в этой группе.
Первому числу соответствовало количество факелов, выставленных
в левом отделении, второму - факелы правого отделения. Трудно
сказать, насколько широкое распространение получила в те времена
эта система, но используемый ею код сыграл значительную роль в
дальнейшем развитии средств сигнализации. Таблица, получившая
название по имени автора «таблица Полибия», стала в дальнейшем
неотъемлемой частью многих телеграфных устройств, а принцип ее
составления сохранился в кодированных передачах и до наших дней.

Древнерусское государство, возникшее более тысячи лет назад,
подвергалось частым разорительным набегам со стороны разных во-
инствующих племен, и это заставляло наш народ постоянно забо-
титься о защите своих земель и жилищ. Там, где основывались посе-
ления, возводились всевозможные оборонительные укрепления, ры-
лись глубокие рвы, сооружались насыпи и устраивались специальные
сторожевые посты, с которых подавались сигналы о приближении ка-
кой-либо опасности.
К сожалению, история почти не сохранила вещественных и лите-
ратурных памятников, дающих представление об организации средств
связи у наших предков. Археологи предполагают, что в России для
этих целей также применялись линии сигнальных костров, подобно
тем, которые имели место в Греции, Риме и Персии.

Широкое распространение огневая сигнализация получила после
свержения татарского ига и образования единого русского государст-
ва. С этого времени для обеспечения безопасности государства на-
чинают сооружаться специальные оборонительные линии, тянувшие-
ся вдоль государственной границы. Вдоль границы через определен-
ные интервалы располагались сторожевые посты, с которых велось
постоянное наблюдение за всеми движениями врага. О малейшей
опасности немедленно давали знать воеводам. В качестве средств
сигнализации все также использовались огонь, дым, звон колокола.
Эта сигнальная служба предназначалась только для обеспечения го-
сударственной безопасности. Внутри страны связь обычно осуществ-
лялась с помощью пеших и конных гонцов и вестовых, которые спе-
циально содержались при царе и при некоторых государственных уч-
реждениях. Частные же лица при надобности сообщались между со-
бой за счет своих личных средств.

Несколько позднее в России зародился новый способ сообщений,
так называемая ямская гоньба. Слово «ям» было занесено к нам та-
тарами. Татары, очевидно в свою очередь, позаимствовали это слово
у китайцев, у которых по всем дорогам имелись особые станции с до-
мами для пристанищ, называемые ямбами. По примеру китайцев,
почтовые станции стали устраивать и татары в своей Орде. В начале
XVI в. по некоторым наиболее важным в военном отношении дорогам
были учреждены станции, которыми заведовали ямщики. На их обя-
занности лежало своевременное предоставление проезжающим про-
водников, лошадей и фуража.

В царствование Ивана Грозного насчитывалось уже 300 таких
станций. Почти до середины XIX в. ямская гоньба была единственным
и незаменимым средством сообщений. Только в 70-80 гг. XIX в., когда
началось широкое строительство железных дорог, ямская гоньба как
средство связи прекратила свое существование.

В XVII и XVIII вв., когда получили заметное развитие наука, техника
и промышленность, стали прокладываться новые торговые пути и за-
вязываться тесные политические и экономические взаимоотношения
между народами, появляется острая потребность в создании более
совершенных и быстродействующих средств связи. Вполне понятно
поэтому, что первые проекты сооружения новых сигнальных устано-
вок зародились, прежде всего, в таких странах, как Англия и Франция,
значительно дальше продвинувшихся в своем развитии.
Особую известность среди первых изобретателей специальной
сигнальной аппаратуры приобрел английский ученый Роберт Гук, ко-
торого часто называют основателем оптической телеграфии. Его ап-
парат состоял из деревянной рамы, один угол которой обшивался
досками и служил загородкой. За загородкой скрывались предметы
особой формы, обозначавшие различные буквы или фразы. При пе-
редаче сообщений каждый такой предмет выдвигался в пустой угол
рамы и мог быть видимым на другой станции. Для чтения сигналов
Гук предложил использовать незадолго до этого изобретенные зри-
тельные трубы, ставшие затем неотъемлемой частью всех сигналь-
ных устройств.

 Не менее интересным по замыслу был акустический телеграф,
предложенный в 1782 г. французским монахом Готеем, в котором звук
передавался по чугунным трубам, уложенным в землю. Опыты про-
шли успешно, но практического применения эта система не получила,
так как правительство сочло такое сооружение слишком дорогим и
разорительным для государственной казны. Много лет спустя, подоб-
ная идея была реализована при организации сторожевой сигнализа-
ции на первых железных дорогах; только вместо труб прокладывались
металлические проводники, по которым распространялся условный
звон колокола, оповещавший сторожевые посты о движении поезда.

Несколько позднее в различных странах было предложено много
всевозможных систем сигнализации на дальние расстояния, но почти
ни одна из них не нашла практического применения. И только в конце
XVIII в. как бы в завершении всех высказанных идей появилось заме-
чательное изобретение Клода Шаппа. ©

Клод Шапп родился в 1763 г. в местечке Брюлоне во Франции. По-
сле окончания духовного училища он получил место аббата в не-
большом приходе. В свободное от службы время Шапп занимался
физическими исследованиями, которыми он увлекался с детства. Од-
на мысль особенно занимала его воображение - создание машины
для передачи сообщений. Из всех способов сигнализации, которые
предлагались в прошлом, наибольший интерес вызвала система с
двумям одинаковыми сосудами, описанная Полибием. Шапп решил,
что сама идея, заложенная в основе этой системы, может быть ис-
пользована для создания более совершенного устройства.

Заслуга Шаппа заключалась в том, что, взяв за основу идею опти-
ческого телеграфа, он разработал все детали, сконструировал и по-
строил остроумную машину, которая точно и сравнительно быстро
меняла подвижные линейки на мачтах. Шапп выработал условную
азбуку, лично руководил постройкой линий, тянувшихся на сотни ки-
лометров, и обучал обслуживающий персонал. Сходство между опти-
ческим телеграфом Клода Шаппа и семафором римлян времен Веге-
ция Флавия ограничивается чисто внешними признаками.
Оптический телеграф работал так. На вершинах холмов строили
специальные башни. Каждая башня была оснащена расположенными
на ней тремя перекладинами: одной горизонтальной, длинной, и дву-
мя короткими, подвижно прикрепленными к ее концам. Специальный
механизм приводил эти перекладины в движение так, что можно было
образовать 256 возможных фигур (сочетаний положений). Из всех
возможных сочетаний Шапп выбрал только 92, наиболее отличав-
шихся друг от друга. Также он выбрал 8400 наиболее часто употреб-
ляемых французских слов и расположил их на 92 страницах - по 92
слова на каждой. С башни на другую башню передавался сначала
номер страницы, а затем - номер слова на ней. Были составлены ко-
довые книги, в которых комбинациями регулятора и индикаторов
шифровались цифры, буквы, отдельные слова и целые фразы (по-
видимому, это и был первый случай сжатия информации в технике
;связи). В трех томах шифровальных книг содержалось в общей слож-
ности 25 392 сочетания сигналов. Этим достигалась высокая скорость
передачи информации.

Каждая станция, установленная на высокой башне, состояла из
маятниковых часов и большой доски, черной с одной стороны и белой
с другой. На часах была всего одна стрелка, совершавшая в минуту
не менее двух кругов по циферблату. Циферблат был разделен на 10
секторов, каждый из которых соответствовал цифре от 0 до 9. В на-
чале передачи отправитель запускал свои часы и в момент, когда их
стрелка указывала точно вверх, поворачивал доску белой стороной к
приемной станции. Адресат, смотревший на передающую станцию в
подзорную трубу, ставил свои часы соответственно и пускал их в ход.
Таким образом, здесь впервые был использован принцип синхрони-
зации, широко применяющийся и сейчас в разных средствах связи.
В дальнейшем отправитель передавал цифры кодированного сооб-
щения одну за другой, поворачивая доску черной стороной, когда
стрелка его часов проходила соответствующий сектор. Получателю
оставалось следить за черно-белым сигналом передающей станции и
за своими часами, записывая передаваемые цифры, которые потом
по книге условных кодов расшифровывались в буквы, слова или це-
лые фразы. Регулировать скорость передачи можно было, меняя ско-
рость вращения стрелки.

Первый опыт передачи был проведен 2 марта 1791 г. на расстоя-
ние 16 км в Брюлоне, небольшом городке, где жил изобретатель. Ме-
стный врач, приглашенный на испытания, придумал фразу для пере-
дачи: «Если ваше предприятие удастся, вы вскоре прославитесь».
Фраза была передана без искажений за четыре минуты. Захватив
письменный отчет об испытаниях, заверенный свидетелями и мест-
ным нотариусом, Шапп отправился в Париж, чтобы найти спонсора
для дальнейшего совершенствования и развития системы. В марте
1792 г. Шапп подал прошение о помощи в законодательную ассамб-
лею. Изобретение не привлекло большого внимания депутатов, и его
послали по разным комиссиям. Наконец, 1 апреля 1793 г. в защиту
изобретения выступил депутат Ромм, известный введением револю-
ционного календаря. В своей речи перед ассамблеей он подчеркнул
возможность военного применения новой системы, а Франция в то
время воевала чуть ли не со всеми своими соседями. Ассамблея вы-
делила деньги. Свой прибор Шапп первоначально назвал ташигра-
фом, т. е. скорописцем, но затем переименовал его в телеграф, или
дальнописец, и с тех пор это название сохранилось за всеми подоб-
ными аппаратами до настоящего времени.

* В 1793 г. были построены три станции к северу от Парижа. Успеш-
ный опыт передачи сообщений побудил Национальный Конвент вы-
делить средства на строительство линии связи до Лилля, в 190 км от
Парижа. На таком расстоянии потребовалось 15 станций с башнями.
Первое послание из Лилля поступило в Париж 15 августа 1794 г. и
сообщало об освобождении городка Лекенуа от австрийцев и прусса-
ков. Известие пришло всего через час после окончания битвы - ско-
рость в те времена неслыханная!

Всего к 1799 г. функционировало около 150 телеграфных станций.
В этом году к власти пришел Наполеон. Оценив возможности первой
в мире быстродействующей дальней связи, он приказал продлить
Страсбургскую линию на 95 км до швейцарской границы. В 1803 г.
телеграф от Лилля дотянулся до Брюсселя (96 км) и Булони (110 км).
Эта последняя линия была построена для подготовки к вторжению
в Англию. Но вскоре идея вторжения на Британские острова отпала.
В 1804 г. телеграф протянулся от Парижа до Милана через Дижон,
Лион и Турин. Позже, в 1812 г. по приказу Наполеона была сконструи-
рована передвижная телеграфная вышка для вторжения в Россию.

О том, какое впечатление производил телеграф Шаппа на совре-
менников, свидетельствует отрывок из романа Дюма «Граф Монте-
Кристо». «Мне иногда приходилось в яркий день, - говорил граф
Монте-Кристо чете Вильфор, - видеть на краю дороги, на пригорке,
эти вздымающиеся кверху черные коленчатые руки, похожие на ла-
пы огромного жука, и всякий раз я глядел на них с волнением, уве-
ряю вас, потому что я думал о том, что эти странные знаки, так четко
рассекающие воздух и передающие за 300 миль неведомую волю
одного человека, сидящего за столом, другому человеку, сидящему
в конце линии за другим столом, вырисовываются на серых тучах
или голубом небе только силой желания этого всемогущего власте-
лина ...».

Телеграф Шаппа имел, конечно, много недостатков: станции при-
ходилось строить слишком близко одну от другой, при передаче на
большие расстояния текст искажался. Но главным недостатком опти-
ческого телеграфа была его зависимость от погоды: телеграф рабо-
тал только в ясные дни.

И все же, несмотря на все недостатки, телеграф Шаппа произвел
переворот в средствах связи. Он получил быстрое распространение
не только во Франции, но и в других странах. В 1794 г. об оптическом
телеграфе узнали шведы. Получить детальные сведения о телеграфе
им не удалось. Тем не менее, основываясь на рассказах путешест-
венников и газетных сообщениях, они повторили французское изо-
бретение. Прототип был продемонстрирован 1 ноября 1794 г. В 1795-
1797 гг. у Швеции было уже три линии связи. В 1796 г. оптический те-
леграф был построен в Англии, в 1802 г. - в Дании, в 1832 г. - в Прус-
сии, в 1835 г. - в Австрии. К 1840 г. почти каждая европейская страна
обладала тем или иным вариантом телеграфа Шаппа. Небольшие ли-
нии были построены и в Америке. Кульминации развития французская
сеть оптического телеграфа достигла в 1852 г., когда 4800 км линий с
556 станциями связывали Париж с 29 крупнейшими городами Франции.

Телеграф системы Шаппа был введен в России сравнительно
поздно - только в 1824 г., он соединил Петербург со Шлиссельбургом,
откуда в столицу передавали сведения о судоходстве на Неве и Ла-
дожском озере. В 1833 г. Петербург соединили с Кронштадтом, в
1835 г. - с Царским Селом. А в 1839 г. открылась самая длинная
в мире линия оптического телеграфа Петербург-Варшава (1200 км).
Тот, кто бывал в Петербурге, наверняка видел две первые станции
этой линии: шестигранную башенку на здании Зимнего дворца со сто-
роны Адмиралтейства и башню здания Городской думы на Невском
проспекте, до сих пор называемую старожилами Телеграфной. Далее
основными пунктами линии были Псков-Даугавпилс-Вильнюс-Гродно-
Варшава. На этой линии было 149 станций, которые обслуживало
около 2000 человек. Из конца в конец сообщение шло всего 15 минут.
Система просуществовала до 1854 г., когда ее заменил электриче-
ский телеграф.

1.3.	История электросвязи

Утверждение, что электричество открыли древние греки, справед-
ливо лишь отчасти. Действительно, первое письменное упоминание о
способности янтаря электризоваться (по-гречески «янтарь» - «элек-
трон») найдено в трудах греческого философа и математика Фалеса
Милетского и относится к VI в. до н. э. Но человек и раньше встречагГ-
ся“с”прйродным электричеством (молнии, электрические рыбы и др.).
Однако многие века гигантская электрическая искра, каковой являет-
ся молния, была лишь загадочным и страшным явлением, считав-
шимся орудием богов. Научное изучение электрических и магнитных
явлений началось лишь в XVII в.
Впервые искусственную электрическую искру, полученную от элек-
трической машины трения, изобретенной Герике, наблюдал в 1672 г.
немецкий философ, математик и физик Готфрид Лейбниц. Электри-
ческая машина Отто фон Герике представляла собой шар из серы
величиной примерно с волейбольный мяч, насаженный на ось, укреп-
ленную в деревянном штативе. При вращении шар электризовался
ладонями.

Развитие электрических машин трения привело к возникновению
так называемых «электрофорных» машин, сыгравших значительную
роль в изучении законов электростатики.

Что касается теории, то только в 1708 г. англичанин Уолл впервые
высказал мысль об электрической природе молнии. Затем в 1745-46 гг.
сразу в двух местах: в Данциге (Клейст) и в Лейдене (проф. Мушен-
брок) были изобретены так называемые лейденские банки - первые
конденсаторы, позволившие получать для изучения искры сравни-
тельно большой длины.

Первым доказал на опыте электрическую природу молнии амери-
канский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин.
В 1749 г. он запустил воздушный змей, в верхней части которого было
закреплено металлическое острие, предназначенное для сбора элек-
тричества из туч. Когда дождь смочил нить, и она сделалась провод-
ником, Франклин смог, используя атмосферное электричество, заря-
дить лейденскую банку.

В России опыты с атмосферным электричеством производил пер;
вый-русский^кадемик М.В. Ломоносов. В 1752 г. вместе с профессо-
ром Рихманом он постройгГ^грЬмовую машину» для извлечения элек-
тричества из туч, основой которой был высокий металлический шест
над крышей дома. Нижний конец шеста проходил внутрь помещения.
К нему прикреплялось устройство, напоминающее современный элек-
троскоп. При близкой грозе из машины извлекались большие искры,
при этом исследователи подвергались большой опасности. Во время
одного из таких опытов в 1753 г. Рихман был убит шаровой молнией.

В 1799 г. появился мощный источник электрической энергии -
«вольтов столб», позволивший начать изучение постоянного тока и по-
лучать электрическую искру. В 1802 г. русский электротехник В.В. Пет-
ров открыл явление вольтовой дуги и заложил основы электросварки
металлов. В 1812 г., вольтову дугу вторично и совершенно самостоя-
тельно открыл английский физик и химик Гемфри Дэви, ассистентом
которого в следующем году становится будущий великий физик
Майкл Фарадей.

В 1826 г. французский ученый Андре Мари Ампер вывел количест-
венный закон для силы взаимодействия электрических токов, став-
ший основным законом всей электродинамики. Он установил связь
между направлением тока в проводнике и направлением отклонения
магнитной стрелки («правило пловца», или «правило левой руки»),
показал взаимодействие двух прямых параллельных проводников с
током и т. д.

Многие физики высоко оценили работы Ампера, но, пожалуй, наи-
более яркую и емкую характеристику его открытиям дал основопо-
ложник теории электромагнитного поля Д. Максвелл: «Исследования
Ампера... принадлежат к числу самых блестящих работ, которые бы-
ли проведены когда-либо в науке. Теория и опыт как будто в полной
силе и законченности вылились из головы этого «Ньютона электриче-
ства». Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности
выражения».

Вскоре Ампер предложил проект стрелочного телеграфа на основе
магнитного действия электрического тока, открытого ученым Эрсте-
дом в 1820 г. Но этот проект был совершенно непрактичным, так как
он, как и аналогичный проект, предложенный ученым Земмерингом,
предлагал использовать отдельную проволоку и иметь отдельную
стрелку для каждой буквы алфавита или иного знака. Был непракти-
чен и телеграф Ричи, по сути, повторявший телеграф Ампера и вы-
ставленный для обозрения в Эдинбурге тогда же. Кроме этого, в Ев-
ропе активно использовался описанный выше оптический телеграф
француза Шаппа.

1.3.1.	Рождение телеграфа

Первым практически заработавшим телеграфом стал аппарат,
изобретенный и построенный русским изобретателем Павлом Льво-
вичем Шиллингом (1786-1837). Военный инженер, востоковед и ди-
пломат, впЪследствий~членi Петербургской академии наук, П.Л. Шил-
линг был в 1810 г. прикомандирован к русскому посольству в Мюнхе-
не, где и ознакомился с телеграфом Земмеринга. Пораженный про-
стотой его устройства, Шиллинг стал усердно заниматься вопросами
гальванического тока. В 1812 г. он уже так хорошо умел изолировать
проволоку раствором каучука, что взрывал мины через Неву, а в
1814 г., когда русские войска вошли в Париж, - через Сену.

В 1830 г. он построил аппарат, содержащий лишь шесть магнитных
стрелок. На приемном аппарате стрелки были подвешены на шелко-
вых нитях над катушками из проволок. На этих же нитях были укреп-
лены картонные кружки белого цвета с одной стороны и черного с
другой. При пропускании по обмотке катушки тока соответствующая
стрелка поворачивалась в ту или иную сторону, открывая белый или
черный кружок. Комбинации кружков соответствовали буквам и дру-
гим знакам согласно разработанному Шиллингом специальному ко-
ду- прообразу будущего кода Морзе. Передача осуществлялась с
помощью 16 черных и белых клавиш, соединенных с катушками се-
мью проводами. Восьмой провод использовался для вызывного звон-
ка. Совершенствуя свой аппарат, Шиллинг сумел в дальнейшем
уменьшить количество проводов до двух.

В 1832 г. Шиллинг демонстрировал свой телеграф императору Ни-
колаю I, пришедшему в полный восторг от «электрикомагнетического
телеграфа». Текст первой телеграммы составил на французском язы-
ке сам российский император Николай I, присутствовавший на демон-
страции. По-русски это звучало так: «Я очень рад был посетить гос-
подина Шиллинга». Вскоре были построены аппараты у него в Зим-
нем дворце и у трех его приближенных - шефа жандармерии, мини-
стра путей сообщения и одной из фрейлин.

, В 1837 г. из-за смерти Шиллинга дальнейшее развитие стрелочных
телеграфов в России прервалось. В мире же было построено еще не-
сколько стрелочных телеграфов - Гаусса и Вебера в 1833 г., Штейн-
геля, предложившего однопроводную линию, Уитстона и Кука и дру-
гих, но в 1837 г. был изобретен электромагнитный телеграф, и ис-
пользование стрелочных телеграфов стало бесперспективным. Одна-
ко следует упомянуть, что в пятистрелочном аппарате Чарльза Уит-
стона (1802-1875) для усиления тока было применено одно из важ-
нейших устройств в телеграфии и вообще в телемеханике - электро-
магнитное реле. Ему же принадлежит изобретение двух- и даже од-
нострелочного телеграфа, устанавливавшегося вдоль железнодо-
рожных линий Англии и кое-где сохранившиеся до середины XX в.
Под руководством Уитстона была проложена первая морская линия
Дувр-Кале в 1851 г., а теория электричества обязана ему знаменитым
«мостиком Уитстона».

Первый пишущий телеграф с использованием указателей, в кото-
рых электромагнит притягивал железную пластинку-якорь, осуществ-
лявшую запись принятых сообщений в виде ломаной карандашной
линии на фарфоровой доске, построил в 1827 г. русский электротех-
ник Б.С. Якоби (1801-1874).

Тем не менее, изобретателем собственно электромагнитного теле-
графа с самопишущим прибором считается Самуэль Морзе, хотя его
изобретение и было подготовлено работами и открытиями первой
трети XIX в.

Уроженец Бостона Самуэль Морзе (1791-1872) был художником,
художественное образование он получил в Англии. Первая мысль об
электрическом телеграфе зародилась у него еще в колледже, когда
на лекции об электричестве профессор Дэ высказал мысль, что
«электрический ток можно сделать видимым в любом месте на его
пути». В 1832 г., размышляя о способности тока мгновенно переда-
ваться по проволоке любой длины, Морзе разработал знаменитую
азбуку, названную его именем и ставшую основным кодом телегра-
фирования.
В 1837 г., будучи уже профессором живописи Нью-Йоркского уни-
верситета, Морзе изготовил свой первый, весьма несовершенный те-
леграфный аппарат. Только в 1840 г. он создал аппарат, применяв-
шийся потом на телеграфных линиях всех стран более ста лет. Инте-
ресно, что при проектировании своего аппарата Морзе обращался за
консультациями к великому американскому электротехнику Джозефу
Генри (1797-1878). Именно Генри посоветовал Морзе применить
электромагнитное реле, что резко увеличивало дальность передачи
сигналов, поэтому Генри по праву можно считать одним из соавторов
электромагнитного телеграфа.

Общее устройство аппарата Морзе было таково. На передающей
станции с помощью «ключа Морзе» в линию связи посылаются корот-
кие или более длинные токовые посылки, соответствующие «точкам»
или «тире» азбуки Морзе. На приемной станции электромагнит притя-
гивает якорь, с которым жестко связан пишущий узел - окунаемое в
чернильницу металлическое колесико. Последнее оставляет чер-
нильный след на бумажной ленте, протягиваемой с помощью часово-
го пружинного механизма.

Первая практическая линия с использованием телеграфа Морзе
была построена лишь в 1844 г. и соединила города Вашингтон и Бал-
тимор (порядка 40 км). Морзе устроил демонстрацию своего аппара-
та, проложив телеграфный провод длиной 6 км и передавая по нему
новости о президентских выборах. С этого момента телеграф Морзе
в течение последующих лет полностью завоевал все континенты.

Главными недостатками телеграфа Морзе были сравнительно низ-
кая скорость телеграфирования и необходимость расшифровки при-
нятых телеграмм, закодированных азбукой Морзе, что увеличивало
время доставки депеш. В дальнейшем шла непрерывная борьба за
скорость. По первому пишущему аппарату Штейнгеля можно было
передавать лишь 30...35 знаков в минуту. На аппарате Морзе опыт-
ный телеграфист передавал 60...70 знаков в минуту, и хотя сам Мор-
зе в пятидесятых годах создал упрощенный и дешевый аппарат
«клопфер», в котором прием велся на слух, что повышало скорость
почти вдвое, это был, по сути, предел возможностей ручной переда-
чи. Требовались механизация и автоматизация процессов передачи и
приема.

Изобретение буквопечатающих систем стало огромным достиже-
нием в популяризации телеграфа. Такой аппарат в 1850 г. построил
Якоби, но практическое применение получил аппарат Юза, созданный
в 1855 г.

Американец Дейвид Эдвин Юз (1831-1900) в своем буквопеча-
тающем аппарате применил принцип синхронности и синфазности
работы передающего и приемного аппаратов, основой которых стали
одинаковые колеса с выгравированными по их окружности буквами,
цифрами и знаками препинания. Аппараты Юза позволили переда-
вать около 125 знаков в минуту, но зато депеша принималась сразу
в читаемом варианте, что в целом увеличило скорость передачи в
5 раз.

В 1858 г. неутомимый Уитстон изобретает, наконец, автоматиче-
ский телеграфный аппарат, в котором передача ведется не ключом
Морзе, а автоматически. Оператор с помощью кода Морзе набивал
текст телеграммы на длинной бумажной ленте, поступавшей затем в
телеграфный аппарат. Точкам и тире соответствовали ряды пробитых
в ленте отверстий. На другом конце провода самопишущий аппарат
набивал принятое сообщение на другой бумажной ленте. Так появи-
лась перфоленты, пропускаемые через считывающий передающий
аппарат с большой скоростью. Телеграф Уитстона позволил увели-
чить скорость передачи до 400...500 знаков в минуту. Однако приня-
тые телеграммы все же требовали расшифровки. Впоследствии са-
мописец заменили сигнализатором, преобразовывавшим точки и тире
в длинные и короткие звуки. Операторы слушали их и записывали
текст сообщения.

Любопытно, что именно работая на перфораторе, молодой теле-
графист Т. Эдисон задумался о создании фонографа - первого звуко-
записывающего аппарата. Дело в том, что при считывании информа-
ции с быстро движущейся перфоленты контакты аппарата, скользя по
ее дырочкам, издают звуки разных тональностей, которые и заметил
Эдисон.

Следующим этапом стал изобретенный в 1874 г. «печатающий
многократный телеграф» французского изобретателя Жана Мориса
Эмиля Бодо (1845-1903). Аппарат Бодо использовал для передачи
сигналов время пауз между точками и тире. Это позволило с помо-
щью специального коммутатора работать по одной линии сразу четы-
рем, шести и более телеграфистам. Передача велась специальным
равномерным пятизначным кодом. Наибольшее практическое распро-
странение получили двукратные аппараты Бодо, работавшие на
дальнюю связь почти до конца XX в. и передававшие до 760 знаков
в минуту.

Внедрение телеграфного сообщения шло по планете семимиль-
ными шагами. С конца тридцатых годов XIX в. в Англии, в сороковые в
Америке и ряде стран Европы стали прокладывать телеграфные ли-
нии. В России, где телеграф появился в пятидесятых годах девятна-
дцатого века, прокладкой телеграфных линий занимался немецкий
предприниматель и изобретатель Вернер фон Сименс, основатель
фирмы «Сименс и Гальске». Ему принадлежали линии Берлин-
Франкфурт-на-Майне (1849), подводная линия Петербург-
Ораниенбург-Кронштадт (1853), Николаев-Перекоп-Севастополь
(1855) и др.
В XIX в. прокладываются межконтинентальные подводные кабели.
После первой удачной попытки прокладки кабеля Дувр-Кале были
проложены линии Лондон-Париж (1852), линии в Германию, Бельгию,
Ирландию из Англии и другие. В 1854-55 гг. прокладываются кабели
по дну Средиземного и Черного морей.

Прокладка кабеля Европа-Америка началась в 1857 г., но первые
попытки оказались по разным причинам неудачными. Только в 1866 г.
был проложен кабель, давший устойчивую связь между континентами.
В XX в. между Америкой и Европой работало 20 подводных кабелей.
К концу XIX в. все континенты уже были соединены между собой, а к
1934 г. длина только подводных кабелей во всем мире достигла почти
650 000 км.

1.3.2.	Рождение телефона

Следующим этапом использования электричества для связи стало
развитие телефонии. Принцип телефонной связи был предложен
профессором физиологии органов речи и физики Бостонского уни-
верситета Александром Беллом в 1876 г., т. е. через 44 года после
изобретения электромагнитного телеграфа П.Л. Шиллингом. Удача
Белла состояла в том, что сделать выдающееся изобретение ему по-
могла случайность. Однако же в гораздо большей степени своим по-
явлением телефон обязан огромному труду, упорству и знаниям этого
человека.

Белл родился в Эдинбурге 3 марта 1847 г. в семье филологов. Дед
его был основателем известной школы ораторского искусства и авто-
ром книги «Изящные отрывки». Отец, Мелвилл Белл, придумал сис-
тему «Видимая речь», в которой звуки речи обозначались письмен-
ными символами; используя эту систему, люди могли правильно про-
износить слова даже на незнакомом языке. Александр рос в атмо-
сфере музыки и декламации, где звукам человеческого голоса уделя-
лось особенное внимание. В 14 лет он переехал в Лондон к деду, под
руководством которого изучал литературу и ораторское искусство.
А через три года уже начал самостоятельную жизнь, преподавая му-
зыку и ораторское искусство в академии Уэстон-Хаус. Основательно
изучив за девять лет акустику и физику человеческой речи, Белл стал
ассистентом своего отца, профессора Лондонского университета.
Весной 1870 г. Белл заболел, и врачи порекомендовали ему переме-
нить климат. Семья перебралась в Канаду, а в 1871 г. он жил уже
в североамериканском Бостоне, преподавая в школе для глухонемых
с использованием системы видимой речи.

В то время компания «Вестерн Юнион» искала способ одновре-
менной передачи нескольких телеграмм по одной паре проводов, и
объявила о большой денежной премии изобретателю, который пред-
ложит подобный способ. Белл принял вызов. Он задумал установить
на передающем пункте несколько камертонов, каждый из которых
создавал бы в общей линии ток, пульсирующий со строго определен-
ной частотой. На приемном пункте эти пульсации должны были вос-
приниматься также камертонами, настроенными на соответствующую
частоту. Так, Белл собирался передавать одновременно семь теле-
грамм, по числу музыкальных нот - дань полюбившейся с детства
музыке. В работе над «музыкальным телеграфом» Беллу помогал
житель Бостона Томас Ватсон. Кругозор Белла был необычайно ши-
рок, что признавалось его современниками; но поскольку он не был
электриком, то консультировался у другого знаменитого бостонца,
ученого Д. Генри, именем которого названа единица индуктивности.
Осмотрев первый образец телеграфа в лаборатории Белла, Генри
воскликнул: «Ни под каким видом не бросайте начатого!»

Трудясь над «музыкальным телеграфом», Белл и Ватсон работали
в разных комнатах, где были установлены передающий и принимаю-
щий аппараты. Камертонами служили стальные пластинки разной
длины, жестко закрепленные одним концом, а другим замыкавшие
электрическую цепь. Однажды Ватсону пришлось высвобождать ко-
нец пластинки, который застрял в зазоре контакта и при этом задевал
другие пластинки. Те, естественно, дребезжали. Дальнейшие события
писатель Митчелл Уилсон описывает так: «Хотя экспериментаторы
полагали, что линия не работает, тонкий слух Белла уловил слабое
дребезжание в приемном устройстве. Он тут же догадался, что про-
изошло, и стремглав бросился в комнату к Ватсону. «Что вы сейчас
делали? - закричал он. - Ничего не меняйте!» Ватсон стал было объ-
яснять, в чем дело, но Белл взволнованно перебил его, сказав, что
они сейчас открыли то, что все время искали.

Изобретение телефона пришлось на время наивысшего расцвета
электрического телеграфа и оказалось совершенно неожиданным.
(Т>В 1876 г. Александр Белл демонстрировал свой аппарат на Фила-
дельфийской' всемирной выставке. В стенах выставочного павильона
впервые прозвучало слово «телефон» - так отрекомендовал изобре-
татель свой «говорящий телеграф». К изумлению жюри из рупора
этой штуковины послышался монолог Гамлета «Быть или не быть?»,
исполняемый в это же самое время, но в другом помещении, самим
изобретателем, мистером Беллом.

История ответила на этот вопрос беспрекословным «быть». Изо-
бретение Белла стало сенсацией Филадельфийской выставки.

Полученный Беллом патент оказался одним из самых доходных,
когда-либо выданных в США, поэтому в течение следующих десяти-
летий он был объектом атак едва ли не каждой крупной электриче-
ской и телеграфной компании в Америке. Однако его коммерческое
значение было не сразу понято современниками. Почти сразу после
получения патента Белл предложил компании «Вестерн Юнион» ку-
пить его за 100 тыс. долл., надеясь, что вырученная сумма даст ему
возможность расплатиться с долгами. Но его предложение не встре-
тило отклика. Белл демонстрировал свой телефон перед аудиторией
и в Салеме, и в Бостоне, и в Нью-Йорке. Первые передачи состояли
главным образом из игры на музыкальных инструментах и исполне-
ния популярных арий. Газеты писали об изобретателе с почтением,
но денег его деятельность почти не приносила.

11 июня 1877 г., Александр Белл женился, и молодая чета отплы-
ла в Англию. Об этом событии можно было не упоминать, но эта по-
ездка сыграла в истории телефона огромную роль. В Англии Белл
с успехом продолжал демонстрации, собиравшие большое количест-
во публики. Наконец, «восхитительное телефонное представление»
было дано самой королеве и королевской семье. Титулованные осо-
бы пели, декламировали и беседовали друг с другом по проводам,
прерывая себя вопросами о том, хорошо ли их слышно. Королева ос-
талась довольна.

Газеты так растрезвонили об успехе телефона в Англии, что «Вес-
терн Юнион» пришлось изменить свое отношение к изобретению.
Президент компании Ортон рассудил, что если электрический теле-
фон изобрел какой-то учитель для глухих, то такие специалисты, как
Эдисон и Грей, смогут создать аппарат получше. И в начале 1879 г.
компания «Вестерн Юнион» создала фирму «Америкен спикинг теле-
фон компани», которая занялась производством телефонов, игнори-
руя патентное право Белла.

Сторонники же Белла, взяв кредиты, создали в ответ «Нью Инг-
ленд телефон компани» и ринулись в бой. Результатом борьбы, одна-
ко, стало создание в конце 1879 г. объединенной «Белл компани».
В декабре того же года цена акций резко поднялась, и Александр
Белл стал чрезвычайно богатым человеком. Богатству сопутствовали
слава и всемирная известность. Франция присудила ему учрежден-
ную еще Наполеоном премию Вольта, размером в 50 тыс. франков
(до Белла эта премия была выдана лишь однажды), и произвела в
кавалеры ордена Почетного Легиона.

Чем только не занимался Александр Белл в своей жизни, в том
числе авиацией, гидродинамикой и... разведением овец. Между де-
лом, он - за два года до Эдисона - даже изобрел фонограф, но на
этот раз не заметил нового изобретения. Он сконструировал аппарат,
в котором колеблющаяся от звука мембрана была соединена с иглой,
оставляющей след на вращающемся барабане. Всего-то ему нужно
было прокрутить барабан с записью и прослушать ее на той же мем-
бране. Увы! Белл был поглощен только регистрацией звука и прошел
мимо еще одной грандиозной удачи.
Кстати, «музыкальный телеграф» не только дал толчок к изобрете-
нию телефона, но был первой реализацией принципа частотного уплот-
нения сигналов, широко используемого сегодня в радиотехнике и связи.

В одном из писем своим компаньонам Белл впервые в истории и
при этом весьма подробно изложил план создания в большом городе
телефонной сети, базирующейся на центральном коммутаторе.
В письме он настаивал на том, что в целях рекламы было бы жела-
тельно бесплатно установить телефонные аппараты в центральных
магазинах города. Это письмо стало первоисточником привычной те-
лефонной лексики, в том числе фразы «алло, центральная!», которая
умерла лишь при появлении автоматических телефонных станций.

(Телефон удовлетворил вполне определенную общественную по-
требность, сделав возможной связь на большом расстоянии без ис-
пользования промежуточных кодов и громоздких телеграфных аппа-
ратов. Общаться по телефону было просто, привычно и удобно.
Именно поэтому телефон очень быстро получил широкое признание
во всем мире, а его внедрение и развитие стало большим бизнесом.

Специально для этой новой и важной отрасли индустрии связи
была создана одна из самых крупных корпораций двадцатого столе-
тия - Американская телеграфная и телефонная компания (AT&T -
American Telegraph and Telephone Company). Она была зарегистриро-
вана как юридическое лицо в марте 1885 г. и вскоре стала контроли-
ровать практически всю быстро растущую телефонную сеть на терри-
тории Соединенных Штатов. С самого начала своей деятельности
AT&T находилась в исключительно благоприятных условиях как ле-
гальная государственная монополия.

Из-за необъятного размера корпорации она могла позволить себе
роскошь - большие исследовательские лаборатории. AT&T остава-
лась в авангарде технологии просто потому, что никто кроме нее не
располагал средствами для проведения необходимых разработок на
уровне Bell Laboratories - исследовательского подразделения AT&T.

В России первые телефонные аппараты появились более ста лет
назад, в 1882 г. в Петербурге. Тогда в столице открылась первая те-
лефонная станция на 128 абонентов. Через год в Петербурге насчи-
тывалось уже 604 телефонных аппарата, в 1890 г. - 1829, а спустя
еще пять лет - 2858 аппаратов, и число их быстро увеличивалось.

Скоро телефонные линии соединили Петербург с Гатчиной, затем -
с Петергофом и Царским Селом. Телефонизировалась Москва и дру-
гие города России. Но прошло более десяти лет, прежде чем теле-
фонные провода пролегли между Петербургом и Москвой, т. е. от-
крылась первая в России дальняя междугородная телефонная линия.

В том, что это важное событие сильно запоздало, меньше всегс
виновата техника. Уже через несколько лет после установки в столи-
це первого телефона в Главное управление почт и телеграфов посту-
пило прошение от предпринимателей А.С. Столповского и Ф.П. Попо-
ва о предоставлении им прав на устройство прямой телефонной свя-
зи между Петербургом и Москвой: «Ввиду несомненного значения,
какое имеют телефоны, и громадной общественной и государствен-
ной пользы, ими приносимой, является весьма своевременной мысль
о телефонном соединении крупных центров государственной и про-
мышленной жизни». Однако эти, казалось бы, убедительные доводы
не произвели на руководителей Почтово-телеграфного ведомства
должного впечатления, и предложение Столповского и Попова было
решительно отвергнуто «за многими неясностями».

Два долгих года понадобилось руководителям Почтово-телеграф-
ного ведомства, чтобы прийти к выводу, что устройство телефонного
сообщения между двумя городами целесообразно и что такая связь
«в самом непродолжительном времени должна представить значи-
тельные выгоды». Но только в 1898 г. Москву и Петербург связала
телефонная линия.

Наряду с созданием городских телефонных сетей в 80-х гг. XIX в.
в России начался процесс сооружения и эксплуатации междугород-
ных сетей. 31 декабря 1898 г. состоялось открытие телефонной ли-
нии, соединяющей Москву и Петербург. Эта дата является днем рож-
дения Санкт-Петербургского междугородного и международного те-
лефона. На 1 января 1916 г. в России насчитывалось 66 155 абонен-
тов правительственной телефонной сети, а общая протяженность
правительственных междугородных линий составляла 3667,5 версты.

1.3.3.	На сцену выходит радио

Радиотехника зародилась благодаря открытию единства и взаи-
мосвязи электричества (электрического поля) и магнетизма (магнит-
ного поля).

Воздействие электрического тока на магнитную стрелку «случай-
но» открыл X. Эрстед во время опытов по изучению теплового дейст-
вия тока (нагреванию провода). Точнее, отклонение магнитной стрел-
ки случайно лежавшего на столе компаса при замыкании тока в про-
воднике заметил во время лекции студент, имя которого, к сожале-
нию, не вошло в историю. Это произошло 15 февраля 1820 г.

Эрстед не смог дать объяснения этому явлению наблюдательному
студенту. Позже он подробно описал его в форме «памфлета» на ла-
тинском языке, однако толкование наблюденного эффекта было не-
верным. Памфлет дошел до Ампера. Кроме того, Ампер увидел по-
вторение опытов Эрстеда на заседании Французской академии, где
его демонстрировал испанский исследователь Араго.

Опыты потрясли Ампера. В течение нескольких недель он сам по-
ставил серию экспериментов и с помощью «вольтова столба» нашел
законы взаимодействия двух проводников с токами, катушек с токами
между собой и магнитами. Катушки, обтекаемые токами, оказались не
отличимыми по взаимодействию от магнитов. Однако состояние здо-
ровья и ряд других обстоятельств не позволили Амперу продвинуться
дальше.

Только с научным подвигом М.В. Ломоносова можно сравнить
вклад в науку об электромагнетизме М. Фарадея. Он родился в 1791 г.
в Лондоне, в семье кузнеца. В возрасте 21 года он решил посвятить
себя науке. Ему удалось поступить на должность лаборанта одной из
лабораторий Королевского института с помощью ученого Г. Дэви,
взявшего Фарадея к себе в лабораторию.

Сначала Фарадей занимался химией и вскоре, к удивлению Дэви,
опубликовал первую научную статью. В памятном 1820 г. Дэви и Фара-
дей повторили опыт Эрстеда (о работах Ампера они узнали позднее).
Затем Фарадей сам неоднократно проводит опыты, показавшие, что
проводник, по которому течет ток, движется в магнитном поле (явле-
ние, лежащее в основе современного электродвигателя). Он много ра-
ботает и публикует ряд статей. В 1824 г., через 11 лет после начала
научной деятельности, Фарадея избирают членом Лондонского коро-
левского общества, а в 1825 г. по рекомендации Дэви он становится
директором Королевского института. В 1831 г. Фарадей открыл закон
электромагнитной индукции - эффект появления электродвижущей
силы (ЭДС) в проводах под действием переменного магнитного поля.

Следует заметить, что Ампер был близок к этому открытию, однако
не обнаружил эффекта, так как не обратил внимания на то, что важно
не присутствие магнитного поля, а его изменение. Затем Фарадей
создает модель электромагнитного генератора. Это было очередное
торжество идеи взаимосвязи и обратимости физических явлений. Не-
даром М. В. Ломоносов говорил, что природа проста и не роскошест-
вует излишними причинами.

Фарадей оставил огромное печатное наследство. Его «Дневник»
наблюдений содержит 8 томов. Интересно отметить, что он мало
пользовался математикой и вместо формул привлекал графики полей
и ныне широко применяемые «силовые линии».

В год (1831) и почти в день открытия закона электромагнитной ин-
дукции Фарадеем, в богатой семье адвоката родился Джеймс Мак-
свелл. Его отец интересовался техникой, ставил физические опыты и
даже опубликовал несколько научных статей.

Максвелл уже к 19 годам становится автором ряда научно-
технических предложений, в том числе известного способа вычерчи-
вания эллипса с помощью двух иголок и нити (эта работа была вы-
полнена им еще в возрасте 15 лет), автором теоремы упругости
(«теоремы Максвелла»). В 1850 г. Максвелл окончил Эдинбургский
университет, а в 1854 г. и университет в Кембридже. В двадцатилет-
нем возрасте Максвелл впервые прочел книгу Фарадея «Эксперимен-
тальные исследования по электричеству», которая произвела на него
неизгладимое впечатление.

За свою не очень долгую жизнь Максвелл плодотворно занимался
различными областями науки от исследования устойчивости колец
Сатурна до цветной фотографии и бытовой химии.

Однако его величайшим вкладом в науку является создание ма-
тематической теории поля, из которой были выделены четыре ныне
всемирно известных уравнения Максвелла. Следует отметить, что в
сочинениях самого Максвелла этих уравнений двенадцать и они
«разбросаны» по нескольким разделам. Позднее выдающиеся уче-
ные Генрих Герц и Оливер Хевисайд упорядочили изложение Мак-
свелла, изъяли уравнения, которые были следствием других, и
представили основные в почти современной форме. В уравнениях
Максвелла сконцентрированы фундаментальные физические зако-
номерности, обобщающие все известное в электромагнетизме до
сих пор.

Величайшим следствием уравнений Максвелла было предсказа-
ние существования электромагнитного поля излучения. Из уравнений
следует, что вокруг переменного во времени тока создается перемен-
ное магнитное поле, способное создать в соседнем элементе про-
странства электрическое поле, которое за счет особого «тока смеще-
ния», создает новое магнитное поле и т. д. Поле излучения распро-
страняется со скоростью света.

Свою теорию Максвелл изложил в «Трактате об электричестве и
магнетизме», который вышел в свет в 1873 г. В 1938 г. в архивах Лон-
донского королевского общества был вскрыт пакет, оставленный в
1832 г. М. Фарадеем с указанием хранить до неопределенного време-
ни. Среди прочего в тексте, обнаруженном в пакете через 106 лет,
были прочитаны фразы о том, что на распространение магнитного
действия требуется время, которое, как полагал Фарадей, окажется
очень незначительным. Он писал также, что электрическая индукция
распространяется точно таким же образом и что распространение
магнитных сил похоже на колебания взволнованной водной поверх-
ности. Так, свойственным ему языком (без формул) Фарадей предска-
зал существование поля излучения за 35 лет до Максвелла.

Предсказания Максвелла относительно возможности создания
электромагнитного поля излучения не произвели особого впечатле-
ния на современников, может быть потому, что не многие могли по-
нять его теорию, изложенную к тому же далеко не в лучшей форме
(том «Трактата об электричестве и магнетизме» содержал около 1000
страниц, где чередовались обобщения, рассуждения и полемика).
Многие ученые просто не поверили в это предсказание - мало ли что
можно «вывести» на бумаге.
Значительную роль в утверждении теории Максвелла сыграли
опыты П.Н. Лебедева по изучению давления света на поверхность.
Существование этого давления следовало из электромагнитной при-
роды света, предсказанной Максвеллом. Опыты косвенно подтверди-
ли теорию Максвелла.

Однако великая историческая миссия непосредственного экспери-
ментального обнаружения электромагнитного поля принадлежит не-
мецкому физику Генриху Герцу.

Проводя физические опыты, Герц обнаружил, что создание искры
(разряда) между двумя шарами, замкнутыми контуром из проволоки,
приводило к появлению искры в другом аналогичном контуре, распо-
ложенном на значительном расстоянии (сначала около 1,5 м). Пере-
нос второго контура в соседнюю комнату не изменил результата,
только искра стала слабее.

Сначала Герц подумал, что он обнаружил новое явление - «волны
Герца». Поскольку мировоззрение Герца формировалось под влияни-
ем Гельмгольца, то, приступая к опытам, он вовсе не стремился под-
твердить теорию Максвелла. Как истинный ученый он провел ряд
сложных и трудоемких экспериментов. Оказалось, что волны прелом-
ляются призмой, скорость их распространения близка к скорости све-
та, они отражаются (как и световые) от металлических поверхностей,
обладают свойством поляризации.

«Волны Герца» полностью совпали с предсказанными Максвеллом
электромагнитными волнами, и Герц признал это. Опубликование ре-
зультатов опытов Герца вызвало не только научную «бурю» среди
ученых - сторонников и противников теории Максвелла, но и породи-
ло ряд весьма очевидных предложений о создании системы передачи
без проводов. Герц, ссылаясь на «медленность» электрических коле-
баний в телефонных проводах (в чем он был прав), сказал одному из
изобретателей, что если бы он был в состоянии построить вогнутые
зеркала (т.е. антенны) размером с материки, то можно было бы создать
поле излучения. Но практически ничего нельзя сделать с обычными
зеркалами. Как видно из этого утверждения, идея модуляции высоко-
частотных колебаний медленными сообщениями еще не созрела.

Многие исследователи стали повторять и модифицировать опыты
Г. Герца, получать электромагнитные волны различной длины, главным
образом очень короткие, чтобы более точно сравнить и изучить сходство
электромагнитных волн и световых. Среди тех, кто после Герца зани-
мался экспериментальными исследованиями свойств электромагнитных
волн, прежде всего, следует назвать имена английских физиков О. Лод-
жа, И. Томсона, М. Минчина, Э. Резерфорда, французских ученых
Э. Бранли, Р. Блондло, индийца Д. Боса, немецких физиков Э. Лехера
и А. Слаби, серба М. Пупина, русских физиков А. Столетова, Н. Его-
рова, И. Боргмана, О. Хвольсона, П. Лебедева и, конечно, А. Попова.
Заслуга в изобретении нового средства связи - радио - принадле-
жит русскому физику Александру Степановичу Попову. Для понима-
ния условий прихода А.С. Попова к мысли о применении электромаг-
нитных волн для беспроводной связи и правильной оценки историче-
ских событий того времени следует иметь в виду три обстоятельства.
Во-первых, А.С. Попов, как сотрудник военно-морского технического
учебного заведения, прекрасно понимал, что именно флот в первую
очередь испытывает нужду в беспроводной связи, что существующие
средства визуальной связи и приемы их использования не всегда
эффективны, а посредством электрической. индукции не удалось
обеспечить нужной дальности связи. Во-вторых, изучив работы
Г. Герца и его последователей, он убедился, что открытие электро-
магнитных волн дает принципиальные возможности для решения за-
дачи беспроводной связи. В-третьих, из многочисленных опытов с
электромагнитными волнами А.С. Попов хорошо представлял (и это
определило исходные позиции его дальнейших работ), что основные
элементы, с помощью которых можно осуществлять беспроводную
сигнализацию на электромагнитных волнах, уже существуют (созданы
Г. Герцем и его последователями). Предстояла трудная задача при-
способить их для конкретных практических целей - для связи.

Датой изобретения радио - системы телеграфии без проводов -
принято считать 25 апреля (7 мая) 1895 г., когда А.С. Попов выступил
с публичным докладом на заседании физического отделения Русского
физико-химического общества (РФХО), где он сообщил о результатах
своих опытов и показал в действии созданную им систему сигнализа-
ции без проводов.

12 марта 1896 г. А.С. Попов повторно выступает перед членами
физического отделения РФХО, где наглядно демонстрирует передачу
и прием с записью на ленту сигналов азбуки С. Морзе без проводов
на расстоянии 250 м из одного здания Петербургского университета
в другое. При этом была передана первая в мире радиограмма, со-
стоящая из слов «Генрих Герц», записанных латинским текстом. Та-
ким образом, была осуществлена и зарегистрирована первая в исто-
рии человечества радиограмма осмысленного содержания.

В 1900 г. во время работ по снятию севшего на камни у острова
Гогланд в Финском заливе броненосца «Генерал-адмирал Апраксин»
впервые в мире была осуществлена практическая линия радиосвязи
в Балтийском море на расстоянии 47 км. В апреле месяце того же го-
да А.С. Поповым была разработана программа «чтений и практиче-
ских занятий по курсу телеграфирования без проводов» и были орга-
низованы занятия по ознакомлению минных офицеров с установкой и
работой радиостанций.

Однако рождение радиосвязи не обошлось без курьезов. В 1896 г.
приоритет А.С. Попова начал оспаривать итальянец Гульельмо Мар-
кони, который в середине 1897 г. получил английский патент на «спо-
соб сигнализации на расстоянии». Изобретение же Попова, к сожале-
нию, запатентовано не было.

Будучи сам человеком далеко не бедным, Маркони склонил анг-
лийских предпринимателей и банкиров к созданию компании по ис-
пользованию его изобретения. Миллионные средства компании Мар-
кони позволили обогнать Россию по размаху дела и дальности радио-
связи. Развив огромную организаторскую деятельность, Маркони во-
семьдесят (!) раз путешествовал из Европы в Америку. Как не вспом-
нить, что на первом ходатайстве А.С. Попова о выделении денег на
опыты (около 300 руб.), морской министр написал «На такую химеру
денег отпускать не разрешаю».

А.С. Попов встречался с Маркони в июле 1902 г, когда итальянский
корабль «Карло Альберто» прибыл в Кронштадт. На борту находился
Маркони со своей аппаратурой. А.С. Попов осмотрел радиорубку,
дружелюбно беседовал с Маркони, но ничего нового для себя не уви-
дел. А.С. Попов умер от кровоизлияния в мозг 13 января 1906 г.
Г. Маркони в 1909 г. стал лауреатом Нобелевской премии за «изобре-
тение» радио. Не следует, однако умалять заслуг Маркони в области
внедрения радио. Именно благодаря его энергичной деятельности
радио прочно вошло в нашу жизнь.

В России же в 1906 г. один за другим начали открываться филиалы
иностранных фирм «Телефункен», «Эриксон» и даже английской
фирмы Маркони (правда, под названием «Русское общество беспро-
волочных телеграфов и телефонов»). Лишь в 1913 г. был организован
радиотелеграфный завод с радиолабораторией под руководством
М.В. Шулейкина, а в 1914 г. Москве и Петрограде были построены
первые радиостанции.

Можно по разному относиться к создателю первого в мире социа-
листического государства В. И. Ленину. Однако следует признать, что
он весьма прозорливо оценил роль радио и первым использовал ра-
диосвязь (еще телеграфную) для обращения 22 ноября 1917 г. «Ра-
дио всем, всем полковым, дивизионным, корпусным, армейским и
другим комитетам, всем солдатам революционной армии и матросам
революционного флота».

19 июля 1918 г. был издан декрет Совнаркома о централизации
радиотехнического дела. Был создан Радиотехнический совет при
Наркомате почт и телеграфов, взяты под контроль все радиотехниче-
ские заводы и мастерские, организована передача по радио поста-
новлений правительства. 2 декабря 1918 г. В.И. Ленин подписал По-
ложение «О Нижегородской радиолаборатории», руководителем ко-
торой был назначен М.А. Бонч-Бруевич.

Одно из наиболее значительных достижений человечества в XX
столетии - создание и развитие систем звукового и телевизионного
вещания. Эти системы играют огромную роль в жизни современного
общества, давая возможность практически каждому человеку быть в
курсе всех происходящих в мире событий и способствуя широкому
распространению новейших достижений культуры и науки. По своему
значению для человеческой цивилизации радиовещание имеет огром-
ное значение, не меньшее, чем изобретение книгопечатания в XVI в.
Именно благодаря широкому распространению знаний с помощью пе-
чатных изданий за прошедшие столетия мир столь значительно изме-
нился в культурном, образовательном и политическом отношении.

В свое время русский историк Н. М. Карамзин так оценил роль кни-
гопечатания: «История ума представляет две главные эпохи: изобре-
тение букв и типографии, все другие были следствием».

Радиовещание открыло третью эпоху «истории ума». В XX столе-
тии оно явилось мощным катализатором интеллектуального и поли-
тического развития человеческого сообщества. Несомненно, что в
XXI в. его роль в жизни общества еще более возрастет.

Первые опыты по передаче с помощью радиосигналов звукового
вещания (ЗВ) проводились еще в начале XX столетия. Они связаны
с именами американских инженеров Фессендена и Ли де Фореста.
В 20-х гг. начинается интенсивное строительство радиовещательных
(РВ) станций во многих странах мира. Первые РВ станции работали в
диапазоне длинных волн и использовали ^амплитудную^ модуляцию
(АМ). В системах AM-вещания, которые и в настоящее время распро-
странены весьма широко, звуковые сигналы передаются в полосе
частот 4,5 кГц. Столь узкая полоса частот и взаимные помехи между
многочисленными AM-станциями, использующими один и тот же час-
тотный канал, не позволяют обеспечить прием вещательных про-
грамм с высоким качеством. Для AM-вещания в диапазонах длинных,
средних и коротких волн в настоящее время выделено всего 135 час-
тотных каналов, в которых общее число действующих в разных стра-
нах передатчиков составляет примерно 3000. Таким образом, насы-
щенность этих диапазонов частот работающими станциями АМ-
вещания весьма велика.

Поиски выхода из создавшейся ситуации привели к идее исполь-
зования частотной, модуляции (ЧМ). Исследования Э.Г. Армстронга
(США), выполненные в 1936 г., показали перспективность применения
в сетях вещания этого вида модуляции, так как при этом обеспечива-
ется значительно более высокое качество приема вещательных сиг-
налов, и более просто решаются вопросы обеспечения их электро^
магнитной совместимости (ЭМС). В системах ЧМ-вещания значитёль^
но (до 15 кГц) расширялась полоса частот передаваемых вещатель-
ных сигналов. С 40-х гг. во всех странах в диапазоне метровых волн
(ОВЧ) начинается создание сетей ЧМ-вещания.
Именно в диапазоне ОВЧ с использованием частотной модуляции
внедрены системы стереофонического радиовещания.

Совершенствование систем вещания в настоящее время идет по
пути совершенствования цифровых систем, в которых может быть
обеспечено очень высокое качество воспроизведения речи и музыки.
Цифровые РВ системы позволяют создавать сети вещания с высокой
эффективностью использования радиочастотного спектра.

В начале 90-х гг. европейские страны объединяют свои усилия в
разработке перспективной системы цифрового звукового вещания

Таблица 1.1. Хронология развития эфирного звукового вещания

' Дата	Событие
1906	Первый опыт передачи речи и музыки по радио
1920	Начало AM-вещания в США
1922	Начало регулярного AM-вещания в Великобритании и Франции
1924	Начало регулярного AM-вещания в СССР.
1931	Опыты по внедрению звукового вещания на метровых волнах
1941	Начало вещания с использованием ЧМ (США)
1946	Начало ЧМ-вещания в СССР
1955	Опытная передача стереофонических программ по радио в СССР
1958	Создание системы звукового стереовещания в США
1959	Разработка системы звукового стереофонического вещания с полярной модуляцией (СССР) и с пилот-тоном (США)
1961	Начало внедрения стереофонического ЧМ вещания в США
1963	Внедрение в эксплуатацию цифровых методов передачи звуко- вых программ с использованием ИКМ по каналам связи (СССР)
1963	Внедрение стереофонического ЧМ-вещания в СССР
1967-1980	Внедрение цифровых методов передачи программ ЗВ по спут- никовым трактам распределения программ, а также передача программ ЗВ в системе «Орбита-РВ» (СССР)
1970-1980	Исследования и внедрение синхронного вещания в СССР
1970-1976	Разработка квадрафонических аналоговых систем вещания (США, Япония, СССР)
1982-1984	Разработка и экспериментальные исследования системы наземного цифрового вещания в СССР
1985-1989	Разработка и внедрение системы DSR непосредственного цифрового спутникового звукового вещания (Германия)
1988	Разработка многоканальной системы DSR (Япония)
1994	Завершены разработки европейской системы DAB для наземного и для непосредственного спутникового цифрового звукового вещания
1996	Создание в ряде европейских стран опытных сетей наземного вещания по стандарту DAB
(DAB - Digital Audio Broadcasting), и в 1994 г. эта разработка была за-
вершена. В ряде стран Европы, Азии и Америки в 1996 г. началась
опытная эксплуатация наземных сетей вещания стандарта DAB. Ши-
рина полосы частот, занимаемая одним частотным каналом, в этой
системе составляет 1,5 МГц. Сети DAB по эффективности использо-
вания радиочастотного спектра существенно превосходят сети ОВЧ-
ЧМ вещания, поскольку, во-первых, в этих сетях упрощается обеспе-
чение электромагнитной совместимости между разными станциями,
работающими в сети, а во-вторых, в этих сетях возможна реализация
идей создания синхронных одночастотных сетей, покрывающих зна-
чительные регионы страны. В одном канале системы DAB могут быть
переданы до шести стереофонических программ с качеством компакт-
дисков. За последние несколько лет опытные сети DAB созданы в
большинстве европейских стран, а также в Канаде, Китае, Гонконге,
Индии, Малайзии, Японии, Южной Африке и в некоторых других стра-
нах. В первом десятилетии XXI в. в сетях вещания во многих странах
будет осуществлен переход от аналоговых систем к цифровым.

Во многих странах, в том числе и в СССР, наряду с развитием
эфирного вещания, активно развивалось проводное вещание (ПВ).
Сети ПВ позволяют организовывать местное вещание и являются на-
дежным и постоянно готовым к работе средством оповещения насе-
ления во время войны и'стихийных бедствий.

1.3.4. История телевидения

Общепринятый в настоящее время термин «телевидение» (televi-
sion) был предложен русским военным инженером К.Д. Перским, ко-
торый в конце 1900 г. выступил на Международном конгрессе в Пари-
же с докладом «Современное состояние вопроса об электровидении
на расстоянии (телевидение)».

Идеи первых проектов телевизионных систем механического типа
родились практически одновременно и безотносительно друг от друга
у ученых разных стран, но пальма первенства, вне сомнения, принад-
лежит португальскому физику Порту де Пайва. Он еще в 1878 г. опуб-
ликовал статью «Телефония, телеграфия и телескопия», в которой
описывался способ применения электричества для визуальной связи
и были намечены контуры устройства, способного мгновенно воспро-
изводить передаваемые изображения.

Через два года после опубликования статьи де Пайва, в 1880 г.,
российский студент П.И. Бахметьев выступил в Цюрихе на собрании
общества «Славия» с рефератом на тему «О телефотографе» - так
он назвал прибор для передачи изображения.

Суть предложения П.И. Бахметьева заключалась в следующем:
развертка передаваемой картины в передающем устройстве осуще-
ствлялась с помощью выстроенных в ряд селеновых фотоэлементов,
которые перемещались по спиральному пути в плоскости проекции
передаваемого изображения. Электрические сигналы от каждого фо-
тоэлемента по отдельным проводам направлялись на приемник. Для
визуализации изображения П.И. Бахметьев предложил использовать
светильный газ. В приемном устройстве электрические сигналы
управляли заслонками, ограничивавшими поступление газа в ряд га-
зовых горелок, спиралью перемещающихся аналогично фотоэлемен-
там передающего устройства. Свет от горелок проецировался на ма-
товое приемное стекло. Скорость синхронного движения фотосопро-
тивлений и газовых горелок была установлена в пять полных циклов
спирали за секунду, т. е. с помощью телефотографа можно было пе-
редавать изображения как неподвижных, так и медленно переме-
щающихся объектов. Изменение освещенности в плоскости изобра-
жения передающей камеры воспроизводилось в виде аналогичных
изменений яркости соответствующей точки приемного экрана. Так как
перемещение фотоэлементов и газовых горелок производилось бы-
стро, то глаз наблюдателя не успевал утратить ощущение света за
весь период развертки кадра. Следует отметить, что телефотограф
П.И. Бахметьева обладал важной особенностью: он разумно исполь-
зовал свойства зрительной памяти человека.

В конце XIX в. в разных странах было разработано множество сис-
тем механического телевидения. Однако, несмотря на обилие проек-
тов передачи движущихся изображений, практически лишь некоторым
изобретателям удалось передать самые элементарные изображения -
точку или несколько точек. Большинство проектов так и осталось не-
реализованным, в том числе и проект П.Н. Бахметьева.

Выдающуюся роль в развитии телевидения в начале XX в. сыграл
преподаватель кафедры физики Санкт-Петербургского технологиче-
ского института Б. Л. Розинг, которого по праву называют основопо-
ложником электронного телевидения. Он одним из первых заметил,
что при кажущейся простоте оптико-механические телевизионные
системы имели практически неустранимые недостатки - низкую чет-
кость и маленький размер воспроизводимого изображения. Не слу-
чайно в большинстве проектов механических телевизионных систем
предусматривалось разложение передаваемой картины на 30-60
строк. Дальнейшее увеличение четкости приводило к созданию гро-
моздких и дорогостоящих конструкций.

Свои исследования в области электронной телескопии Б.Л. Розинг
начал еще в конце XIX в. После продолжительных экспериментов
ученый убедился в невозможности электрической передачи изобра-
жения без разложения его на отдельные элементы. Тогда он решил в
одной из электролитических ванн вместо светового луча перемещать
металлический штифт, а другую ванну заменить телевизионной труб-
кой К.Ф. Брауна с двумя парами электромагнитов. Здесь его ждал
первый успех: флуоресцирующее пятно на экране трубки Брауна по-
вторяло движения металлического штифта в электролитической ван-
не, наполненной медным купоросом. В результате получился своеоб-
разный электронный карандаш. Этот рисующий электронный луч на-
толкнул Б.Л. Розинга на идею создания электронно-лучевой трубки,
способной воспроизводить движущееся изображение с натуры. 25 июля
1907 г. он оформил заявку на изобретение.

В трубке Б.Л. Розинга электронный луч чертил не одну линию, а
набор строк, образующих светящийся прямоугольный экран. В отли-
чие от телевизионной трубки Брауна трубка Б.Л. Розинга регулирова-
ла плотность пучка путем введения перед диафрагмой трубки пары
пластин, выполнявших функцию модулятора. К пластинам подводил-
ся электрический сигнал изображения от фотоэлемента передающего
устройства. В зависимости от его величины через отверстие диа-
фрагмы проходило большее или меньшее количество электронов, что
и позволяло изменять яркость свечения соответствующих точек лю-
минесцентного экрана. Таким образом, трубка Б.Л. Розинга заменяла
сразу два узла механических систем телевидения: развертывающее
устройство и источник свечения.

В конце 1908 г. в лаборатории Технологического института была
смонтирована первая действующая модель приемной и передающей
аппаратуры телевизионной системы Б.Л. Розинга.

До начала 30-х гг. разрабатывались в основном механические ТВ
системы, в которых формирование электронного сигнала изображения
выполнялось с помощью диска Нипкова, осуществлявшего разложение
передаваемого изображения на последовательные элементы. Одна из
таких систем ТВ вещания была создана в СССР в 1929 г. под руково-
дством В.И. Архангельского в лаборатории одного из крупнейших со-
ветских ученых в области телевидения П.В. Шмакова. В этой системе
использовались параметры развертки 30 строк и 12,5 кадр/с. В ней ТВ
сигнал занимал полосу частот, равную всего 7,5 кГц, и передавался по
радиоканалу на частоте 1 МГц, а звуковое сопровождение - на частоте
500 кГц. В 20-х гг. в США, СССР, Франции, Германии и других странах
разрабатываются передающие телевизионные трубки и появляется
возможность создания полностью электронных ТВ систем. Опытные
полностью электронные ТВ системы впервые создаются в 1930 г. в
США и Германии. В СССР создание ТВ центров и первые опытные пе-
редачи ТВ вещания в Москве (343 строки) и Ленинграде (240 строк) на-
чались в 1937 г. Необходимая ширина полосы частот радиоканала для
такой передачи составляла примерно 1,5 МГц.

Современные стандарты на системы черно-белого ТВ вещания в
разных странах создаются в 40-х гг. Для развития сетей ТВ вещания
был выделен диапазон метровых и дециметровых волн.
В СССР внедрение таких систем начинается в 1948 г. с реконст-
рукции Московского ТВ центра на используемый и сегодня стандарт
625 строк, 25 кадр/с и 50 полей/с (полоса частот радиоканала состав-
ляет 6,5 МГц). Он был принят в 1952-1953 гг. в качестве международ-
ного стандарта многими странами Европы, а также Австралией.

Современные системы цветного ТВ вещания стандартов NTSC,
PAL и SECAM были разработаны в 50-60-х гг. XX в., а в 1966 г. на
международной конференции в Осло было рекомендовано их приме-
нение. В европейских странах ширина полосы частот, выделенная для
передачи ТВ сигнала, составляет 8 МГц. В СССР на сети ТВ вещания с
1967 г. начинает внедряться система цветного ТВ стандарта SECAM.

< Все страны испытывают дефицит частотных каналов для органи-
зации наземной сети ТВ вещания. Повысить эффективность исполь-
зования спектра можно, увеличив зону обслуживания одним ТВ пере-
датчиком. Для этого его следует разместить на большой высоте над
поверхностью Земли. В 1937 г. П.В. Шмаков предложил использовать
ТВ передатчики, установленные на борту самолета, для организации
ТВ вещания на большую территорию. Однако в те годы эта идея не
была реализована.

С 1967 г. начинают создаваться спутниковые системы ТВ вещания.
В СССР создается первая в мире система «Орбита», позволившая
осуществлять подачу центральных ТВ программ в отдаленные рай-
оны нашей страны. Сеть станций «Орбита» дала возможность охва-
тить ТВ вещанием практически всю огромную территорию СССР.
С этого времени системы спутникового ТВ вещания получают широ-
кое развитие во всем мире. Первый проект системы непосредствен-
ного спутникового вещания в диапазоне 12 ГГц был разработан в
1971 г. в Европейском вещательном союзе.

В СССР в диапазоне 800 МГц в 1976 г. была создана первая сис-
тема непосредственного спутникового ТВ вещания «Экран», дейст-
вующая до сих пор и обеспечивающая прием одной программы цен-
трального ТВ на территории Сибири и Дальнего Востока. В 1979 г.,
когда прогресс в создании малошумящих усилителей позволил соз-
давать приемные станции со сравнительно небольшим диаметром
антенн, началась разработка систем непосредственного спутникового
ТВ вещания в диапазоне частот 12 ГГц. Были созданы несколько таких
систем: ANIK (Канада - 1982 г.), BS-2 (Япония - 1984 г.), TV SAT (Гер-
мания и Франция - 1987 г.). В России современная цифровая система
непосредственного спутникового вещания (НТВ-Плюс), которая обес-
печивает трансляцию до сорока ТВ программ, была создана в 1997 г.

В период с 1978 по 1987 г. в Японии, США и Европе разрабатыва-
ются системы телевидения высокой четкости (ТВЧ). Параметры раз-
вертки изображения этих систем приняты соответственно следующими:
1125/60, 1050/60 и 1125/50 (здесь в числителе указано число строк
в кадре, а в знаменателе - частота кадров в секунду). Полоса частот,
необходимая для передачи сигналов полного ТВЧ в аналоговом кана-
ле связи, составляет примерно 20 МГц. Сети наземного ТВ вещания
работают в диапазоне радиоволн ниже 1 ГГц, в котором столь широ-
кополосные каналы не могут быть выделены. Поэтому вещание ТВЧ
в этом диапазоне частот возможно только при использовании мето-
дов сжатия спектра ТВ сигнала, позволяющих уменьшить необходи-
мую полосу частот в 5-6 раз. В современных системах для этого при-
меняется стандарт MPEG-2.

В результате проведенных в Японии в 1984 г. разработок создает-
ся аналоговая система ТВЧ MUSE, которая используется Японией
для спутникового ТВЧ вещания на своей территории с 1989 г.

В 1988 г. во Франции создается европейская система ТВЧ HD-MAC
(High Definition МАС). Видеосигнал этой системы занимает полосу
частот 10,1 МГц. Этот сигнал методом ЧМ передается по спутниково-
му стволу с полосой 27 МГц.

Наряду с совершенствованием обычных систем ТВ вещания в по-
следнем десятилетии XX в. проводились разработки систем стерео-
телевидения, которые, как показали эксперименты, усиливают эмо-
циональное воздействие телепрограмм на зрителей. Кроме того, сте-
реосистемы находят применение в промышленности, используются
для исследовательских и учебных целей. В 1950 г. состоялась первая
опытная демонстрация такой системы, разработанной под руково-
дством профессора П. В. Шмакова. Результаты этой разработки от-
ражены как вклад СССР в Отчетах Исследовательских комиссий Ме-
ждународного Совета Электросвязи (МСЭ). В 1979 г. в Ленинграде
проводилось опытное стереотелевизионное вещание.

Подобные работы шли в последующие годы в США, Японии,
Франции, Германии, Австралии и других странах. С начала 80-х гг. в
ряде городов США и Германии началось опытное стереотелевизион-
ное вещание. В 1989 г. в Японии была создана и испытана новая
опытная система стереотелевидения с использованием оборудова-
ния ТВЧ. Основными препятствиями для внедрения подобных систем
в коммерческую эксплуатацию являются сложность оборудования и,
что более важно, расширение полосы частот канала связи, необхо-
димой для передачи сигналов. Несомненно, что эти препятствия бу-
дут преодолены, и стереотелевидение войдет в быт людей XXI в.

В 1994 г. создаются европейские стандарты DVB (Digital Video
Broadcasting) цифрового ТВ, определяющие способы передачи ин-
формационного цифрового потока по разным каналам связи (назем-
ным радио и кабельным, спутниковым и т. д.). Для формирования ин-
формационного цифрового потока и сокращения избыточности ТВ
сигнала используется стандарт MPEG-2, что позволяет в радиоканале
с шириной полосы частот в 8 МГц передать, в зависимости от тре-
буемого качества приема, 4-6 обычных ТВ программ либо одну про-
грамму ТВЧ. С созданием цифровых систем вещания понятие спе-
циализированной сети вещания утрачивает свой смысл, так как эти
сети пригодны для распространения не только вещательных про-
грамм, но и любой другой циркулярной цифровой информации. Начи-
ная с 1996 г., в ряде стран мира начинают организовываться опытные
сети цифрового ТВ вещания. В первом десятилетии XXI в. цифровое
вещание повсеместно заменит аналоговое вещание.

Таблица 1.2. Хронология развития телевидения

Дата	Событие
» 1900	Первый проект механической ТВ системы с последовательной передачей цветов (Россия)
1907	Изобретение системы воспроизведения изображения с помо- щью электронно-лучевой трубки Брауна и последовательной электрической развертки (Россия)
1908	Проект двухцветной механической ТВ системы с одновременной передачей цветов (Россия)
1925	Опытные передачи изображений с помощью систем механиче- ского типа (США, Великобритания)
1930	Опытные передачи изображения с помощью систем электронно- го типа (США, Германия)
1931	Начало регулярного ТВ вещания на частоте 60 МГц с помощью системы механического типа в СССР
1936-1938	Начало внедрения электронного ТВ вещания (США, СССР, Великобритания и Германия)
1938	Опытные передачи цветных изображений с помощью механиче- ской системы передачи ТВ сигналов (Великобритания)
1940	Опытные передачи цветных изображений с помощью электрон- ной системы передачи ТВ сигналов с поочередной передачей цветов (США)
1944	Разработка стандарта черно-белого ТВ вещания на 625 строк и 25 кадр/с (СССР)
1948	Начало в СССР ТВ вещания по стандарту 625 строк и 25 кадр/с
1950	Демонстрация опытной установки стереоскопического телеви- дения (СССР)
1953	Разработка и внедрение системы NTSC цветного ТВ (США)
1959	Разработка системы SECAM цветного ТВ (Франция)
1962	Разработка системы PAL цветного ТВ (ФРГ)
1962	Передача ТВ сигналов через искусственный спутник Земли «Телстар» (США)
1965	Передача сигналов ТВ и многоканальной телефонии через спутник «Молния» (СССР)
Продолжение табл. 1.2

Дата	Событие
1967	Внедрение в СССР цветного ТВ вещания по системе SECAM
1967	Создание в России первой в мире системы спутникового вещания «Орбита»
1971	Первый проект системы непосредственного ТВ вещания с использованием ИСЗ
1974-1987	Разработка системы ТВЧ в Японии, США и Европе
1976	Создание в России системы непосредственного спутникового ТВ вещания «Экран» в диапазоне 800 МГц (СССР)
1978	Разработка проекта системы ТВ вещания с использованием дирижаблей (СССР)
1979	Опытное стереотелевизионное вещание в Ленинграде
1980-1982	Опытное стереотелевизионное вещание в США и Германии
1986	Экспериментальное спутниковое ТВЧ вещание с использованием системы MUSA (Япония)
1987	Принятие Рекомендаций МСЭ по двум вещательным стандартам ТВЧ (1125/60,1250/50,16:9)
1989	Начало регулярных экспериментальных передач ТВЧ (Япония)
1989	Создание опытной системы стереотелевидения с использованием оборудования ТВЧ (Япония)
1990	Принятие Рекомендации МСЭ по единому студийному стандарту ТВЧ
1994	Создание европейского стандарта цифрового ТВ вещания (DVB)
1996	Начало цифрового ТВ вещания через спутник системы Eutelsat на основе применения стандартов DVB и MPEG-2
1996	Создание опытных наземных сетей цифрового ТВ вещания в ряде стран Европы, Америки и Азии
1997	Создание в России системы непосредственного спутникового вещания (НТВ-Плюс) в диапазоне 11,7... 12,5 ГГц
1998	Начало внедрения наземного цифрового ТВ вещания в США

1.3.5.	История Интернета

Три технологических прорыва стали символами двадцатого века:
атомная энергия, выход в космос и создание Интернета. Отчасти Ин-
тернет возник как реакция на ракетно-ядерную угрозу. Его история
насчитывает более 30 лет, но лишь в последнее десятилетие он на-
чал оказывать на нашу жизнь влияние, сопоставимое с влиянием
ядерной и космической технологий.
Предыстория. 1957 г. Советский Союз первым в мире выводит на
околоземную орбиту искусственный спутник. Одновременно с востор-
женной реакцией это событие вызывает в Соединенных Штатах силь-
ное беспокойство - СССР обгоняет Америку в разработке средств
доставки ядерного оружия.

Реакцией на угрозу национальной безопасности в числе прочего
стало создание в 1958 г. Агентства перспективных исследований
(ARPA) при министерстве обороны США. По распоряжению президента
Эйзенхауэра оно должно было продвигать научные и технологические
исследования, которые могут быть использованы в военных целях.

В середине 1960-х в поле зрения руководства ARPA попадают ра-
боты в области связи между компьютерами. Некоторые исследовате-
ли утверждали, что можно так организовать сеть, что она будет рабо-
тать, даже если часть узлов и линий связи будет разрушена, напри-
мер, в результате ядерного удара.

ARPA начинает скромно финансировать теоретические исследо-
вания группы Лоуренса Робертса в Массачусетском технологическом
университете (MIT). Однако к 1966 г. становится ясно, что это направ-
ление крайне перспективно. Робертс переходит на работу в ARPA и
посвящает два года разработке концепции сети, получившей назва-
ние ARPANET. К середине 1968 г. был готов проект ARPANET, а уже
в сентябре выделено финансирование и начинается конкурсный под-
бор компании, которая создаст необходимое оборудование.

Несколько корпораций претендовали на этот заказ, и кто знает, ка-
ким был бы Интернет, выиграй одна из них этот контракт. Но неожи-
данно в конкурсе побеждает небольшая компания BBN. Эта фирма,
созданная в 1948 г. двумя профессорами MIT, имеет замечательный
послужной список. Достаточно сказать, что вскоре после основания
она участвовала в проектировании зала Генеральной Ассамблеи
ООН, консультируя архитекторов по вопросам акустики. Но подлин-
ным звездным часом BBN стали именно работы в области компью-
терных сетей.

Начало. Всего за полгода BBN создает интерфейсный процессор
сообщений - первое устройство, управляющее передачей информа-
ционных пакетов с компьютера на компьютер. В течение 1969 г. при
помощи этих устройств в сеть были соединены четыре компьютера,
расположенные в университетах Лос-Анджелеса, Санта-Барбары (Ка-
лифорния), Стэнфордского исследовательского института и универ-
ситета штата Юта.

По ходу работ появляются первые технические документы, обо-
значаемые Request for Comment - RFC (в переводе приблизительно
«запрос комментариев»). Чтобы понять происхождение этого не-
сколько необычного названия, представьте, как специалисты в четы-
рех городах занимаются настройкой совместной работы разнотипных
компьютеров. Можно только догадываться, сколько денег уходило на
телефонные переговоры. В конце концов, по тем вопросам, которые
задавались чаще всего, стали писать особого вида технические за-
писки-разъяснения - RFC.

С тех пор каждый год выпускаются десятки новых RFC, регламен-
тирующих техническую сторону работы Интернета. На сегодня их уже
более 3200. Интересно отметить, что RFC не являются стандартами
в общепринятом смысле. Следование этим рекомендациям и поясне-
ниям является делом доброй воли. Однако тот, кто существенно от
них отклоняется, просто теряет связь с Интернетом.

Героический период. Постепенно к сети подключаются все новые
удаленные компьютеры. Это было поистине героическое время, когда
самые простые идеи воплощались в проект мирового значения. Так,
совершенно неожиданно в конце 1971 г. появилось новшество, навсе-
гда вошедшее в обиход интернетчиков. В то время большинство ком-
пьютеров были многопользовательскими, и на многих уже существо-
вала система передачи сообщений от одного пользователя к другому.
А в сети ARPANET была программа для пересылки файлов между
компьютерами. Рей Томилсон, работавший в компании BBN, просто
объединил их вместе и получился прообраз современной электрон-
ной почты.

Для записи адресов он использовал символ @ («at»), ведь надо бы-
ло как-то отделить имя адресата (кому) от имени компьютера (куда).
Впоследствии знак @ стал неформальным символом Интернета.
В 1971 г. Майкл Харт в качестве оператора получил доступ к ЭВМ
Sigma V фирмы Xerox в университете Иллинойса, стоимость ресурсов
которой оценивалась в 100 миллионов долларов. Харт все время ду-
мал, как бы с пользой употребить простаивающие мощности. Тогда ему
и пришла в голову мысль, что компьютеры могут приносить пользу не
только выполняя вычисления, но и храня большие массивы библио-
течных данных и обеспечивая быстрый поиск в них. И он решил начать
создание электронной библиотеки. Первым текстом стала Декларация
независимости Соединенных Штатов, которую он набрал и разослал по
немногим подключенным к сети компьютерам. Так было положено на-
чало проекту «Гуттенберг» - первому значительному культурному про-
екту в сети. Электронная библиотека «Гуттенберг» продолжает активно
развиваться и сейчас (www.gutenberg.org -именно так, с одной «t»),
а Майкл Харт считает, что вполне оправдал те 100 миллионов долла-
ров, поскольку теперь текст Декларации присутствует в личных элек-
тронных библиотеках 100 млн пользователей.

В 1972 г. впервые проводится сеанс сетевого чата, т.е. компьютер-
ной переписки в реальном времени. В одном из первых эксперимен-
тов пациент с психическими отклонениями, находящийся в Стэнфор-
де, получил консультацию врача, пришедшего в офис компании BBN.
Трудно удержаться от предположения, что такое символичное начало
наложило своеобразный отпечаток на все последующее общение
в чатах.

В 1975 г. в сети появляется первый инструмент для групповой ра-
боты - списки почтовой рассылки. Обычно письма передаются от от-
правителя к получателю, в рассылке же каждое письмо доставляется
сразу всему сообществу подписчиков. Это похоже на совместное об-
суждение вопроса на собрании, причем каждый может высказаться и
быть услышанным, а все участники автоматически получают стено-
грамму выступлений. Наряду с рассылками, посвященными различ-
ным научным и техническим вопросам, появляются и разнообразные
рассылки «по интересам». Одна из самых популярных рассылок SF-
Lovers объединяет любителей научной фантастики. Это и понятно -
чем еще должны интересоваться люди, своими руками воплощающие
идеи фантастов?

Однако у почтовых рассылок есть ряд неудобств. Новым подпис-
чикам недоступны старые сообщения, да и не каждому интересны все
рассылаемые письма. Избавиться от этих недостатков помогла соз-
данная в 1979 г. система тематических дискуссионных групп USENET.
Сообщения, отправляемые в тематические группы, хранятся на сер-
вере, где любой желающий может их прочитать. Сами группы собра-
ны в единую иерархию, что позволяет быстро найти требуемую ин-
формацию.

Прощай, оружие! Постепенно героический период заканчивается.
Во второй половине 1970-х рост ARPANET происходит уже не столь
быстрыми темпами. Идет кропотливая работа по совершенствованию
сети и созданию новых служб. Одной из важнейших задач становится
создание нового протокола передачи данных, поскольку старый уже
не справлялся с ростом сложности сети.

Первую версию нового протокола TCP (протокол управления пе-
редачей - transmission control protocol) Роберт Кан и Винтон Серф
опубликовали в 1974 г., но для того, чтобы он стал основой глобаль-
ной сети, предстояла долгая работа. Лишь через три года протокол
TCP начинает использоваться в ARPANET, а компания BBN создает
для него первый в мире маршрутизатор. Но окончательный переход
на протокол TCP/IP в сети ARPANET происходит только 1 января
1983 г., после того как он был утвержден в качестве стандарта мини-
стерством обороны США. С тех пор протокол TCP/IP практически без
изменений обеспечивает работу Интернета - всемирной «сети сетей».

Недостаточная скорость развития сети привела к тому, что в начале
1980-х гг. университеты и исследовательские центры устают ждать,
когда у них появится доступ к ARPANET, и начали создавать свои соб-
ственные сети. Наиболее крупные из них - BITNET и CSNET - появля-
ются в 1981 г. Возникают компьютерные сети и в других странах.
В это же время начинают распространяться первые персональные
компьютеры, и число желающих пользоваться компьютерными сетями
быстро растет. В 1983 г. рождается любительская сеть FidoNet. Ее соз-
датель Том Дженнингс придумал, как организовать передачу электрон-
ной почты и дискуссионных групп без всякого специального оборудова-
ния - при помощи модема и телефонной линии от узла к узлу. Распла-
той за дешевизну стало отсутствие связи в реальном времени. Достав-
ка писем в Fido занимала от нескольких часов до нескольких дней.

В Россию сеть Fido пришла практически одновременно с Интерне-
том. Внутригородская телефонная связь создала для развития Fido
отличные условия, так как кроме абонентской платы за обычный те-
лефон, больше платить ничего не надо было. До конца 1990-х гг. дис-
куссии в Fido были содержательнее и интереснее, чем в русскоязыч-
ной части Интернета. В последнее время Fido сдает позиции, но и
сейчас сетью можно пользоваться в качестве бесплатной электрон-
ной почты.

В чем была причина медленного роста ARPANET в конце 1970-х -
начале 1980-х? Во многом это связано с тем, что сеть развивалась в
интересах министерства обороны и агентства ARPA, а перед ними
просто не стояло задачи создавать всемирную сеть. Более того,
чрезмерное расширение сети только увеличивало ее уязвимость.
27 октября 1980 г. вся сеть (около 200 компьютеров) полностью оста-
новилась из-за сбоя, который распространялся от одного компьютера
к другому. Это не был вирус, хотя принцип распространения и эффект
был очень похож. Первый же настоящий вирус появился в Интернете
лишь 8 ноября 1988 г., когда «червь Морриса» поразил 10% из 60 000
узлов сети.

Понимая, что рост сети неизбежно сказывается на безопасности,
министерство обороны принимает решение отделить свои компьюте-
ры от остальной сети ARPANET. Так в 1983 г. появляется сеть MIL-
NET, к которой отходит более половины сетевых узлов. Хотя архитек-
тура у MILNET та же самая, связь с ARPANET поддерживается только
по электронной почте, да и то лишь через специальные узлы.

Большой скачок. Казалось бы, сократившись в два с лишним
раза, ARPANET должна вовсе затеряться среди сетей-конкурентов.
Однако все произошло с точностью до наоборот. К ARPANET начинают
активно присоединяться другие сети, в том числе и зарубежные из Ев-
ропы и Японии. Технологии ARPANET открыты для свободного исполь-
зования и хорошо документированы. Но, быть может, главным факто-
ром успеха ARPANET стала работа Билла Джоя. Он встроил поддержку
основного протокола сети TCP/IP в универсальную операционную сис-
тему UNIX, которая была установлена на многих компьютерах.

В результате с 1983 г. рост сети ARPANET резко ускоряется. Каж-
дый год число подключенных к ней компьютеров увеличивается в два
с лишним раза. Вскоре их становится столько, что приходится авто-
матизировать систему их именования. В конце 1983 г. Джон Постел
создает систему доменных имен DNS (domain name service). Кстати,
первые семь доменов верхнего уровня - edu, gov, com, mil, org, net и
int - появляются только в конце 1984 г.

Первое время новой системой мало кто пользуется. Однако в
1985 г. ARPA настоятельно рекомендует регистрировать имена ком-
пьютеров в DNS, и это дает эффект. Некоторые из зарегистрирован-
ных в то время имен существуют до сих пор, хотя соответствующие
организации уже исчезли. К примеру, первый зарегистрированный
домен symbolics.com, фирмы по производству специализированных
кцмпьютеров, будет занят до 2007 г., хотя сама фирма прекратила
существование в 1998 г. А вот компания BBN процветает поныне, до-
мен bbn.com зарегистрирован до 2011 г., а по адресу www.bbn.com
расположен ее сайт.

В 1986 г. развитие Интернета получает новый толчок. Националь-
ный научный фонд США (NSF) приступает к развертыванию сети
NSFNET. Новая сеть строится по технологии и в контакте с ARPANET.
Но NSF в отличие от ARPA ставит своей целью обеспечить доступом
к компьютерным сетям широкий круг ученых и студентов, причем не
только компьютерных специальностей.

Благодаря щедрому финансированию сеть очень быстро развива-
ется. NSF делает упор на увеличение скорости связи. Если в 1986 г.
опорная сеть NSFNET работала на скорости всего 56 кбит/с, то спустя
всего два года ее пропускная способность возрастает почти в 30 раз -
до 1,544 Мбит/с, а в 1991 - еще в 30 раз. С такими темпами развития
к 1989 г. NSFNET полностью поглощает ARPANET. В объединенной
сети тогда насчитывается 100 тыс. узлов, и их число продолжает
стремительно расти.

Глобальная сеть. В конце 1980-х гг. к NSFNET начинают активно
подключаться сети других стран. В системе DNS для них организуют-
ся национальные домены. В 1984 г. письмо, якобы отправленное в
USENET из СССР, стало хорошей первоапрельской шуткой. Но уже
в 1990 г. Советский Союз получает свой домен в Интернете - su (So-
viet Union). Экспансия Интернета не ограничивается географией. Еще
в 1980-е гг. в USENET были организованы группы для публикации
коммерческих предложений и поиска деловых партнеров, но в целом
коммерческое использование Интернета не поощрялось, так как он
был создан на государственные средства и предназначался в первую
очередь для решения научных и образовательных задач.

Но удержать коммерсантов от использования новой системы связи
было невозможно. В 1987 г. появляется первая коммерческая служба
электронной почты, а в 1990-м - первый провайдер, предоставляю-
щий доступ к Интернету по модему. Тем самым Интернет вышел за
рамки научно-университетской среды, где он появился, и превратился
в компьютерную сеть общего доступа.

Рост масштабов сетей Интернет представляет собой пример наи-
более быстрого принятия технологии массовым потребителем по
сравнению с другими информационными технологиями. Так, напри-
мер, число пользователей радио достигло 50 млн. через 38 лет после
его открытия; для 50 млн. телевизионных зрителей этот срок составил
13 лет; персональные компьютеры стали доступны 50 млн. пользова-
телей через 16 лет после их изобретения. В противоположность этим
наиболее успешным информационным технологиям число абонентов
Интернет достигло 50 млн. всего через четыре года после того, как
сети Интернет стали фактически сетями общего пользования.

1.3.6.	История развития сотовой связи

Сотовая связь - молодой вид связи, заметно моложе спутниковой.
Последняя начала использоваться с конца 50-х гг., т. е. ей уже около 50
лет. Концепция же сотовой связи была сформулирована в 1971 г., бо-
лее 35 лет тому назад, а коммерческая эксплуатация первых систем
началась в 1980-1981 гг., т. е. всего 25 лет назад. Но успех за эти 25
лет поражает любое воображение: сегодня сотовой связью пользуются
в мире более 700 миллионов абонентов, и прогнозы на ближайшие го-
ды не менее оптимистичны. Этим прогнозам приходится верить, по-
скольку до сих пор все самые смелые предсказания реальной жизнью
опрокидывались, действительность все прогнозы опережала!

Если обратиться к истории, а это в большинстве случаев и небе-
зынтересно, и поучительно, то оказывается, что сотовая связь воз-
никла отнюдь не вдруг и не на пустом месте. Ее появление было под-
готовлено многолетним развитием техники и обусловлено возникно-
вением настоятельной практической потребности в массовой подвиж-
ной связи общественного применения. Концепция сотовой связи в ее
современном виде, и, надо признать, концепция очень конструктивная
и плодотворная, была выдвинута, как мы уже упоминали, в 1971 г. в
США. И именно для США довольно подробно прослеживается пре-
дыстория сотовой связи, начиная с 1895 г., считающегося годом изо-
бретения радио.

Само изобретение радио было связано с его использованием в
связи, что вполне естественно. Но в ранних применениях радиосвязь
осуществлялась в телеграфном режиме, сообщения передавались
азбукой Морзе. Первое упоминание об использовании подвижной ра-
диотелефонной связи в США относится к 1921 г.: односторонняя ра-
диотелефонная связь в диапазоне 2 МГц использовалась полицией
Детройта для передачи диспетчерской информации от центрального
передатчика к приемникам, установленным на автомашинах. Сле-
дующий шаг - двусторонняя подвижная радиотелефонная связь, так-
же в диапазоне 2 МГц (полиция Нью-Йорка, 1933 г.). В 1934 г. Феде-
ральная комиссия связи США выделила для радиотелефонной связи
4 канала в диапазоне 30...40 МГц, и в 1940 г. радиотелефонной свя-
зью пользовались уже около 40 тысяч полицейских автомашин.
Во всех системах подвижной радиотелефонной связи, существовав-
ших до 1940 г., использовалась амплитудная модуляция. С 1940 г.
начала использоваться более помехоустойчивая частотная модуля-
ция, и к 1946 г. она полностью вытеснила амплитудную. В ранних сис-
темах мобильной связи встречались и элементы, похожие на сотовую
связь; в частности, корни идеи сотовой системы уходят еще в 1947 г.
(Bell Laboratories), а в 1949 г. в Детройте диспетчерской службой такси
'использовалась система с повторением частот в разных ячейках при
ручном переключении каналов пользователями в оговоренных зара-
нее местах.

Особенность мобильных радиотелефонных систем, существовав-
ших до 1946 г., состояла в том, что все они были предназначены для
специального (ведомственного) применения. Первый подвижный ра-
диотелефон общего пользования, работавший в диапазоне 150 МГц,
появился в США в 1946 г. (г. Сент-Луис). За 10 лет общественная ра-
диотелефонная связь получила мощное развитие: в 1955 г. начала
работать 11-канальная система в диапазоне 150 МГц, и в 1956 г. - 12-
канальная система в диапазоне 450 МГц. Однако и эти системы с точ-
ки зрения сегодняшнего дня были еще достаточно примитивными:
обе они были полудуплексными, т. е. с поочередной передачей ин-
формации в одну и в другую сторону, и в них использовалась ручная
коммутация. Автоматические дуплексные системы (с одновременной
передачей информации в обоих направлениях) появились соответст-
венно в 1964 и 1969 гг. После этого мобильная радиотелефонная
связь стала распространяться настолько широко, потребность в ней
стала нарастать так быстро, что начала остро ощущаться нехватка
выделенных участков электромагнитного спектра. Именно эта теснота
в эфире, когда в жестко определенной полосе частот могло размес-
титься лишь ограниченное число каналов связи, и привело к появле-
нию идеи сотовой связи, в соответствии с которой емкость может на-
ращиваться за счет повторного использования частот в системе с
ячеечной структурой.

Архитектура той системы, которая сегодня известна как система
сотовой связи, была изложена в техническом докладе компании Bell
System, представленном в Федеральную комиссию связи США в де-
кабре 1971 г. И с этого времени началось развитие сотовой связи как
таковой. Оно также не было быстрым и легким. Лишь после 1985 г.
сотовая связь стала получать широкое признание и заметное распро-
странение, результатом чего стал тот триумфальный успех, который
мы видим сегодня. А в течение почти 15 лет, с 1971 г. до 1985 г., шли
поиски технических и организационных решений, борьба за доли рын-
ка, совершенствование технологии, и все это сопровождалось ошиб-
ками, компромиссами, возникновением новых союзов и соглашений,
огромным объемом упорного труда. В 1974 г. Федеральная комиссия
связи США приняла решение о выделении для сотовой связи полосы
частот в 40 МГц в диапазоне 800 МГц, в 1986 г. к ней было добавлено
в том же диапазоне еще 10 МГц, и этот частотный ресурс сохраняется
за стандартом AMPS/DAMPS по сей день. В 1978 г. в Чикаго начались
испытания первой опытной системы сотовой связи на 2 тысячи або-
нентов. Первая автоматическая коммерческая система сотовой связи
стандарта AMPS начала эксплуатироваться также в Чикаго в октябре
1983 г. компанией-оператором American Telephone and Telegraph (AT&T).

Хорошо известно, однако, что «изобретение велосипеда» проис-
ходит обычно более или менее одновременно в нескольких местах
сразу, когда созревают необходимые для этого условия и предпосыл-
ки. Именно так обстояло дело с сотовой связью. Практически одно-
временно с США успешные работы велись в Скандинавии, где была
создана система NMT, общая для нескольких стран. Как и в США, по-
явлению сотовой связи в Скандинавии предшествовало развитие дру-
гих систем мобильной связи. Например, в Норвегии мобильная связь
широко использовалась на море: радиотелеграфная - с 1908 г., ра-
диотелефонная - с 1931 г. Наземная мобильная связь стала разви-
ваться после второй мировой войны в виде частных сетей с ручной
коммутацией, сначала в диапазоне 160 МГц, затем - 460 МГц. В Шве-
ции в 50-х и 60-х гг. работало несколько экспериментально-
коммерческих систем мобильной связи. Мобильная связь пользова-
лась большой популярностью, и уже к концу 60-х гг. в Скандинавии
явно ощущался дефицит спектра. Именно к этому времени и относит-
ся возникновение идеи системы NMT.

Появление системы NMT непосредственно связано с работой Се-
верного Совета - межгосударственного органа, учрежденного в 1953 г.
правительствами Дании, Финляндии, Исландии, Норвегии и Швеции с
целью координации сотрудничества стран - членов Совета в различ-
ных областях деятельности. Летом 1969 г. на встрече руководителей
средств электросвязи Северного Совета было решено включить в
число основных направлений сотрудничества разработку общей сис-
темы мобильной телефонной связи, для чего была образована соот-
ветствующая рабочая группа. К 1975 г. были определены основные
принципы построения и характеристики системы, включая функции
передачи обслуживания и роуминга, и составлен план дальнейших
работ с окончанием испытаний системы в 1978 г. и вводом ее в дей-
ствие в 1981 г. В октябре 1981 г. сеть NMT-450 (диапазон 450 МГц)
была запущена в Швеции, в ноябре 1981 г. - в Норвегии, в 1982 г. -
в Дании (январь), Финляндии (март) и Испании (июнь). Но получилось
так, что первая сеть NMT-450 заработала в сентябре 1981 г. в Сау-
довской Аравии, где она была смонтирована и запущена шведской
компанией Ericsson, принимавшей активное участие в создании сетей
NMT-450 в Скандинавии.

С запуском системы NMT-450 работы по стандарту NMT не закон-
чились. Уже в 1983 г. было решено начать разработку системы NMT-
900 (диапазон 900 МГц), которая стала функционировать с декабря
1986 г. Сети NMT-450 и NMT-900 продолжают работать до сих пор,
хотя и сдают постепенно свои позиции под напором новых и более
совершенных цифровых стандартов.

Работы по созданию систем сотовой связи проводились и в других
странах, результатом чего стало появление еще нескольких систем,
не совместимых друг с другом. В Японии был разработан стандарт
NTT, близкий по техническим характеристикам к американскому
AMPS, но в диапазоне 900 МГц. В Англии был разработан стандарт
TACS, также технически близкий к AMPS, но в «европейском» сотовом
диапазоне 900 МГц. Система TACS используется с января 1985 г.,
имеет несколько модификаций (ETACS, JTACS, NTACS) и до сих пор
довольно широко распространена в мире. Свои стандарты были раз-
работаны также в Германии, Франции, Италии и Швеции.

Все эти стандарты являются аналоговыми и относятся к первому
поколению систем сотовой связи. Аналоговыми эти системы назы-
ваются потому, что в них используется аналоговый способ передачи
речевой информации с помощью обычной частотной (ЧМ) или фазо-
вой (ФМ) модуляции, как и в обычных радиостанциях. Этот способ
имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания
разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов
борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ланд-
шафта и зданий или вследствие передвижения абонентов.

Кроме этого, использование различных стандартов сотовой связи
и большая перегруженность выделенных частотных диапазонов стали
препятствовать ее широкому применению.

Увеличить число абонентов можно было лишь двумя способами:
расширив частотный диапазон (как, например, это было сделано в
Великобритании - ETACS) или, перейдя к рациональному частотному
планированию, позволяющему гораздо чаще использовать одни и те
же частоты.

Использование новейших технологий и научных открытий в области
связи и обработки сигналов позволило подойти к концу 80-х гг. к новому
этапу развития систем сотовой связи - созданию систем второго по-
коления, основанных на цифровых методах обработки сигналов.

С целью разработки единого европейского стандарта цифровой
сотовой связи для выделенного в этих целях диапазона 900 МГц
в 1982 г. Европейская Конференция Администраций Почт и Электро-
связи (СЕРТ) - организация, объединяющая администрации связи
26 стран, - создала специальную группу Group Special Mobile. Аббре-
виатура GSM и дала название новому стандарту (позднее, в связи с
широким распространением этого стандарта во всем мире, GSM ста-
ли расшифровывать как Global System for Mobile Communications).
Результатом работы этой группы стали опубликованные в 1990 г.
требования к системе сотовой связи стандарта GSM, в котором ис-
пользуются самые современные разработки ведущих научно-
технических центров. К ним, в частности, относятся временное раз-
деление каналов, шифрование сообщений и защита данных абонен-
та, использование блочного и сверточного кодирования, новый вид
модуляции - GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).

He отставала от Европы и Америка, провозгласившая свою кон-
цепцию «Услуги персональной связи» - PCS (Personal Communication
Services). Ее целью был 50%-й охват населения страны к 2000 г. Для
реализации этой концепции Федеральная комиссия связи США выде-
лила три частотных участка в диапазоне 1,9...2,0 ГГц (широкополосные
PCS) и один участок в диапазоне 900 МГц (узкополосные PCS).

В США в 1990 г. американская Промышленная Ассоциация в об-
ласти связи TIA (Telecommunications Industry Association) утвердила
национальный стандарт IS-54 цифровой сотовой связи. Этот стандарт
стал более известен под аббревиатурой D-AMPS или ADC. В отличие
от Европы, в США не были выделены новые частотные диапазоны,
поэтому система должна была работать в полосе частот, общей с
обычным AMPS.

Одновременно американская компания Qualcomm начала актив-
ную разработку нового стандарта сотовой связи, основанного на тех-
нологии шумо-подобных сигналов и кодовом разделении каналов, -
CDMA (Code Division Multiple Access).

В 1991 г. в Европе появился стандарт DCS-1800 (Digital Cellular
System 1800 МГц), созданный на базе стандарта GSM. Великобрита-
ния сразу же приняла его в качестве основы для разработки уже упо-
минавшейся концепции персональной связи, что стало началом его
победоносного шествия по континентам земного шара.

В Японии был разработан собственный стандарт сотовой связи
JDC (Japanese Digital Cellular), близкий по своим показателям к аме-
риканскому стандарту D-AMPS. В 1992 г. в Германии вступила в ком-
мерческую эксплуатацию первая система сотовой связи стандарта
GSM. В 1993 г. в США после ряда успешных испытаний Промышлен-
ная Ассоциация в области связи TIA приняла стандарт CDMA как
внутренний стандарт цифровой сотовой связи, назвав его IS-95. В се-
нтябре 1995 г., в Гонконге была открыта коммерческая эксплуатация
первой сети стандарта IS-95.
Что такое сотовая связь Россия узнала лишь на закате перестройки.
В Санкт-Петербурге, а затем и в Москве появились системы стандарта
NMT-450i (усовершенствованный стандарт NMT-450). А принятие в
1994 г. концепции развития сетей сухопутной связи с подвижными объ-
ектами стало мощным катализатором дальнейшего развития сотовой
связи в национальном масштабе. И если с внедрением стандартов
NMT и AMPS наша страна отстала лет на десять, то провозглашение
стандарта GSM в качестве одного из двух федеральных стандартов
(NMT и GSM) сократило этот временной разрыв примерно до трех лет.

Четкая ориентация на прогрессивные мировые технологии дает
возможность России не отставать от ведущих стран мира в развитии
современных систем подвижной радиосвязи. Не отстает Россия и по
Ьнедрению прогрессивного стандарта CDMA.

Дальнейшее развитие сотовой связи с подвижными объектами
осуществляется в рамках создания проектов систем третьего поко-
ления. Системы третьего поколения отличаются унифицированной
системой радиодоступа, объединяющей существующие сотовые и
«бесшнуровые» системы с информационными службами XXI в. Они
имеют архитектуру единой сети и предоставляют связь абонентам в
различных условиях, включая движущийся транспорт, жилые поме-
щения, офисы и т. д. В Европе такая концепция, получившая назва-
ние UMTS (универсальная система связи с подвижными объектами),
предусматривает объединение функциональных возможностей суще-
ствующих цифровых систем связи в единую систему третьего поколе-
ния FPLMTS (Future Public Land Mobile Telephone System) с предос-
тавлением абонентам стандартизированных услуг связи с подвижны-
ми объектами. Работы по созданию международной системы связи с
подвижными объектами общего пользования FPLMTS ведутся Меж-
дународным союзом электросвязи. Для нее определен диапазон час-
тот 1...3 ГГц, в котором выделены полосы шириной 60 МГц для ста-
ционарных станций и 170 МГц-для подвижных станций.

Принципиальное отличие технологий 3-го поколения от предыду-
щих - возможность обеспечить весь спектр современных услуг (пере-
дачу речи, работу в режиме коммутации каналов и коммутации паке-
тов, взаимодействие с Интернетом) и в то же время гарантировать
совместимость с существующими системами.

Новым качеством этих систем является также то, что они позволя-
ют компаниям-операторам самостоятельно разрабатывать приложе-
ния, функции и услуги, ориентируясь на требования конкретного ре-
гиона и корректировать рост спроса на определенные услуги.

Стремительный рост популярности Интернета и бурное развитие
мобильной связи позволяет говорить о перспективе слияния этих двух
технологий. Сегодня стабильно растет спрос на видеоконференц-
связь. Несмотря на ряд проблем, связанных с реализацией высокоско-
ростного доступа к Интернету с мобильного терминала, можно предпо-
ложить, что со временем данная услуга станет одной из основных.

Прогнозы показывают, что определяющей тенденцией начавшего-
ся процесса конвергенции услуг фиксированной и мобильной связи
станет слияние мобильной связи с другими технологиями. Сотовые
телефоны с «электронным компасом» для определения местополо-
жения (GPS) вскоре станут незаменимыми помощниками автомоби-
листов и путешественников. Но наибольших успехов следует ожидать
в области электронной коммерции. Уже сейчас расширен объем бан-
ковских услуг, получаемых непосредственно с помощью мобильного
телефона. В их число входят платные информационно-справочные
услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов)
и банковских операций с портативных или мобильных сотовых теле-
фонов, что превратит их фактически в «карманные банкоматы».

Принципиально новым шагом в развитие систем сотовой связи с
подвижными объектами стали одобренные Международной организа-
цией стандартов (ISO) концепция интеллектуальных сетей связи и
модели открытых систем (OSI). Концепция построения интеллекту-
альной сети используется сегодня для создания всех перспективных
цифровых сотовых сетей с микро- и макросотами. Она предусматри-
вает объединение систем сотовой связи, систем радиовызова и пер-
сональной связи при условиях оперативного предоставления абонен-
там каналов связи и развития услуг.

Контрольные вопросы

1.	Зачем нам знание истории?

2.	Расскажите об основных идеях, заложенных в телеграф Клода Шаппа.

3.	Какие открытия в области электричества легли в основу электрической
связи?

4.	Расскажите об истории развития телеграфной связи.

5.	Какие научные открытия легли в основу радиосвязи?

6.	Расскажите об истории развития телефонной связи.

7.	Расскажите об истории развития радиосвязи.

8.	Каковы основные этапы развития сотовой радиосвязи?
Глава 2. Рекомендации и стандарты
в телекоммуникациях

2.1.	Организация работы по стандартизации

В первой главе рассмотрены некоторые аспекты развития теле-
коммуникаций. При этом был затронут в основном только тот период
их развития, который можно условно назвать стихийным. Надо ска-
зать, что период, когда развитие телекоммуникаций приобрело упо-
рядоченный характер, насчитывает не так много лет, а необходи-
мость упорядоченного развития и разработки стандартов, позволяю-
щих осуществлять связь на большие расстояния, через сети множе-
ства операторов и при наличии множества разнообразных систем, не
вызывает сомнения. Игнорирование этого факта - прямой путь к соз-
данию нечто подобного Вавилонской башне, которая, как известно, раз-
валилась по причине отсутствия общего языка у строящих ее людей.

Существуют понятия рекомендация и стандарт. Рекомендация -
это совет, который, если ему следует большинство, принимается в
качестве стандарта. Поскольку придерживаться стандартов и реко-
мендаций - дело добровольное, не существует международных зако-
нов, которые принуждали бы поставщиков оборудования следовать
им. Однако игнорирование рекомендаций серьезно затруднит выход
на рынок или даже сделает это невозможным. Недаром в описании
той или иной телекоммуникационной продукции можно встретить
упоминание о том, что она удовлетворяет тем или иным рекоменда-
циям и стандартам.

Рекомендации и стандарты разрабатываются как международны-
ми, так и национальными организациями. По определению рекомен-
дация - это нечто менее важное, чем стандарт, но на практике ее
учитывают также как и стандарт. Продукт, быстро завоевывающий
рынок, получает статус фактического стандарта. В этом случае гово-
рят о стандарте «де факто». Когда продукт захватывает весь рынок,
другие поставщики вынуждены приспосабливаться к фактическому
стандарту.

В стандартизации заинтересованы не только потребители, но и
пользователи: поскольку при этом появляется возможность использо-
вать одновременно оборудование различных фирм, а выпуск одного и
того же стандартного оборудования разными фирмами приводит к
конкуренции, делая продукт менее дорогим. И пользователи, и по-
ставщики получают выгоду от стандартизации. Поставщики могут кон-
курировать на равных условиях и при равных шансах на успех, по-
скольку пользователи совмещают оборудование различных постав-
щиков. Уменьшение числа рыночных вариантов автоматически уве-
личивает объем производства и делает более эффективным марке-
тинговые исследования рынка и развитие новых технологий. Быстрое
технологическое развитие вызывает ускорение производства новых
стандартов (которые также становятся все сложнее и детальнее).
Общие интересы объясняют, почему даже жесткая конкуренция объ-
единяет различных лиц в стандартизации. Все рекомендации ведут к
компромиссу, но рекомендация, основанная на компромиссе, лучше,
чем вообще ничего.

Международные организации по стандартизации. Международ-
ный союз электросвязи (МСЭ) - самая старая организация объеди-
ненных наций, основанная в 1865 г., это самый важный международ-
ный орган по стандартизации в телекоммуникациях. Каждая страна,
входящая в состав объединенных наций, имеет право стать членом
МСЭ. Администрации, действующие операторы сети, научные, про-
мышленные и международные организации могут принимать участие
в работе МСЭ, который финансируется добровольными членскими
взносами. В основные задачи МСЭ входят поддержка и развитие ме-
ждународного сотрудничества, активная поддержка развития техно-
логий, техническое содействие развитию стран в сфере телекоммуни-
каций. Кроме того, МСЭ публикует руководства к ряду основных пра-
вил с целью помочь операторам сети в долгосрочном планировании.
Эти правила распространяются на такие сферы как передача, сигна-
лизация, маршрутизация, нумерация, синхронизация, тарификация и
качество обслуживания.

С марта 1993 г. МСЭ разделен на три сектора: сектор телекомму-
никаций МСЭ-Т (ITU-T), сектор радиосвязи МСЭ-Р (ITU-R) и сектор
развития (ITU-D). Сектор МСЭ-Т отвечает за международную коорди-
нацию всей телекоммуникационной области и с этой целью выпускает
разнообразные стандарты, МСЭ-Т заменил МККТТ, который сейчас
не функционирует. Практическую работу выполняют 15 главных ис-
следовательских групп, состоящих из экспертов по телекоммуникаци-
ям стран-участниц (рис. 2.1). Стандарты компонуются в серию, обо-
значаемую буквой и числом; например, Х.25. Часто ответственность
за отдельную специализи-
рованную серию несет одна ____________Рекомендации МСЭ-Т______

исследовательская группа. (	15 исследовательских групп )

Примеры стандартов: Х.25 -	ч—г-----------г-----------г----г-^

протокол для сетей с пакет-	.—I—.	.—I—.	.— —

ным режимом передачи;
G.803 - архитектура транс-
портной сети синхронных
цифровых иерархий.

(ЛЮ

(ПИ)

(F.160)

Х.25

F.160

1.361

Рис. 2.1. Исследовательские группы МСЭ-Т
В состав МСЭ-Т входят следующие исследовательские группы:
разделение служб; работа сети; принципы тарификации и учета; под-
держка сети; защита от электромагнитных воздействий; выносное
оборудование; сети передачи данных и открытые системы; термина-
лы для телематических служб; телевизионная и звуковая передача;

языки для прикладных телекоммуникационных программ; коммутация
и сигнализация; передача «из конца в конец», осуществляемая сетя-
ми и терминалами; основные аспекты сети; модемы и технические
приемы передачи данных; телеграфные и телематические услуги;

системы передачи.

Раньше рекомендации утверждались и публиковались в книжной
форме каждые четыре года, позднее за этим последовал каталог
'«Голубая Книга», опубликованный в 1988 г. Поскольку для быстрого
развития четыре года - это очень большой срок, МСЭ решил опубли-
ковывать стандарты каждой исследовательской группы по мере их

создания.

Сектор ITU-R отвечает за распределение радиочастот. Основная
задача ITU-D - в том, чтобы с одной стороны брать на себя обязанно-
сти ITU, связанные с проектами развития в области телекоммуника-
ций; с другой - управлять финансированием объединенных проектов

в развитых странах.

Кроме МСЭ к основным организациям по международной стандар-
тизации относятся:

ISO (International Organization of Standardization) - Международная
организация по стандартизации;

IEC (International Electrotechnical Committe) - Международный элек-
тротехнический комитет.

Международные организации иногда не успевают за развитием
новых технологий и новых рыночных требований, поэтому на некото-
рых территориях организуются специальные заинтересованные груп-

Рис. 2.2. Взаимодействие
неофициальных и официальных
организаций

пы, разрабатывающие отдельные
рекомендации (рис. 2.2). Эти груп-
пы предназначены для ускорения
работ по стандартизации и облег-
чения внедрения продуктов и ус-
луг. Одним из примеров является
форум ATM - неофициальный ор-
ган, организованный для содейст-
вия внедрению оборудования, ос-
нованного на технологии асин-
хронного переноса информации.
На практике форум ATM - органи-
зация, совместно с ITU-T разви-
вающая стандарты ATM. Органи-
зации такого типа часто создаются тогда, когда на рынке телекомму-
никаций появляются новые действующие лица, не связанные с ITU.
Другим примером организаций, возникших для содействия развитию в
определенной сфере, являются форумы управления сетью и комму-
никациями. Также как и ITU, они финансируются их членами.

Региональные организации. В некоторых частях мира, в основ-
ном в Европе, США и Японии, сформированы региональные органи-
зации по стандартизации. Подобные организации могут иметь очень
большое значение. Возьмем для примера ANSI (American National
Standards Institute) или ETSI (European Telecommunications Standards
Institute). Официальная Европейская организация по стандартизации
телекоммуникаций ETSI создана в 1988 г., выпускает рекомендации
для общего европейского рынка, отличается от своего предшествен-
ника СЕРТ (Европейская конференция почтовых и телекоммуникаци-
онных ведомств) тем, что имеет более широкую членскую базу.
Раньше работа по стандартизации в Европе осуществлялась СЕРТ,
членами которого были телекоммуникационные администрации с мо-
нопольным статусом. Членами ETSI являются администрации связи,
операторы сети, поставщики и производители услуг, пользователи -
все эти категории сейчас непосредственно влияют на работу по стан-
дартизации. Сегодня все стороны заинтересованные в стандартиза-
ции, участвуют в ней на равных условиях. Организация ETSI состоит
из нескольких технических комитетов, каждый из которых разделен на
несколько подкомитетов. Организуются и специальные рабочие груп-
пы для создания отдельных рекомендаций. Эти рабочие группы со-
стоят из специалистов - членов различных организаций, приглашае-
мых на определенный срок. Работа осуществляется как проект в те-
чение ограниченного периода времени. Важным моментом работы
ETSI является создание международного адаптированного стандарта,
имеющего отношение к продуктам телекоммуникаций для использо-
вания на внутреннем европейском рынке.

Кроме европейских, к организациям по локальной стандартизации
относятся: TI - Комитет телекоммуникаций (США); TIA - Ассоциация
промышленных телекоммуникаций (США); IEEE - Институт инжене-
ров по электронике и электротехнике (США); ТТС - Комитет телеком-
муникационных технологий (Япония); RSR - Центр исследования и
развития радиосистем (Япония).

Национальные организации. Национальный стандарт часто ба-
зируется на региональных рекомендациях. Во многих случаях они пе-
реносятся в стандарт непосредственно, в других случаях приспосаб-
ливаются к среде и условиям каждой страны. Выпускаемых нацио-
нальными организациями инструкций становится все больше. Они
имеют узкую специализацию, при этом принимаются во внимание де-
тали и предложения международных рекомендаций. Российские
стандарты телекоммуникаций разрабатываются в соответствии с ре-
комендациями ITU-T и TTSI.

Тенденции развития. Развитие телекоммуникационной отрасли
происходит очень быстро. Требования, предъявляемые к стандартам,
растут, а времени, отводимого для работы по стандартизации, стано-
вится все меньше. Поставщики услуг и операторы сети, пользователи
и авторитетные организации все активнее включаются в работу по
созданию новых рекомендаций. Растет сотрудничество между раз-
личными сферами и даже между операторами. Это приводит к тому,
что формируется ряд новых организаций, занимающихся стандарти-
зацией в новых технологических сферах. Типичный пример - мульти-
медиа. Развитие в этом направлении преимущественно зависит от
Гибкости и эффективности существующих организаций. Наиболее
значительным изменением за последние годы стало то, что стандар-
ты разрабатываются скорее для целых систем, а не для различных
интерфейсов и протоколов, как это было несколько лет назад. В то же
время важно отметить, что эксперты по стандартизации сотрудничают
со своими планирующими и производственными ведомствами. Для
того чтобы продукт быстро реализовать на рынке, работа по стандар-
тизации должна осуществляться одновременно с разработкой и соз-
данием продукта. Продукты, выход на рынок которых задерживается,
редко широко распространяются, поскольку увеличивается число по-
ставщиков, реализующих подобную продукцию на рынке, растет кон-
куренция и падает цена. Активное участие в работе по стандартиза-
ции дает важную информацию о требованиях рынка, запросах поку-
пателей и возможных темпах внедрения новых технологий.

2.2.	Основной стандарт - эталонная модель взаимодействия
открытых систем

При передаче речи через телекоммуникационную сеть придержива-
ются определенных правил: Вы представляете себя, называя свое имя
(как при рукопожатии), повторяете слова и предложения, когда Ваш раз-
говор прерван, возобновляете разговор после повреждения и заканчи-
ваете заключительной фразой. Эти правила могут называться протоко-
лами в значении слова, используемого в мире телекоммуникаций. Сете-
вой оператор предпочитает иметь одну эффективную по стоимости
сеть вместо разных взаимодействующих фиксированных и мобиль-
ных сетей и служб, обеспечивающих передачу речи, видео и данных.

Современные сети можно рассматривать как синтез двух исходно
независимых сетей - телекоммуникационных и компьютерных. Логика
развития систем связи требовала применения цифровых систем пе-
редачи (ЦСП) и вычислительных средств для решения задач маршру-
тизации, управления установлением соединений, сигнализации, а ло-
гика развития вычислительной техники побуждала к большему ис-
пользованию средств связи между периферийными устройствами и
отдельными компьютерами. Требования, предъявляемые к системам
телекоммуникаций (СТ), сводятся к обеспечению высококачественной
передачи, распределению, обработке и хранению разнородной ин-
формации, возможности управления со стороны пользователя, опе-
ративного получения от сети ответных реакций, объединения и раз-
деления ресурсов. Эти требования могут быть обеспечены лишь на
основе полной сопряженности, осуществляемой в рамках распреде-
ленных процессов управления и обработки информации.

В 70-х гг. каждая из двух самых больших компьютерных корпора-
ций развивались по своему собственному стандарту. Корпорация Digi-
tal Equipment называла свой стандарт DNA (цифровая сетевая архи-
тектура), в то время как стандарт корпорации IBM назывался SNA
(системная сетевая архитектура). Из-за отсутствия общего стандарта
архитектуры этих корпораций были несовместимы, выпускаемое ими
оборудование не могло взаимодействовать друг с другом. Для реше-
ния этой проблемы были необходимы стандарты, позволяющие со-
единяться системам производства различных корпораций. Качест-
венные изменения в технике связи потребовали проведения интен-
сивной работы МСЭ и ISO по созданию унифицированной модели
взаимодействия распределенных процессорных систем и выработке
международных стандартов. Был создан подкомитет ISO для разра-
ботки международных стандартов взаимодействия открытых систем
(ВОС). Термин «открытая система» подразумевает систему, взаимо-
действующую с любой другой системой, удовлетворяющей тем же
стандартам. Открытая система открыта для развития как количест-
венно, так и качественно, она гибкая, так как допускает эволюцию с
учетом новых теоретических и технических возможностей. Объедине-
ние открытых систем также является открытой системой. Работа по
стандартизации открытых систем началась в 1977 г. В 1983 г. была
предложена эталонная модель ВОС - наиболее общее описание
структуры построения стандартов. Модель ВОС, определяющая
принципы взаимосвязи между отдельными стандартами, является
основой для параллельной разработки множества стандартов и обес-
печивает постепенность перехода от существующих реализаций к
новым стандартам. Модель ВОС была принята в 1984 г. и опублико-
вана в «Красной книге» как рекомендация Х.200.

При создании стандарта установления связи между двумя ПК для
передачи данных должно быть определено несколько «соглашений»:
- какая служба, и какой язык будут использоваться;

-	как будет кодироваться информация;

-	как будет отображен диалог, как он будет начинаться и заканчи-
ваться;
-	что должен сделать пользователь, чтобы определить нарушение
передачи;

-	какие методы будут использоваться для «присоединения» адреса;
- как будет осуществляться контроль сети при нарушении передачи;
- как терминалы будут соединяться в сети.

Разбиение на уровни является механизмом, используемым для
разбиения трудоемкой задачи на подзадачи и должно производиться
исходя из следующих соображений:

-	уровней не должно быть слишком много, чтобы разработка сети и
ее реализация не были чрезмерно сложными. В то же время, если
уровней будет слишком мало, функции, выполняемые каждым
уровнем, будут чрезмерно сложными;

1 - новый уровень должен создаваться по мере необходимости созда-
ния отдельного уровня абстракции;

-	каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию;
- выбор функций для каждого уровня должен осуществляться с уче-
том создания стандартизованных международных протоколов;

-	количество информации, передаваемое через интерфейсы между
уровнями, должно быть минимальным.

В общем случае в соответствии с моделью OSI сеть должна иметь
семь функциональных уровней. В семиуровневой модели ВОС все
процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на взаимопод-
чиненные уровни. Уровень с меньшим номером предоставляет услуги
смежному с ним верхнему уровню и пользуется для этого услугами
нижнего смежного уровня. Внутренние функции на каждом уровне мо-
гут реализоваться различными средствами и по различным алгорит-
мам, однако взаимодействие между уровнями и компонентами одного
уровня отдельных систем должно быть стандартным. На верхних
уровнях располагаются прикладные процессы, а нижние отражают
функции передачи информации различного вида в сети связи. При-
кладными процессами называются программные компоненты, выпол-
няющие обслуживание пользователей сети: передачу файлов, инфор-
мационно-справочные услуги, передачу данных, организацию распре-
деленного банка данных, диалоговую работу с пакетами прикладных
программ, электронную почту, проведение телеконференций и т. п.

Основные понятия модели ВОС - протокол и интерфейс. Эталон-
ная модель ВОС не определяет протоколы и интерфейсы взаимодей-
ствия, структуру и характеристики физических средств соединения.
Она определяет лишь требования к ним и дает четкое описание ха-
рактеристик области взаимодействия открытых систем, в рамках ко-
торых могут быть разработаны протоколы, интерфейсы и физические
средства. В одной и той же эталонной модели для различных приме-
нений может быть описано множество наборов услуг, каждый из кото-
рых удовлетворяет требованиям ВОС. Последней ступенью детали-
зации является разработка набора протоколов в рамках определен-
ных услуг. Для каждого набора услуг могут быть разработаны различ-
ные протоколы. Таким образом, стандарт ВОС должен определять не
только эталонную модель, но и конкретный набор услуг, удовлетво-
ряющих этой модели, а также набор протоколов, обеспечивающих
предоставление этих услуг. Система является открытой лишь тогда,
когда она соответствует эталонной модели ВОС, стандартному набо-
ру услуг и стандартным протоколам.

Разбиение на уровни выполнено в соответствии со следующими
принципами (рис. 2.3).

Верхний (седьмой) уровень модели ВОС является основным, ради
которого существуют все остальные уровни. Он называется приклад-
ным, поскольку с ним взаимодействуют прикладные процессы данной
системы, решающие некоторую задачу совместно с другими приклад-
ными процессами, размещенными в других открытых системах. Про-
токолы прикладного уровня обеспечивают взаимодействие приклад-
ных процессов и непосредственно связаны с пользовательскими про-
граммами. Этот уровень эталонной модели ВОС определяет семан-
тику, т. е. смысловое содержание информации, которой обменивают-
ся открытые системы в процессе совместного решения некоторой за-
ранее известной задачи. Естественно, что обе взаимодействующие
системы должны одинаково интерпретировать получаемую информа-
цию, т. е. обладать представлениями об области совместной работы.
Функции, реализуемые протоколами этого уровня, обеспечивают опи-
сание форм и методов взаимодействия прикладных процессов; иден-
тификацию пользователей; посылку запросов на соединение с други-

Описание уровней

Прикладной:

Представления:

Сеансовый:

Транспортный:

Сетевой:

Канальный:

Физический:

телетекс, видеотекс, факс

---► 10000011010011100001110010011001001

Проверка ошибок

110000| 011011 ООН 1| 000011

Проверка ошибок

10000011010011100001110010011001001----►
ми прикладными процессами; подачу заявок нижеследующему уров-
ню на необходимые методы описания информации и т. д. Для того
чтобы прикладные процессы могли взаимодействовать между собой,
необходимо соблюдение протокола о смысловом содержании всех
затрагиваемых аспектов работы.

Следующий, шестой уровень, называется уровнем представле-
ния. Он определяет синтаксис передаваемой информации, т. е. набор
знаков и способы их представления, понятные для всех взаимодейст-
вующих открытых систем. По протоколам уровня представления
взаимодействующие системы договариваются о форме, в которой
будет передаваться информация. Задача этого уровня - преобразо-
вание информации, подлежащей передаче между прикладными про-
цессами, т. е. язык и формат представления информации: данных,
графического материала или речи.

Пятый, сеансовый уровень, обеспечивает взаимодействие между
прикладными процессами независимо от метода и техники передачи
информации. Протоколы этого уровня вызывают необходимые пользо-
вательские программы, выделяют ресурсы, необходимые для их выпол-
нения, и обеспечивают связь с пользовательскими программами. Сеан-
совый уровень предоставляет в распоряжение пользователей средства
для организации диалога между процессами двух верхних уровней.
Пример выполняемых функций: открытие и закрытие сеанса связи; син-
хронизация сеансового соединения; аналоговое управление сеансом,
обеспечивающее передачу блоков данных и подтверждение правиль-
ности приема. При взаимодействии прикладных процессов, реализо-
ванных в одной системе, сеансовый уровень является самым нижним.

Четвертый, транспортный уровень, обеспечивает логическое со-
единение между двумя оконечными устройствами от одного пользо-
вателя к другому согласно адресам источника и получателя сообще-
ний и пересылку сообщений между взаимодействующими системами
с использованием нижних уровней. Этот уровень принимает от верх-
него уровня некоторый блок данных и обеспечивает его транспорти-
ровку через сеть связи к удаленной системе с требуемым качеством
обслуживания. Уровни, лежащие выше транспортного, не учитывают
специфику сети, через которую передаются данные, они знают лишь
удаленные системы, с которыми взаимодействуют. Транспортный
уровень должен иметь информацию о том, как работает сеть, разме-
ры блоков данных, которые она может принимать и т.п. Функции чет-
вертого уровня включают в себя также процедуры контроля и коррек-
ции ошибок. Все вышеперечисленные уровни называются верхними и
реализуются только в системах ВОС.

Три следующих, нижних уровня, определяют функционирование уз-
лов сети и они должны реализовываться в системах, взаимодействую-
щих через канал связи с узлом сети или другой открытой системой.
Третий, сетевой уровень, выполняет маршрутизацию блоков дан-
ных через сеть. Он включает в себя функции установления физиче-
ского соединения последовательно через все звенья сети и содержит
сигнальный протокол, определяющий маршрут передачи информации
от одного объекта к другому. Протоколы этого уровня реализуют
функции выбора маршрутизации и типа коммутации.

Второй, канальный уровень, выполняет функции установления,
поддержания и разъединения соединений каналов связи. Эти соеди-
нения называют информационными каналами. Для обеспечения ин-
формационных каналов может выполняться разделение информации
на отдельные сегменты, называемые блоками, кадрами или пакета-
ми. Каждый блок информации может содержать поля фиксированного
размера (адреса, управления и проверки) и поле переменной длины
(информационное). Протоколы канального уровня реализуют опти-
мальную длину блока. В целом на канальный уровень возлагаются
следующие функции:

-	инициализации - обмена служебными сообщениями, подтвер-
ждающими готовность к передаче данных, между взаимодейст-
вующими узлами сети;

-	идентификации - обмена служебной информацией, подтвер-
ждающей правильность соединения между пунктами;

-	синхронизация по кодовым комбинациям;

-	сегментация - формирование блоков для их передачи по каналу;

-	обеспечение прозрачности - предоставления вышерасположен-
ному уровню возможности передачи произвольных последователь-
ностей битов или знаков;

-	управления потоком - обеспечение согласования скоростей пере-
дачи и приема;

-	контроля ошибок в канале связи и восстановления информации,
искаженной в процессе передачи по сети;

-	обнаружения нарушений нормальной передачи информации и реа-
лизации процедур выхода из сбойных ситуаций;

-	ликвидации логического соединения, образованного при инициали-
зации канала;

-	управления каналом - обеспечения возможности контроля функ-
ционирования канала, выявления отказов, восстановления, сбора
информации о работе канала. Услуги канального уровня различны
для разных информационных каналов.

Первый, физический уровень, обеспечивает непосредственную
взаимосвязь со средой передачи, реализуя механические, электриче-
ские, функциональные и процедурные стандарты взаимодействия с
физическими средствами ПД. Примеры среды передачи - коаксиаль-
ный кабель, двухпроводная витая пара, световод, шина, состоящая из
группы проводов, для параллельной передачи байтов информации и
др. Среда передачи может быть составной и включать сегменты раз-
личного типа, например проводную и световодную линии. При этом в
функции данного уровня не входит создание самой физической среды
передачи, он определяет только основные характеристики потока
информации через эту среду, например скорость передачи, вид син-
хронизации. Целью физического уровня является установление, под-
держание и отключение физических соединений (физических кана-
лов), соединяющих между собой узлы сети. Физические уровни узлов
сети, соединенных каналами с различной средой передачи, должны
выполнять одинаковые протоколы взаимодействия. Например, око-
нечный электронно-оптический преобразователь должен взаимодей-
ствовать с системой своего узла, так же как и модем, расположенный
на другом узле сети. Правила этого взаимодействия и определяются
протоколами физического уровня, реализованными на интерфейсе
физического уровня со средой передачи. Сам интерфейс физического
уровня представляет собой группу проводов для передачи в каждом
направлении данных и управляющих сигналов.

В соответствии с архитектурой открытых систем физический уро-
вень должен предоставлять канальному уровню следующие услуги:
- реализовать физическое соединение между двумя или более ком-
понентами канального уровня;

-	осуществлять передачу по установленному соединению единиц
данных, например, битов или байтов при передаче информации;

-	предоставлять канальному уровню доступ к соединению, выпол-
ненному на физическом уровне;

-	обеспечивать идентификацию путей передачи информации между
компонентами физического уровня;

-	обеспечивать сохранение на выходе той же последовательности
данных, которая поступала на вход физического соединения;

-	выдавать сообщения об отказах или неисправных состояниях фи-
зического уровня;

-	обеспечивать требуемые параметры качества обслуживания.

Таким образом, три нижних уровня обеспечивают непосредственно
транспортировку информации от источника к потребителю. При рас-
смотрении модели ВОС следует иметь в виду, что число используе-
мых уровней может быть различным для фазы установления соеди-
нений и фазы непосредственного обмена информацией между поль-
зователями.

В отличие от эталонной модели ВОС, протокольные модели кон-
кретных сетей допускают введение дополнительных подуровней, а
также могут включать не все уровни. Однако их построение основы-
вается на тех же принципах. Модель ВОС главным образом предна-
значена для координации существующих и будущих стандартов.
Стандарты, применяющиеся на отдельных уровнях, определяют дру-
гие рекомендации. Некоторые примеры таких стандартов: соединение
терминалов данных с модемами (V.24), канальный протокол (LAPB),
адресация (Q.931). Рассмотренное ранее разделение служб на служ-
бы передачи и телеслужбы как раз отражает стандартизацию функ-
ций и протоколов в модели ВОС. Так как службы передачи ориенти-
рованы на транспортировку сообщений, они реализуются на нижних
уровнях модели ВОС. Телеслужбы охватывают все без исключения
функции передачи и протоколы связи для всех уровней модели ВОС.

Для лучшего понимания модели ВОС рассмотрим следующий при-
мер. Пусть два начальника разных отделов работают над одним сек-
ретным проектом (рис. 2.4). Причем один из них - француз Жак - в па-
рижском офисе; другой - немец Ганс - в берлинском. Поскольку проект
секретный, было решено, что общение будет осуществляться зашиф-
рованными письмами. При переписке приняты следующие соглашения:

Жак	Ганс

Автомобиль	Самолет	Почтальон

Местное почто-
вое отделение
в Париже

Центральное поч-
товое отделение
в Париже

Центральное поч-
товое отделение
в Берлине

Местное почто-
вое отделение
в Берлине
-	для общения выбран английский язык;

-	шифровальщики шифруют и дешифруют текст в соответствии с
принятым кодом;

-	секретари обговаривают адреса и форматы писем.

Эти три соглашения, соответствующие протоколам ВОС, оговоре-
ны между двумя коммуникационными единицами на одном и том же
уровне. Для аналогии с моделью ВОС считаем начальников отделов и
переводчиков относящимися к седьмому уровню, шифровальщиков -
к шестому и секретарей - к пятому. Каждый уровень обеспечивает
услуги для следующего высшего уровня в соответствии с интерфей-
сом предыдущего. Жак пишет текст в Париже и направляет его пере-
врдчику, которому сообщается, что текст должен быть послан Гансу в
Берлин (седьмой уровень). Переводчик переводит текст на англий-
ский язык и переправляет его шифровальщику, сопровождая инфор-
мацией «Гансу в Берлине» (седьмой уровень).

Шифровальщик шифрует текст и переправляет его секретарю
(четвертый уровень). Секретарь помещает документ в конверт и пи-
шет на нем «Гансу в Берлин», добавляет текст «зашифровано» и
присваивает номер для того, чтобы секретарь в Берлине распознал
документ. Затем он отправляет конверт в канцелярию (второй-
третий уровни). В канцелярии конверт помещается в отсек «Почта
берлинского офиса», а в конце дня все содержимое отсека помеща-
ется в большой конверт, на котором написано «Почта для берлин-
ского офиса».

Сотрудник канцелярии пишет почтовый адрес берлинского офиса
на конверте и отправляет его на почту (второй и третий уровни). На
почте отбирается вся почта, предназначенная для отправки в Берлин
(первый уровень). Если, например, во время транзита конверт про-
мок, и адрес на нем стал неразборчивым, отделение сортировки пи-
сем возвращает его в парижский офис, где он снова попадает в кан-
целярию. Сотрудник канцелярии помещает письмо в новый конверт,
пишет на нем адрес и пересылает его на почту (второй-третий уров-
ни). Конверт теперь может быть отсортирован вместе с другой по-
чтой, предназначенной для Берлина. Почтовое отделение, кроме то-
го, выбирает вид транспорта, в данном случае - авиапочту.

Почтальон в Берлине доставляет почту в берлинский офис, где
она попадает в канцелярию (второй-третий уровни). Среди остальной
почты в конверте находят письмо, адресованное Гансу, и отдают его в
отдел, где он работает (четвертый уровень). Секретарь делает отмет-
ку о получении письма и о том, что послание зашифровано, затем от-
дает его шифровальщику (пятый уровень). Шифровальщик открывает
письмо и расшифровывает текст, но так как оно написано на англий-
ском языке, он передает его переводчику (шестой уровень). Перево-
дчик переводит текст на немецкий язык и переправляет его Гансу
(седьмой уровень). В берлинской организации каждый уровень полу-
чает информацию, добавляемую соответствующим уровнем в париж-
ском офисе. Когда шифровальщик расшифровал послание, оно стало
идентичным тому, которое было написано переводчиком в Париже.
Связь между двумя начальниками отделов, между двумя шифро-
вальщиками и между двумя секретарями логическая. Связь между
начальником отдела и его шифровальщиком и на всем пути между
различными уровнями в модели физическая.

Две компьютерные системы соединяются аналогичным спосо-
бом (рис. 2.5). Передающая сторона генерирует данные, исполь-
зуемые на приемной стороне. На каждом уровне модели ВОС по-
следовательно добавляются данные, используемые соответст-
вующим уровнем на приемной стороне. Эти данные обычно распо-
лагаются в форме заголовка в начале пакета данных, доставляе-
мого от вышестоящего уровня. На сетевом уровне данные часто
добавляются в конце пакета в форме трейлера (хвоста). Дополни-
тельные биты вставляются даже на физическом уровне, работаю-
щем в цифровом режиме.

Каждый уровень ВОС имеет свой собственный протокол формата
данных. Хорошо продуманная структура создается модульно, это оз-
начает, что протокол одного уровня может быть заменен без повреж-
дения других уровней. Первый - третий уровни являются функцио-
нальными эквивалентами сетевых узлов. Узлы должны быть предос-
тавлены как можно меньшим числом уровней, функции некоторых
уровней могут быть совмещены.

| Данные-]

Данные ~f|—►

Данные | —►

Данные	—

Данные	-

Данные_____]

| Данные	|

Битовая скорость
Контрольные вопросы

1.	Чем отличаются понятия рекомендация и стандарт?

2.	Из каких соображений должно выбираться число уровней разбиения тру-
доемкой задачи на подзадачи?

3.	Сколько уровней содержит модель ВОС?

4.	Что такое протокол и интерфейс?

5.	Дайте краткую характеристику уровней модели ВОС.
Глава 3. Услуги и службы телекоммуникаций

3.1.	Услуги, службы и платформы предоставления услуг

Сетевым оператором называется организация (государственная
или частная), являющаяся собственником сети, обеспечивающая ее
эксплуатацию и требуемый уровень работоспособности. Сетевые
операторы обеспечивают телекоммуникационные службы и предла-
гают своим пользователям услуги связи. В свою очередь производи-
тели обеспечивают услуги операторам - покупателям оборудования и
программного обеспечения. Термин «услуга» может иметь различное
значение в зависимости от контекста, например, услуги покупателям
(customer services) и услуги пользователям (user services) - это не
одно и то же. Под покупателями подразумеваются покупатели обору-
дования связи, которыми чаще всего являются сетевые операторы.

Термин «услуги покупателям» фактически означает целый ряд
услуг, начиная с основных, связанных с построением и пуском в рабо-
ту (start-up) элементов сети, обслуживания сети, вплоть до стратеги-
ческих услуг и консультаций. Все эти услуги разработаны так, чтобы
их можно было приспособить к желаниям и потребностям конкретного
покупателя. Операторы связи должны максимально удовлетворить
возрастающие требования оконечных пользователей и потребности
в области управления сетью, которая использует все большее коли-
чество разнообразных технологий. Новые тенденции в мире показы-
вают, что операторы из-за этого все чаще желают получить от произ-
водителей оборудования целостные сетевые решения, а не только
оборудование. Услуги покупателям предусматривают именно такой
подход к работе. Увеличение надежности сети, быстрое внедрение
новых услуг, построение новых, еще более высокоскоростных сетей,
услуги эксплуатационного обслуживания, интеграция систем, гло-
бальная поддержка, стандартные и специфические виды обучения -
все это разные виды услуг покупателям, которые в первую очередь
обеспечивают сохранение или приобретение высокой эффективности
и конкурентоспособности в их деятельности. Разнообразные услуги
покупателям должны одинаково помочь и новым (их часто называют
альтернативными) операторам сети, чтобы они могли как можно бы-
стрее вернуть свои капиталовложения, и традиционным администра-
циям связи, чтобы они могли сохранить свою ведущую позицию и по-
сле отмены монополии.

Услуги пользователям - то, что предлагается пользователю, сда-
ется в аренду или оплачивается им. Это определение позволяет чет-
ко разделить услугу пользователям и процессы, происходящие в сети
связи, т. е. разделить технические и сервисные возможности сети.
Для обеспечения услуг пользователям в сетях организуются теле-
коммуникационные службы.

Телекоммуникационной службой называется организация и обес-
печение связи, требуемой для предоставления конкретного вида ус-
луг. Служба - понятие более «полное» по сравнению с услугой в том
смысле, что содержит функции для соединения и служебные функции
для установления связи и пересылки сообщений. Обслуживание
пользователей осуществляется путем предоставления не только ус-
луг, но и приложений. Приложение (application) подобно понятию ус-
луги, но в отличие от последней предоставляется пользователю ко-
нечным продуктом, который может многократно им использоваться.
Например, приобретение компакт-диска с обучающим курсом, специ-
ального пакета программ, требуемых для реализации услуг мульти-
медиа с их инсталляцией на включенном в сеть компьютере, - при-
меры покупки приложений. Услуги традиционно предоставлялись от-
раслью связи, в то время как индустрия информационных технологий
изначально предоставляет приложения.

На базе служб связи организуются платформы предоставления
услуг (bearer of service) (рис. 3.1), которые обеспечивают «транспорт-
ную систему» для обмена информацией и представляют собой сово-
купность сетевого оборудования, участвующего в производстве и
предоставлении услуг пользователям. При формировании этих плат-
форм могут быть задействованы ресурсы различных сетей и различ-
ных операторов или ресурсы одного оператора могут использоваться
в различных платформах. Почтовая система с почтовыми ящиками,
сортировкой и транспортировкой служит платформой предоставления
услуг для пересылки писем, телефонная сеть выполняет услугу пере-
носа телефонных сообщений. Конкретные услуги могут предостав-
ляться и частной компанией, не являющейся собственником сети,
формирующей такую платформу путем аренды сетевых ресурсов (на-
пример, выделенных каналов связи) или поставщиком услуг. Про-

Теле-
службы

Рис. 3.1. Службы, услуги и платформы предоставления услуг

Основные
услуги

Услуги интеллек-
туальной сети

Дополнительные
услуги

Услуги, требующие набора
дополнительного кода

Платформа предоставления
услуг
вайдеры в отличие от сетевых операторов более гибко реагируют на
конъюнктуру рынка услуг связи.

С точки зрения сетевого оператора существуют технические и ад-
министративные причины для разделения услуг на основные и раз-
личного рода дополнительные. Передача речи при соединении двух
пользователей службы «телефонии» является примером предостав-
ления основной услуги. Все пользователи этой службы имеют доступ
к основной услуге, но лишь некоторые из них к дополнительным. До-
полнительные услуги относятся к типу «экстраслужб» - высших, чем
основная служба, и предоставляются оператором связи. Во многих
случаях дополнительные услуги создаются посредством модифика-
ции основных услуг. Часть дополнительных услуг требует введения
соответствующего кода услуги. Примеры дополнительных услуг.

-	информационная база данных (БД), доступ к которой пользователь
может получить через соответствующий код;

-	услуги телефонистов, справочные услуги;

-	перевод с одного языка на другой.

Дополнительные услуги могут осуществляться децентрализовано
или централизованно при помощи технологии интеллектуальной сети
(ИС). Использование ИС требует расширения первоначальной сете-
вой архитектуры, что дает возможность быстрого введения новых ус-
луг и облегчает введение новых технологий. ИС также предоставляет
возможность взаимодействия между сетями и обеспечивает плат-
форму для предоставления интеллектуальных услуг, состоящих из
совершенно новых дополнительных услуг (supplementary services) и
услуг повышенной стоимости (value-added services). Это означает,
что новые или уже существующие операторы могут получать доходы
от относительно малых капиталовложений, т. е. движущей силой раз-
вития услуг является максимальное увеличение прибыли.

Службы связи могут делиться на телеслужбы и службы передачи.
Службы передачи ориентированы на транспортировку сообщений.
В отличие от телеслужб в них ответственность за совместимость
функций оконечных терминалов ложится на пользователей. Под те-
леслужбами понимают службы для непосредственной связи «пользо-
ватель-пользователь» с определением функций оконечных термина-
лов. К этим службам относятся телефонная, телетекс, телефакс, ви-
деотекс и т. п. Стандарты телеслужб обеспечивают совместимость
терминалов соответствующей службы, в частности, в отношении ко-
дирования и форматирования полезной информации, подлежащей
передаче.

Рассматривая телеслужбы, платформы предоставления услуг, ос-
новные, дополнительные и услуги ИС, отметим, что в повседневной
речи и в написании приставка «теле» часто опускается. Под термином
«телеслужбы» обычно имеют в виду службы, которые можно органи-
зовать при определенной технологии и логике работы для гибкого
управления такими процессами, как маршрутизация и тарификация.
Понятие службы без приставки «теле» имеет другой смысл. Когда го-
ворят о службе Frame Relay или о службе широкополосной ЦСИО,
имеют в виду соответствующую платформу предоставления услуг.
Необходимо понимать взаимосвязь и различие понятий службы, плат-
формы предоставления услуг и самой услуги. Платформы могут быть
специфичными для предоставления конкретных услуг или универ-
сальными, позволяющими предоставлять большое количество разно-
образных услуг, как предполагает концепция интеллектуальной сети.
Архитектура ИС может быть универсальной и идентичной для всех
услуг, однако различные сети создавались в соответствии с различ-
ными предпосылками, и их платформы предоставления услуг были
определены без какого-либо представления об архитектуре ИС. «Ин-
теллектуальность» была введена позднее в форме дополнительных
услуг в каждой сети. В этом контексте мобильность терминала в сото-
вых сетях следует рассматривать тоже как форму интеллектуальности.

Когда центральный интеллект добавляется к децентрализованно-
му интеллекту сети, мы сталкиваемся с риском взаимодействия
служб, при котором различные службы воздействуют друг на друга
нежелательным образом, что приводит иногда к совершенно непра-
вильному соединению абонентов А и Б. Поэтому централизованный
сетевой интеллект должен быть всегда адаптирован к распределен-
ному интеллекту. Следовательно, о ИС можно судить как о техноло-
гии, используемой в опорных сетях, таких как телефонная сеть обще-
го пользования (ТфОП), сотовая сеть связи с мобильными объектами,
сеть передачи данных общего пользования и цифровая сеть инте-
грального обслуживания (ЦСИО). Поэтому понятие ИС следует рас-
сматривать как службу сетевого интеллекта (СИ) - дополнение
к каждой отдельной сети, но не как самостоятельную, автономную
интеллектуальную сеть. Тем более, что таковой она никогда не явля-
лась. Однако «архитектуры сетевого интеллекта» различных сетей
могут быть взаимосвязаны, и если это выполняется, абонент может
выходить на многие сети, имея всего один персональный номер.

В последнее время появился новый термин «сервис» или «теле-
коммуникационный сервис» (не использовавшийся ранее для специа-
лизированных сетей), под которым понимается удовлетворение со
стороны сети специфических требований пользователей к связи. Фак-
тически сервис - это некоторое обобщенное понятие, охватывающее
как различные услуги (в частности, дополнительные виды обслужива-
ния), так и обеспечение различных видов связи с предоставлением
каналов разных по скоростям, по среде передачи (проводные, бес-
проводные) и принципу предоставления пользователю (на время пе-
редачи или аренды на длительное время) и т. д. Для сервиса опреде-
лены две разновидности: опорный сервис (bearer service) и телесер-
вис (teleservice), аналогичные понятиям служб передачи и телеслужб,
если их соответственно развивать и дополнять. Широкополосная ин-
тегральная сеть, обеспечивающая все виды сервиса, получила на-
звание мультисервисной сети. Ресурсы такой сети - это единая
мультисервисная платформа (multiservice platform) предоставления
пользователям всевозможных услуг и приложений.

3.2.	Виды услуг и особенности их реализации

Принципы классификации услуг. Сегодня услуги операторов
связи часто классифицируются по одноранговому принципу и можно,
например, увидеть список из таких услуг, как телефония, IP, VPN,
DSL. Нечеткая классификация услуг нередко приводит к проблемам
при разработке политики продаж и маркетинга, что, в конечном счете,
сказывается на сроках окупаемости создаваемой инфраструктуры и
эффективности капиталовложений.

Поэтому услуги оператора связи целесообразно классифициро-
вать с использованием многомерной структуры, основываясь на сис-
теме классификаторов.

Основные из них приведены ниже в порядке, который соответству-
ет их важности:

-	классификация услуг по типу передаваемой информации (контенту);

-	классификация услуг по способу обеспечения доступа клиента к
услуге;

-	классификация услуг по типу клиента;

-	классификация услуг по типу обмена информацией;

Кроме того, вдобавок к приведенным выше способам классифика-
ции, для каждого типа услуг возможно подразделение по следующим
признакам:

-	по приоритетности внедрения и важности - базовые (основные)
услуги и дополнительные (услуги с добавленной ценностью), при
этом оказание дополнительной услуги возможно только при нали-
чии базовой;

-	по маркетинговой функции - услуги, ориентированные в основном
на получение дохода и услуги, направленные в основном на при-
влечение клиентов (приносящие доходы косвенным путем через
оказание прочих услуг привлеченным таким образом клиентам).

Классификация услуг по типу передаваемой информации, несо-
мненно, является основной. Однако и другие способы классификации
часто являются необходимыми, поскольку помогают выделить осо-
бенности предоставления услуги, четко отделить ее от смежных услуг
и описать область применения.
Классификация услуг по типу передаваемой информации
(контенту). В соответствии с данным способом классификации услуги
подразделяются, прежде всего, на следующие категории:

-	услуги телефонии (и видеотелефонии);

-	услуги передачи данных;

-	широковещательные услуги;

-	услуги выделенных каналов (услуги, безразличные к типу переда-
ваемой информации);

-	инфраструктурные услуги.

Под услугами телефонии подразумеваются услуги передачи голо-
са, конечными потребителями которых являются индивидуальные
клиенты, взаимодействующие в основном с другими подобными кли-
ентами в интерактивном режиме. Данные услуги подразделяются,
прежде всего, на услуги фиксированной и мобильной телефонной
связи. Кроме того, из данного типа услуг в настоящее время посте-
пенно происходит выделение услуг передачи видео (видеотелефо-
нии), частным видом которых является, например, услуга видеокон-
ференцсвязи (как альтернатива телефонной конференцсвязи). Воз-
можно, через некоторое время данный вид услуг разовьется настоль-
ко, что может быть выделен в самостоятельный тип.

В настоящее время, в связи с активно происходящими процессами
конвергенции сетей, границы между услугами телефонии и другими вида-
ми услуг нередко размываются. Однако и сегодня основным принципом,
по которому телефонную услугу можно отделить от других, является то,
что она связана с коммутацией каналов на основе анализа адресов (те-
лефонных номеров) вызываемого (иногда и вызывающего) абонентов.

Основной расчетной единицей телефонной услуги является «ми-
нута соединения» и это не зависит ни от инфраструктуры сети (TDM,
VoIP), ни от типа клиента (субпровайдерам и корпоративным клиен-
там «минуты» могут продаваться оптово), ни от типа доступа. Допол-
нительные услуги (например, услуги интеллектуальной сети) также
тарифицируются в «минутах» пользования данной услугой. Сущест-
вуют, однако, случаи так называемых «безлимитных» тарифных пла-
нов, и, если поминутная тарификация услуг оператором не произво-
дится, критерием отнесения данной услуги к услугам телефонии мо-
жет быть коммутация телефонного канала в сети оператора.

Услуги передачи данных подразделяются, в свою очередь, на ус-
луги IP, ATM, FR, Х.25 и т. п., в зависимости от протокола, на основа-
нии анализа заголовков пакетов которого производится соединение
абонента с адресатом (коммутация). Расчеты производятся, главным
образом, исходя из передаваемого трафика, который измеряется не-
посредственно, либо косвенно, например, на основе соглашений об
уровне обслуживания (SLA) или емкостью канала и временем его ис-
пользования. При предоставлении услуг с использованием многопро-
токольной среды передачи данных и при наличии разнородного тра-
фика в сети зачастую непросто «разделить» услуги, т.е. выделить до-
ли трафика, приходящиеся на каждую из них. Проще всего это сде-
лать путем подсчета IP пакетов, ATM ячеек, FR или Х.25 кадров. Ре-
зультаты такого подсчета затем могут быть использованы при вы-
ставлении счетов за услуги. При отсутствии тарификации трафика
в многопротокольной сети услугу можно отнести к услуге выделенных
каналов.

Широковещательные услуги предполагают однонаправленную пе-
редачу информации одновременно большому кругу клиентов. К ним
относятся, в первую очередь, услуги теле- и радиовещания. В по-
следнее время происходит расширение спектра этих услуг за счет
таких направлений, как, например, интерактивное телевидение и т. п.

Услуги выделенных каналов предполагают предоставление канала
с тарифной политикой, независимой от типа и количества передавае-
мого трафика и степени использования канала. Различие тарифов
происходит только по типу канала и его максимальной пропускной
способности.

Инфраструктурными услугами можно назвать такие, которые непо-
средственно не связаны с передачей клиентом информации. Это мо-
гут быть услуги, связанные со сдачей в аренду инфраструктуры (по-
мещений или оборудования), а также разного рода консультационные
услуги. Кроме того, это могут быть и определенного рода работы, на-
пример, строительство или проектирование телекоммуникационной
сети другого оператора или корпоративного клиента.

Классификация услуг по типу клиента. Классификация по типу
клиента подразделяет услуги на следующие группы:

-	услуги, оказываемые другим операторам связи (провайдерам);

-	услуги, оказываемые корпоративным клиентам;

-	услуги, оказываемые индивидуальным пользователям.

Эти группы существенно отличаются друг от друга, как по номенк-
латуре услуг, так и по требованиям к степени развития инфраструкту-
ры оператора. Номенклатура услуг, оказываемых другим операторам,
обладает рядом особенностей, поскольку отношения с другими опе-
раторами обычно строятся либо по схеме «оптовый оператор» -
«розничный оператор», что приводит к появлению оптовых продаж
ресурсов, либо на основе равноправных отношений, что приводит к
услугам обмена информации (терминации трафика).

Корпоративных клиентов также часто подразделяют на крупных и
мелких. Мелкие корпоративные клиенты характеризуются тем, что
потребляют в основном тот же набор услуг, что и индивидуальные
пользователи (базовая телефония, коммутируемый доступ, DSL и
т. д.), оперирование которыми происходит на базе отдельных теле-
фонных номеров, IP адресов и т. п.
Классификация услуг по способу доступа клиента. Классификация
по способу доступа позволяет конкретизировать способ предоставле-
ния базовой услуги и указывает на технологии нижних уровней сете-
вой иерархии, лежащих в основе инфраструктуры, используемой для
предоставления данной услуги. Способы доступа могут быть, напри-
мер, следующие:

-	коммутируемые телефонные каналы или каналы ISDN;

-	каналы SDH различной пропускной способности;

-	каналы Frame Relay различной пропускной способности;

-	каналы ATM различной пропускной способности;

-	каналы HDLC с различной скоростью передачи;

-	^каналы Ethernet с различной скоростью передачи;

-	технологии xDSL (ADSL, SDSL, SHDSL);

-	пассивные оптические сети (Passive Optical Network, PON);

-	гибридные сети на основе коаксиального кабеля и оптического во-
локна (HFC);

-	сети беспроводного доступа.

С использованием приведенной здесь классификации можно кон-
кретизировать описание предлагаемой услуги. Например: «Предос-
тавление доступа в Интернет по каналам Frame Relay и с использо-
ванием технологий ADSL» подразумевает предоставление двух раз-
личных услуг, первая из которых может быть ориентирована в основ-
ном на операторов и корпоративных клиентов, вторая - на корпора-
тивных и индивидуальных клиентов.

Межрегиональные компании сейчас могут использовать следующие
технологии:

-	коммутируемые телефонные каналы или каналы ISDN (в режиме
оптовых продаж);

-	каналы SDH различной пропускной способности;

-	каналы Frame Relay различной пропускной способности;

-	каналы ATM различной пропускной способности;

-	каналы HDLC с различной скоростью передачи;

-	каналы Ethernet с различной скоростью передачи;

-	технологии xDSL (ADSL, SDSL, SHDSL) (в режиме оптовых продаж).

Классификация услуг по типу обмена информацией. Взаимодей-
ствие с клиентами и партнерами может быть равноправным и неравно-
правным и в зависимости от этого подразделяться на следующие типы:
- предоставление доступа к ресурсам своей сети (и, возможно, че-
рез ресурсы своей сети к ресурсам других сетей);

-	двусторонний обмен;

-	транзит;

-	центр обмена информацией (с центром взаиморасчетов или без него).

Предоставление доступа к ресурсам сети - это основная форма
взаимодействия с корпоративными и индивидуальными клиентами, но
эта услуга может предоставляться и операторам. В то же время, если
через свою сеть оператор предоставляет доступ к ресурсам других
сетей, то различают локальный, межрегиональный и международный
типы доступа.

При двухстороннем соглашении об обмене информацией (терми-
нации трафика) операторы могут, как предоставлять, так и потреб-
лять услуги партнера, получая доход от терминации трафика или за
исходящий трафик, в зависимости от типа услуги. Такой обмен, в за-
висимости от соглашения, также может подразделяться или не под-
разделяться на локальный, межрегиональный или международный.

Соглашение о транзите предполагает использование ресурсов се-
ти оператора для передачи информации между точками присутствия
двух операторов или одного оператора (или корпоративного клиента)
и также может подразделяться по региональному принципу. При от-
сутствии тарификации по объему передаваемого трафика такой вид
услуги сводится к аренде выделенного канала.

При наличии у оператора большого количества двухсторонних со-
глашений о транзите (терминации) возможна организация Центра об-
мена информацией на основе сети оператора (а, возможно, и взаи-
морасчетов - clearing house). При этом другие операторы, пользую-
щиеся услугами Центра, не заключают двухсторонних соглашений об
обмене с другими операторами, а фактически используют для обмена
информацией с другими операторами услуги транзита, предостав-
ляемые Центром. Естественно, организация такого Центра возможна
и оправдана только тогда, когда заключение двусторонних договоров
каждого с каждым становится менее выгодным, чем одного договора
с Центром. Это происходит за счет минимизации накладных расходов
и инфраструктуры, а также возможности получения дополнительных
услуг, - например, услуг клирингового центра.

Если рассматривать услугу Центра обмена информацией для кор-
поративного клиента, объединяющего свои офисы, и, возможно, мо-
бильных и домашних пользователей с использованием различных
технологий доступа, то в таком варианте эта услуга будет представ-
лять собой услугу виртуальной частной сети (ВЧС) клиента.

Базовые и дополнительные услуги. Высокодоходные услуги
и услуги, выполняющие маркетинговые функции. Дополнитель-
ные услуги (услуги с добавленной ценностью), предлагаемые совме-
стно с базовыми услугами, могут приносить доход, сопоставимый,
а иногда и превышающий доход от предоставления базовой услуги.
Иногда, тем не менее, дополнительные услуги могут и не приносить
существенного дохода, а иногда и просто быть убыточными, если не
рассматривать их совместно с предоставлением базовой услуги. Это
бывает в тех случаях, когда дополнительная услуга предназначена
для привлечения клиентов основной услуги.
Приведем несколько примеров таких дополнительных услуг:

- Установка серверов коммутируемого доступа в Интернет в своей
сети. Эта услуга несомненно, выгодна оператору, поскольку дает
возможность получать дополнительный доход от пользователей Ин-
тернет по тарифам, взимаемым за доступ к сети Интернет. Однако,
как известно, все звонки, создаваемые пользователями ТфОП, зво-
нящими на серверы доступа, находящиеся в сети оператора, тер-
минируются в сети оператора. Поэтому оператор при каждом таком
звонке получает дополнительные «терминированные минуты», за
которые в соответствии с межоператорскими соглашениями он мо-
жет взимать плату с операторов, с которыми такие соглашения за-
, ключены. Поэтому, например, в Европе и США в последнее время
стала популярной услуга «бесплатного доступа в Интернет». Она,
конечно, не бесплатна, просто доходы взимаются не непосредст-
венно от доступа в Интернет, а за счет отчислений от повременной
оплаты разговоров, взимаемых телефонным оператором клиента.

- Предоставление интеллектуальных услуг также имеет двойную
выгоду. Во-первых, эти услуги сами по себе приносят неплохой до-
ход, и, кроме того, каждый такой звонок повышает входящий тра-
фик оператора, образуя дополнительные доходы таким же обра-
зом, как и в предыдущем примере

- Услуги хостинга, например, Web-серверов клиентов обычно прино-
сят не очень большой доход. Однако размещение Web-сервера
крупнейшего контент-провайдера (новостного канала, поисковой
машины или хранилища баз данных пользующейся широким спро-
сом видео или аудиоинформации) может значительно увеличить
исходящий IP-трафик оператора за счет клиентов других операто-
ров, обращающихся к данной информации. А это может дать до-
полнительный доход по договорам обмена информацией с други-
ми провайдерами Интернет (Internet Service Provider) (ISP). Поэто-
му очень часто даже бесплатный Web-хостинг бывает очень выго-
ден и позволяет зарабатывать на увеличении трафика.

МРК могут широко использовать дополнительные услуги и как са-
мостоятельный источник доходов, и как средство привлечения клиен-
тов и увеличения доходов от предоставления основных услуг.

Услуги, входящие в группу услуг телефонии. Поскольку самыми
массовыми услугами МРК все-таки являются услуги, оказываемые
индивидуальным клиентам, основное внимание нужно уделить вопро-
сам проработки сценариев работы с этими клиентами. Но в то же
время, необходимо иметь в виду, что рынок услуг для операторов
связи и корпоративных клиентов может обеспечить значительно бо-
лее быстрый рост доходов за счет оптовых продаж услуг. Таким обра-
зом, МРК необходимо оценить возможные наборы услуг для всех трех
сегментов клиентов.
Для индивидуальных клиентов:

-	предоставление услуг телефонной связи;

-	оказание дополнительных услуг добавленной ценности (интеллек-
туальных услуг).

Для операторов связи (региональных и международных):

-	транзит/терминация трафика международных операторов;

-	транзит/терминация междугородного трафика российских операторов;

-	транзит/терминация трафика IP телефонии;

-	оказание услуг взаиморасчетов между операторами телефонии и
IP-телефонии (clearing house);

-	организация шлюзов международного доступа для российских
операторов телефонии и 1Р-телефонии;

-	услуги по организации и распределению «виртуальных модемных
пулов» коммутируемого доступа;

-	оказание дополнительных услуг добавленной ценности (интеллек-
туальных услуг).

Для корпоративных клиентов (государственные организации, ком-
мерческие предприятия, КСС):

-	предоставление услуг телефонной связи;

-	организация «голосовых VPN»;

-	организация услуг международного (междугородного) доступа;

-	оказание дополнительных услуг добавленной ценности (интеллек-
туальных услуг).

Здесь не оговариваются отдельно услуги телефонии, связанные
с предоставлением выделенных линий.

Услуги передачи данных. Как было отмечено выше, достаточно
сложно систематизировать услуги связи, в частности непросто упоря-
дочить услуги передачи данных, т.к. рассматривать их можно по раз-
личным классификационным признакам. Одним из типов классифика-
ции услуг связи является разделение услуг по типу предаваемой ин-
формации (контенту):

-	услуги передачи информации по протоколу ATM;

-	услуги передачи информации по протоколу FR;

-	услуги передачи информации по протоколу IP и т. д.

Однако очевидно, что данный список описывает базовые, фор-
мальные функции реализуемые оборудованием и телекоммуникаци-
онной сетью в целом. В настоящем разделе предлагается системати-
зировать услуги по типу обмена информацией, при этом, номенклату-
ра услуг формируется как комбинация вышеописанных базовых
функций и представляет собой следующий перечень основных услуг:
- предоставление доступа к ресурсам и услугам магистральной сети

связи МРК на базе протокола IP, ATM, FR, Х.25;

-	обмен трафиком данных по протоколу IP, ATM, FR, Х.25;

-	транзит трафика IP, ATM, FR, Х.25;
-	организация виртуальных частных сетей на базе протоколов IP,
ATM, FR, Х.25.

Кроме того, в этом разделе описываются услуги, относимые к дру-
гим группам, но тем не менее основанные на передачи данных:
- услуги выделенных линий, предоставление в аренду цифровых

каналов со скоростью Л/х64 кбит/с, Е1, ЕЗ;

-	услуги организации широкополосных видеоконференций;

-	услуги организации сети распределения телевизионных и радио-
вещательных программ.

Наиболее популярной из услуг передачи данных в последние го-
ды является услуга передачи данных по протоколу IP. Основную
роль в этой популяризации сыграло распространение Интернет, а
также предоставляемых на его основе услуг (доступ к ресурсам Ин-
тернет провайдеров и конечных пользователей, услуги электронной
торговли и т. д.). Однако рост популярности Интернет услуг вовсе не
означает роста доходов операторов связи предоставляющих эти
услуги и связано это в первую очередь с падением тарифов на пре-
доставление услуги Интернет, а также с традиционными российски-
ми проблемами: низкие доходы населения и несовершенная тариф-
ная политика региональных компаний, вследствие чего только не-
большой процент населения России, является постоянным пользо-
вателем услуг Интернет.

Однако, рынок услуг Интернет в России далек от насыщения и
достаточно перспективен, поэтому предоставление услуг Интернет
необходимо организовывать на базе единой мультисервисной сети
связи, наряду с предоставлением других услуг передачи данных.

3.3.	Телеслужбы с точки зрения оператора

Характеристики, описывающие службы, можно разделить на тех-
нические, эксплуатационные, коммерческие, а также не относящиеся
к абоненту и относящиеся к операторам связи. Классифицировать
службы и услуги с точки зрения оператора связи можно по различным
признакам. Некоторые примеры такой классификации показаны на
рис. 3.2.

Информация для организации различных служб может быть пред-
ставлена в следующей форме: речь, данные и неподвижные изобра-
жения; видео (подвижные изображения); мультимедиа. Группа «дан-
ные и неподвижные изображения» включает и передачу текста. Муль-
тимедиа возникла в мире телекоммуникаций в первой половине 90-х
годов и определяется как «служба, обеспечивающая взаимосвязан-
ную передачу по крайней мере двух из трех типов информации -
речи, данных и видео, и обеспечивающая некоторую степень инте-
рактивности». Сами телеслужбы можно разделить на четыре основ-
Синхронные

Асинхронные

Основная полоса
< 64 кбит/с

Узкая полоса U Широкая полоса
< 2 Мбит/с ft >2 Мбит/с

CBR - постоянная скорость
передачи битов

VBR - переменная скорость
передачи битов

Теле- I	[ Службы
службы /	/передачи

Дополни-1 тельные j	Sc набором 7 дополни- Г тельного \кода
Основные J	

Рис. 3.2. Классификация служб и услуг

Интерактивные
службы

Диалог

Службы
сообщений

Информационные
службы

базы данных

Вещательные
службы

Телеслужбы

Речь Данные

Текст Изображения

Мультимедиа

Рис. 3.3. Классификация телеслужб

ных типа (рис. 3.3): интерактивные, службы сообщений, информаци-
онные и вещательные службы.

Интерактивные службы - позволяют передавать информацию в
обе стороны, т. е. осуществлять диалог. Основной вид телефонии -
«разговор» - типичный пример интерактивных служб. Один из двух
участников общения решает, когда начинать или когда заканчивать
разговор. Телеконференция с несколькими участниками также явля-
ется интерактивной, поскольку любой абонент может принимать уча-
стие в обмене информацией, но ее можно считать и вещательной,
поскольку сообщения посылаются несколькими участниками одно-
временно. И звук, и видео производят относительно постоянную на-
грузку в данный момент времени, обеспечивая интерактивность,
предполагающую отсутствие длительных нарушений связи. Типичный
пример интерактивных служб - два компьютера, связывающихся друг
с другом через соединение с набором номера по телекоммуникацион-
ной сети. Другой пример - услуги банковских автоматов по выдаче
наличных денег. Диалог между банковским автоматом и центральным
компьютером осуществляется проверкой изъятия денег по персо-
нальному коду и текущему счету.

Интерактивная видеослужба обычно содержит хотя бы один до-
полнительный тип телеслужбы (звук или данные) и поэтому класси-
фицируется как мультимедийная служба. Видеоконференция - хоро-
ший пример интерактивной мультимедийной службы, комбинирующей
звук и изображение. В частных или общественных местах проведения
видеоконференций коммерческие фирмы или индивидуальные лица
могут устраивать встречи, несмотря на то, что участники находятся
й разных точках Земли.

Службы сообщений (или службы с накоплением) основаны на
принципе хранения информации, которая может быть прослушана
или прочитана другими пользователями, при этом осуществляется
накопление речевых сигналов, текста, документов или видеосигналов.
С помощью этих служб передают партнерам по связи сообщения че-
рез электронные «почтовые ящики», отдельные для каждого вида
сигналов. В качестве дополнительной услуги пользователь может по-
лучать автоматическое уведомление о поступлении сообщения в его
почтовые ящики (оптическая или акустическая индикация на оконеч-
ном терминале). При соответствующем оснащении эти службы ис-
пользуются для передачи сообщений между несовместимыми терми-
налами (сопряжение служб, включающее функции обработки сооб-
щений). Примером службы сообщений является «голосовая почта»:
вызывающий абонент, не получивший ответа, может сохранить сооб-
щение, поместив его в центральную «службу автоответа», может ос-
тавить сообщение любому другому пользователю службы или напра-
вить сообщение во все почтовые ящики.

Информационные службы обеспечивают доступ к информации,
хранящейся в базах данных. Коммерческие фирмы и учреждения
наполняют БД с целью предоставления пользователям доступа к
записанной или «живой» информации. Текущий валютный курс и
объявления «для продажи» являются примерами подобных служб.
Очень быстро распространяются информационные службы, к кото-
рым можно получить доступ через специальный код. Телефонный
абонент получает доступ к большому числу информационных источ-
ников в БД, включая прогнозы, валютные курсы, спортивные резуль-
таты, прибытие и отправление поездов, расписание самолетов. По-
добные службы также содержат интерактивные элементы, позво-
ляющие пользователям запросить информацию при помощи клавиа-
туры на телефоне или с использованием оборудования распознава-
ния голоса.
Типичным примером являются службы, предоставляющие услуги
Интернет, распространяющиеся быстрее, чем любая другая служба.
Пользователи получают доступ к любым БД через постоянное или
временно установленное соединение. Однако собственники инфор-
мации могут выбрать ограниченный доступ к их информации для оп-
ределенной группы пользователей, например, в пределах компании.
В таких случаях говорят, что информация защищена от несанкциони-
рованного доступа посредством межсетевого экрана. Среди служб
Интернет видеослужбы играют центральную роль. Всевозможные
приложения продаются на рынках и в магазинах. База данных с тех-
нологией мультимедиа может предоставить энциклопедию, предла-
гающую как звуковую, так и видеоинформацию. Интерактивность
службы позволяет пользователям сообщать о том, что они хотят по-
лучить из БД.

Вещательные службы. Существует два вида вещательных служб -
односторонняя связь к одному приемнику (например, телефакс) и од-
носторонняя одновременная передача к нескольким приемникам, на-
пример, радиовещание и телевизионное вещание (ТВ). Наиболее
простым примером вещательных служб является широкополосное
вещание, при котором информация одновременно посылается не-
скольким приемникам. Через телефонную сеть служба телефакс пе-
редает текст и изображение между двумя телефаксными терминала-
ми. Служба широко применяется, поскольку оборудование доступно и
просто в применении. Телетекст - другая вещательная служба, при
использовании которой несколько страниц текста постепенно пере-
даются большому числу зрителей, имеющих возможность выбирать
то, что они хотят прочитать среди различных тем. Из-за однонаправ-
ленных трактов передачи невозможно использование каких-либо спо-
собов коррекции ошибок передачи, поэтому применение таких служб
целесообразно только в сочетании с методами прямого исправления
ошибок или при периодическом повторении сообщений и многократной
записи через короткие промежутки времени в оконечном терминале.

Видео по запросу. Система, классифицируемая где-то между ин-
формационными и вещательными службами, позволяет абоненту за-
казывать фильм от центральной БД и получать его на свой ТВ прием-
ник. Эта служба является интерактивной в том смысле, что абонент
может остановить передачу (пауза).

В этом контексте необходимо упомянуть и универсальную персо-
нальную связь (УПС) (Universal Personal Telecommunication, UPT). Это
другой тип служб, в соответствии с названием близко связанный с
путем доступа к сети. Обычно абонентские службы соединяют специ-
альные терминалы. При введении УПС службы соединяются с або-
нентом, имеющим персональный номер, не относящийся к терминалу.
Таким образом, абонент может использовать любой телефон или
другой тип терминала, идентифицируя себя своим персональным но-
мером, делая вызов и оплачивая заказанную услугу. Он может также
получить вызов на терминал, зарегистрированный на его персональ-
ный номер. Универсальная персональная связь - это услуга, обеспе-
чивающая доступ к службам электросвязи и персональную мобиль-
ность. Она дает возможность каждому пользователю УПС распола-
гать определенным персонифицированным комплексом абонируемых
услуг и благодаря персональному, не связанному с определенной се-
тью, номеру УПС инициировать и принимать вызовы с любого терми-
нала (стационарного или подвижного), независимо от его географиче-
ского местонахождения. Эти вызовы могут проходить через многие
сети, единственным препятствием при этом могут быть лишь терми-
нальные и сетевые возможности и ограничения, устанавливаемые
оператором сети.

3.4.	Телеслужбы с точки зрения пользователя

Обычно службы классифицируются в зависимости от того, как они
обеспечиваются технически, но это важно лишь для разработчиков
систем. Техническая классификация не дает возможности понять, ка-
кие службы, действительно, необходимы пользователю. К парамет-
рам служб, отражающим потребности пользователей, относятся: дос-
тупность для пользователей; доступ к информации (например, ТВ,
радио, базы данных); доступ к информационному процессу (например
такому, как распределение пропускной способности компьютера).

Доступность для пользователей. Потребность в связи между
людьми существует на протяжении тысячелетий, и большую часть ТС
всегда будет использоваться с этой целью. Сегодня обычная теле-
фония составляет 70-90% общей емкости всех ТС. Для увеличения
доступности людям фиксированный доступ к сети постоянно расши-
ряется, главным образом в районах с менее развитой инфраструкту-
рой. Поэтому растущая доля мирового населения получает доступ
к телефонным услугам. Другие пути увеличения доступности включа-
ют мобильную телефонию, дополнительные услуги и электронные
почтовые ящики.

Доступ к информации. Несмотря на то, что потребность в раз-
личных видах информации существует на протяжении длительного
времени, можно выделить только четыре причины, вследствие кото-
рых необходим доступ к информации: учеба/образование; рекламная
информация; другая информация, например, использование баз дан-
ных; entertainment (развлечение, эстрадное представление, шоу-
бизнес). Infotainment (слово, образованное комбинацией слов инфор-
мация и развлечения, появилось в США где-то в 1985 г.) - эта кон-
цепция подразумевает, что пользователь может запрашивать различ-
Сервер

Клиент

Рис. 3.4. Взаимодействие клиент-сервер

ные видеослужбы и службы данных, сочетающие информацию и раз-
влечения. Доступ к информации - одна из наиболее мощных движу-
щих сил развития ТС.

Доступность к обработке информации. Для иллюстрации «дос-
тупа к обработке информации» используем понятие клиент-сервера
(рис. 3.4), возникшее вследствие роста вычислительной мощности
ПК. Уже давно существует необходимость контролировать происхо-
дящее в одном компьютере с другого ПК. Клиент-сервер - это специ-
альная форма интерактивных приложений в отдельных ПК, где поня-
тия клиента и сервера подразумевают персональные компьютеры с
различными функциями. Персональный компьютер-клиент дает ПК-
серверу задание на выполнение определенных задач и затем прове-
ряет, как они были выполнены. Преимуществом является разделение
функций приложений на несколько подфункций, каждая из которых
может выполняться отдельным оборудованием, что наиболее удобно
для работы. Примеры таких функций - предоставление, обработка и
хранение информации. Когда клиент и сервер физически размещены
в разных местах, ТС используется для связи между ними.

Другой пример «доступа к обработке информации» - домашняя
банковская служба (home banking service). Например, пользователь
вызывает свой банковский компьютер и оставляет информацию о не-
обходимости перевода суммы денег с одного счета на другой. Компь-
ютер обрабатывает информацию и осуществляет перечисление.

3.5.	Требования к сети и оборудованию

В зависимости от вида информации, предназначенной для пере-
дачи (речь, данные, видео), к сети и ее оборудованию предъявляют-
ся различные требования, основными из которых являются требо-
вания к полосе частот, задержкам, коэффициенту ошибок и про-
зрачности передачи.
Полоса частот. В отношении полосы частот службы делятся на
требующие основную полосу частот, позволяющую передавать до 64
кбит/с, первичную - до 2 Мбит/с и широкую полосу - более 2 Мбит/с,
для которой недостаточно первичного двухмегабитного тракта (см.
рис. 3.2).

Основная задача телекоммуникационных сетей - транспортировка
информации между определенными абонентами. Для транспортиров-
ки информация преобразуется в оконечных устройствах по стандар-
там, соответствующим конкретным службам. Как аудио, так и видео-
службы характеризуются аналоговой природой источника. Слово
«аналоговый» в этом контексте относится к способности источника
производить бесконечное число значений - высоты тона в звуке или
Цветовой шкалы в изображении. Цифровые источники, напротив, про-
изводят ограниченное число значений: например, у компьютера очень
ограниченный «репертуар» - «единицы» и «нули». Поскольку звук и
видео - в основном источники аналоговой нагрузки, обычным процес-
сом является преобразование их в цифровой сигнал и затем в прием-
нике или на пути к нему преобразование сигнала обратно в первона-
чальную форму. Информация, подлежащая транспортировке, при
этом будет представлена в виде последовательности двоичных зна-
ков или битов, смысловые значения которых индивидуально согласу-
ются между пользователями источников и приемников информации;
при этом служба охватывает только транспортировку битов.

Наряду с видом представления сигналы характеризуются объемом
информации, подлежащей передаче в единицу времени. Этот объем
определяется либо верхней граничной частотой, до которой должны
передаваться компоненты сигнала, либо требуемой скоростью пере-
дачи. Требования различных служб к скорости передачи иллюстриру-
ет рис. 3.5. МСЭ установил верхнюю граничную частоту для телефо-
нии - 3400 Гц, для сигналов звукового вещания - 15 кГц, для телеви-
дения - 5 МГц. Скорости передачи для сигналов текста, данных и не-
подвижных изображений находятся в широком диапазоне от 50 бит/с
до 64 кбит/с и выше. Для высококачественной видеопередачи требу-
ется большой диапазон частот, позволяющий передавать приблизи-
тельно от 8 кбит/с до 8 Мбит/с - в зависимости от требуемого качест-
ва, технологии кодирования и имеющейся в распоряжении полосы.

Настоящие и будущие видеоприложения будут использовать
ТфОП и сеть ПД общего пользования (ПДОП) и станут дополнитель-
ными услугами в этих сетях. Это становится возможным только бла-
годаря быстрому развитию технологий кодирования и изменению
среды передачи. Если раньше в качестве направляющих систем ис-
пользовались только симметричные и коаксиальные кабели, то те-
перь широко используются и радиосвязь, и передача с использовани-
ем спутниковых каналов, и оптическое волокно. На рис. 3.6 показано
Речь

Видео

| Телефония-]

| Радиовещание |

|Видеоконференции]

ТВ и ТВ высоко-
го качества

Видео

Данные

| Связь между локальными сетями/связь между УАТС |

I	~~Г~

| Факс |

Битовая

| САПР

| । Графика

10-103	100-Ю3	1-106

10-106	100-106

—। скорость,
1—I	бит/с

Рис. 3.5. Требования служб к скорости передачи

соответствие полосы пропускания возможной битовой скорости пере-
дачи для различных направляющих устройств, используемых в ТС.
Раньше не было сетей с полосой менее 64 кбит/с, пригодных для пе-
редачи видео. Для ТфОП и ПДОП скорость 8-16 кбит/с отвечает тре-
бованиям самой простой видеотелефонной службы. Видеоконферен-
ция, очень быстро развивающаяся служба, требует диапазон частот,
позволяющий передавать 64-2048 кбит/с, и общую полосу частот,
соответствующую 384 кбит/с. Видеослужбы могут также объединяться
со службами ПД. В качестве терминалов используются ПК и рабочие
станции с технологией Windows. Обобщение используемых способов
передачи в современных телекоммуникационных сетях показано на
рис. 3.7.

Медный кабель Л. /\у	_

Радио JT ''Ху
Оптоволокно Л.

10-Ю3 100-103	1-106	10-106 100-Ю6	1-Ю9	10-Ю9 бит/с

Рис. 3.6. Скорость для различных видов среды передачи
Цифровая форма Аналоговая форма

Аналоговая форма Цифровая форма

представления
информации

представления
информации

представления
информации
1001101

п редставления
информации
1001101

Рис. 3.7. Способы передачи в современных телекоммуникационных сетях

Задержки информации и битовые ошибки наиболее важны для
синхронных служб. Понятие синхронная служба означает, что пере-
дающее и приемное оборудование должно работать синхронно и
синфазно. Задержки могут допускаться до определенной степени
(сравните с телефонными соединениями через спутники земли), но
должны быть очень незначительными - не более нескольких милли-
секунд. Это же относится и к безошибочной передаче - может допус-
каться небольшое число ошибочных битов при передаче без значи-
тельного снижения качества. С точки зрения изменения задержки
особые требования к сетям предъявляет видеопередача. В общем
случае передача подвижных изображений - это синхронная служба,
чувствительная к изменениям задержек при передаче. Если передача
вызывает изменения, не воспринимающиеся зрительно, эти измене-
ния должны компенсироваться приемником. Допустимые ограничения
зависят от требуемого качества изображения. Высококачественная
видеопередача с качественным изображением соответствует по каче-
ству или лучше, чем сегодняшнее ТВ-вещание, обычно допускающее
изменение задержек на несколько миллисекунд.
Передача данных и неподвижных изображений не требует синхро-
низации между передатчиком и приемником, допустимы задержки
различной величины, что позволяет использовать (или даже требует
использования) системы с очередью. Передача данных очень чувст-
вительна к битовым ошибкам (единица становится нулем или наобо-
рот). Для того чтобы полученная информация совпадала с передан-
ной, битовые ошибки должны быть обнаружены и направлены сетью
или терминалом. Характерной чертой передачи данных и неподвиж-
ных изображений является то, что поток информации посылается па-
кетами. Это означает, что большое количество информации пересы-
лается за короткий промежуток времени, следуемый за перерывом.
Уровень качества для ПД выражается отношением ошибочных битов
к общему числу переданных. Обычное требование - число ошибоч-
ных битов не должно превышать 10’7, т. е. коэффициент ошибок (Bit
Error Ratio, BER) должен быть менее 10"7. Для передачи информации
в ячейках BER не должен превышать 10-9.

Прозрачность передачи. Основной задачей телеслужб является
попытка активизировать и расширить, насколько это возможно, обще-
ние человека с человеком. В связи с этим пользователи требуют от
ТС прозрачности передачи. Если два человека в одной и той же ком-
нате общаются друг с другом, то тогда прозрачность полная. Это про-
исходит не только потому, что они видят и слышат друг друга, но и
потому, что они используют мимику, жесты и другие визуальные
средства, т. е. они могут свободно общаться. Ситуацию можно срав-
нить с «открытой трубой», через которую проходит информация меж-
ду двумя участниками (рис. 3.8). Применяя это сравнение к телеком-
муникации, мы хотим держать эту «трубу» максимально открытой,
однако пропускная способность сети ограничена, т. е. телекоммуни-
кационная сеть является узким проходом, который мы постоянно
стремимся расширить.
Сейчас телекоммуникационная индустрия работает в нескольких
ключевых направлениях улучшения доступности и прозрачности. Эти
направления следующие:

1.	Мобильность терминала (радиодоступ).

2.	Персональная и терминальная мобильность (как фиксирован-
ный, так и мобильный доступ).

3.	Требования к полосе пропускания (улучшение прозрачности,
увеличение гибкости).

4.	Мультимедиа (улучшение прозрачности).

5.	Усовершенствование пользовательских интерфейсов (улучше-
ние дружественности к пользователю).

6.	Увеличение количества служб повышенной стоимости (службы
сообщений, информационные и вещательные службы).

7.	Конфиденциальность информации.

Основываясь на этом, можно провести параллели с тремя важ-
ными направлениями развития самих ТС: быстрое развитие сото-
вых сетей, для мобильных терминалов, развитие широкополосных
сетей (позиции 3, 4, 5 и 6); развитие интеллектуальности сетей (по-
зиции 2, 6 и 7).

Чем универсальнее становятся оконечные устройства, тем слож-
нее учесть присущие индивидуальным службам свойства. Должны
быть определены всеобщие, не зависящие от применения, протоколы
и службы, а также созданы устройства сопряжения служб для обеспе-
чения их совместимости. Согласование протоколов и сопряжение
устройств обработки и хранения информации позволит реализовать
открытые системы связи с всеобщим доступом и организовать вирту-
альные частные сети внутри единой интегральной сети связи.

Все эти вопросы решаются посредством стандартизации телеком-
муникаций.

3.6.	Соглашение об уровне обслуживания

Соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreements,
SLA) становятся все более популярными. В условиях обострения кон-
куренции на рынке телекоммуникационных услуг они являются мощ-
ным средством для привлечения и удержания клиентов, поскольку,
как показывают опросы пользователей, возможность заключения та-
кого соглашения является одним из важнейших факторов при выборе
поставщика услуг.

Кратко, суть SLA состоит в том, что в договоре между поставщиком
услуг и клиентом устанавливаются определенные требования к каче-
ству обслуживания (Quality of Service, QoS), выполнение которых га-
рантируется поставщиком. При этом, если эти гарантии не выдержи-
ваются, к поставщику услуг применяются штрафные санкции. С дру-
гой стороны, давая гарантии качества, поставщик получает возмож-
ность повысить цены на свои услуги [4].

Документы международных организаций и определения. Со-
глашения об уровне обслуживания рассматриваются в ряде докумен-
тов международных организаций:

МСЭ-Т - рекомендации Е.860 «Framework of a Service Level Agree-
ment», 2002 г. и Е.801 «Framework for Service Quality Agreement», 1996 r.;

ETSI - руководство EG 202 009-3 «User Group; Quality of telecom
services; Part 3: Template for Service Level Agreements (SLA)», 2002 r.;

Frame Relay Forum - FRF. 13 «Service Level Definitions Implementa-
tion Agreement», 1998 r.;

TeleManagement Forum (TMF) - GB917 «SLA Management Hand-
book», 2001 r.

Первой из этого списка появилась Рекомендация МСЭ-Т Е.801.
В ней было введено понятие «соглашение о качестве обслужива-
ния» (Service Quality Agreement, SQA), определяемое как двух- или
многостороннее соглашение между взаимосвязанными оператора-
ми и/или поставщиками услуг о введении формализованной про-
граммы мониторинга, измерений и установления нормативов,
предназначенной для удовлетворения конечных пользователей и
других потребителей.

Frame Relay Forum в своей Спецификации FRF.13 установил па-
раметры качества услуг ретрансляции кадров, указав, что эти пара-
метры могут использоваться в SLA. Это было первое упоминание SLA
в официальном международном документе. Затем появились Спра-
вочник TMF GB917 и Рекомендация МСЭ-Т Е.860, которые были спе-
циально посвящены SLA. В них оно трактуется как формальное со-
глашение между двумя (или более) участниками (поставщиком и за-
казчиком услуг), охватывающие характеристики обслуживания, ответ-
ственность и приоритеты каждой стороны.

Близкое по смыслу, но несколько более четкое определение было
дано в Проекте CADENUS (IST-1999-11017, Deliverable 1.1, 2001 г.),
разрабатывавшимся в рамках программы Евросоюза 1ST («Техноло-
гии информационного общества»). В соответствии с ним SLA - это
комбинация технических и нетехнических параметров, согласованных
между заказчиком и поставщиком при купле-продаже услуги и отно-
сящихся к качеству обслуживания.

В Рекомендации Е.860 появилось и новое понимание соглашения
о качестве обслуживания (SQA, другое название QoS Agreement): те-
перь оно рассматривается как часть SLA, относящаяся к качеству об-
служивания.

Рекомендация Е.860 дала также новое определение качества об-
служивания (QoS), учитывающее фактор SLA. Ранее в Рекомендации
Е.800 «Термины и определения, относящиеся к качеству обслужива-
ния и функционирования сети, включая надежность» (1996 г.) оно оп-
ределялось как общий эффект характеристик обслуживания, опреде-
ляющий степень удовлетворения пользователя обслуживанием.

Однако «степень удовлетворения пользователя» - понятие до-
вольно неточное и туманное. Поэтому в Рекомендации Е.860 это оп-
ределение уточняется и конкретизируется: QoS - это степень соот-
ветствия обслуживания, предоставленного пользователю поставщи-
ком, соглашению между ними. Это придает еще большую важность
соглашениям между пользователями и поставщиками услуг, т.е. SLA.

Существует еще одно близкое понятие, применяемое в модели
дифференцированных услуг (Differentiated Services, DiffServ), IETF -
спецификация уровня обслуживания (Service Level Specification, SLS).
Это набор параметров и их значений, совместно определяющих об-
служивание, предоставляемое потоку трафика в домене DiffServ. При
использовании для обеспечения QoS модели DiffServ, SLS может
быть частью SLA.

Политика поставщика услуг в отношении SLA. Ниже перечис-
лены основные варианты политики поставщика услуг в отношении
предоставления SLA своим клиентам. Выбор одного из них определя-
ется как его техническими возможностями, так и рыночной конъюнк-
турой. При предоставлении различных услуг один и тот же оператор
связи может придерживаться разных вариантов в отношении предос-
тавления SLA:

-	не применять вовсе;

-	заключать соглашение индивидуально по требованию клиента.

В этом случае SLA заключаются, как правило, только с наибо-
лее крупными и выгодными клиентами, проявившими настойчи-
вость. Условия таких соглашений обычно являются конфиден-
циальными;

-	заключать по требованию клиента типовое соглашение. Условия
такого соглашения обычно являются общедоступными (все более
распространенной становится практика, когда они представлены
на Интернет-сайте компании);

-	заключать типовое соглашение со всеми клиентами. В этом случае
SLA является неотъемлемой частью типового договора на оказа-
ние услуг. Недостаток этого подхода состоит в том, что все клиен-
ты, даже те, которые не предъявляют высоких требований к QoS,
вынуждены платить за услуги более высокую цену, включающую
в себя затраты на обеспечение QoS и поддержку SLA;

-	предлагать варианты типовых соглашений, различающиеся уров-
нями QoS и тарифами. Обычно предлагаются два (стандартный
и улучшенный) или три (золотой, серебряный, бронзовый) уровня.
Последний подход, дающий пользователям наибольшие возмож-
ности выбора, является для них самым предпочтительным. Он соот-
ветствует рекомендациям проекта Европейского института исследо-
ваний и стратегического изучения телекоммуникаций (EURESCOM)
Р906 QUASIMODO. Однако это не исключает возможности заключе-
ния в отдельных случаях индивидуальных SLA с крупными клиентами,
которые требуют особых условий и готовы за них платить.

3.7.	Единая ответственность перед конечным

пользователем

Помимо взаимоотношений с клиентами важную роль могут играть
и взаимоотношения между поставщиками услуг, участвующими в
предоставлении услуги из конца в конец. Обеспечение качества об-
служивания в ситуации нескольких поставщиков становится особенно
сложным. Помочь решить эту проблему может так называемая еди-
ная ответственность (one-stop responsibility) перед конечным пользо-
вателем. Впервые это понятие было введено в проекте EURESCOM
Р806 «Общие принципы качества обслуживания и функционирования
сети в условиях множественности поставщиков» (1999 г.). Затем оно
вошло и в Рекомендацию МСЭ-Т Е.860.

В соответствии с принципом единой ответственности первичный
поставщик услуг, непосредственно взаимодействующий с конечным
пользователем, заключает с ним SLA, принимая на себя всю ответст-
венность за обслуживание из конца в конец. Первичный поставщик
в свою очередь заключает SLA с другими поставщиками услуг, с кото-
рыми он взаимодействует в процессе обслуживания, выступая по от-
ношению к ним в роли пользователя. Те могут подобным же образом
пользоваться услугами других поставщиков и т. д. (рис. 3.9). Кстати
говоря, уже упоминавшаяся Рекомендация МСЭ-Т Е.801 как раз и бы-
ла направлена на регулирование отношений между поставщиками
услуг с целью обеспечения качества из конца в конец.

Рис. 3.9. Применение принципа единой ответственности
Конечно, указанный принцип гораздо легче описать на бумаге, чем
реализовать на практике. Тем не менее, это наиболее эффективный и
цивилизованный путь к обеспечению QoS в ситуации нескольких по-
ставщиков. Распространению принципа единой ответственности бу-
дут способствовать такие факторы, как рост требований клиентов,
увеличение числа поставщиков услуг, поддерживающих SLA, между-
народная стандартизация в области QoS и SLA.

Характер и структура SLA. Используемые на практике SLA весь-
ма разнообразны и непостоянны. Как писала по этому поводу амери-
канский эксперт Элизабет Кларк, «SLA напоминают снежинки: никакие
две из них не похожи друг на друга, и к тому же они чувствительны
к быстрой перемене погоды». Какие же факторы определяют харак-
тер SLA? Основными из них являются:

-	вид предоставляемых услуг;

-	техническая база, имеющаяся у поставщика услуг;

-	требования пользователей; поведение партнеров;

-	поведение конкурентов.

Обобщая рекомендации нормативных документов и практический
опыт, можно предложить следующий примерный состав SLA:

-	описание предоставляемой услуги;

-	показатели качества и нормативы для них;

-	методы и средства контроля;

-	процедуры подачи и обработки претензий пользователя;

-	штрафные санкции;

-	ограничения ответственности поставщика услуг;

-	отчетность;

-	процедуры внесения изменений;

-	дополнительные условия (конфиденциальность, ответственность
за ее соблюдение и т. п.).

Выбор показателей качества обслуживания и нормативов для
них. Центральное место в SLA занимают показатели качества обслу-
живания и нормативы для них, часто называемые нормативами уров-
ня обслуживания (Service Level Objectives, SLO). Под последними
имеются в виду граничные значения показателей качества, согласо-
ванные между поставщиком и потребителем услуг, определяющие
уровень обслуживания, который будет обеспечиваться в рамках SLA.

Показатели качества обслуживания, включаемые в SLA, делятся
на две категории:

-	специальные - зависящие от услуг и/или технологий;

-	общие - не зависящие от услуг и/или технологий.

Специальными являются показатели качества, установленные для
соответствующего вида услуг и/или сетей в рекомендациях МСЭ-Т и
документах других международных организаций. Например, при
аренде цифровых каналов это рекомендации МСЭ-Т серии G.82x, для
ATM - Рекомендация МСЭ-Т 1.356 и Спецификация ATM Форума
Af-tm-0056.000, для Frame Relay - рекомендации МСЭ-Т Х.144-Х.146
и Спецификация Frame Relay Форума FRF.13, для IP-рекомендации
МСЗ-Т Y.1540 и Y.1541.

В качестве общих показателей обычно используются показатели
надежности (готовности и ремонтопригодности), причем в SLA чаще
всего применяются показатели готовности. Это не случайно, посколь-
ку в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т Е.800 надежность являет-
ся важнейшим фактором, влияющим на качество обслуживания, а
центральное место в концепции надежности занимает готовность
(availability). Это соответствует и положениям ГОСТ 27.003-90 «На-
дежность в технике. Состав и общие правила задания требований по
надежности», согласно которому коэффициент готовности является
основным показателем надежности для восстанавливаемых объектов
непрерывного действия, выходной эффект от применения которых
пропорционален суммарной продолжительности пребывания в рабо-
тоспособном состоянии (что, конечно, не исключает возможность
применения при необходимости и других показателей). Именно таки-
ми объектами и являются, как правило, средства связи.

Важность готовности прекрасно понимают и пользователи. Как по-
казал проведенный компанией ZONE Research опрос, подавляющее
большинство пользователей (63%) на вопрос о желаемых изменениях
в действующих SLA ответили, что хотели бы повысить гарантируемую
готовность.

Способы задания готовности, которые могут использоваться в
SLA, представлены в табл. 3.1. Коэффициент готовности наиболее
привычен для инженеров, он удобен для расчетов, сравнения и рек-
ламы (готовность «три девятки»). Однако подобное задание готовно-
сти в SLA порождает проблему проверки. Как в процессе эксплуата-
ции установить выполняется ли заданное требование или нет? Какое
для этого нужно время? При задании суммарного времени простоя за
некоторый период времени (месяц, квартал, год) сразу становится
ясно, каким должен быть период оценки и правило принятия решения.

Таблица 3.1. Способы задания готовности

Показатель	Формулы пересчета	Пример задания
Коэффициент готовности (Кг)	Кг=1-Кп=^Ц>	0,999 или 99,9%
Коэффициент простоя (/<п)	Кп=1-КГ=-^	0,001 или 0,1%
Среднее суммарное время простоя (fn ) за заданный интервал времени (7)	^ = КпТ = (1-Кг)Г	8,76 ч за год
Именно, если по истечению обусловленного интервала времени сум-
марное время простоя не превышает норматива, то требование вы-
полнено, если превышает - нарушено.

Гарантия обычно не распространяется на запланированные про-
стои, во время которых проводятся измерения, переключения и т.п.
Кстати говоря, при определении коэффициента готовности (см. ГОСТ
27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и оп-
ределения») с этой целью специально упомянуты планируемые пе-
риоды, в течение которых применение объекта по назначению не
предусматривается. Это важное обстоятельство, которое следует
иметь в виду при составлении SLA и оговаривать в нем.

(Помимо суммарного времени простоя, характеризующего готов-
ность, клиенту часто важно ограничить и продолжительность каждо-
го отдельного простоя. С этой целью может задаваться гарантиро-
ванное время восстановления, при превышении которого также
применяются штрафные санкции. В SLA должно быть оговорено
также, действует ли гарантия на время восстановления 24 часа в
сутки, 7 дней в неделю и 365 дней в году, или же относится только
к рабочим дням и часам.

Иногда для ограничения длительности простоев предлагается ис-
пользовать среднее время восстановления, однако этот показатель
имеет серьезный недостаток, присущий многим средним характери-
стикам; длительный простой может быть скомпенсирован большим
числом коротких. Более того, нормирование среднего времени вос-
становления может спровоцировать оператора на то, чтобы специ-
ально устроить несколько коротких перерывов для подобной компен-
сации уже происшедшего длительного простоя.

Примерный алгоритм выбора численных значений нормативов
уровня обслуживания для включения в SLA дан на рис. 3.10. Ниже
приводятся пояснения и комментарии к нему.

Начинается процедура с предварительного выбора значений нор-
мативов, который осуществляется на основании анализа норматив-
ных документов, пожеланий пользователей и SLA конкурентов. Дей-
ствительно, если существуют нормативные документы, устанавли-
вающие обязательные количественные требования к тем или иным
показателям качества, то нормативы в SLA должны быть не хуже, чем
предусмотрено в этих документах. Конечно, должны быть учтены и
пожелания пользователей, особенно если SLA заключается индиви-
дуально с конкретным пользователем. Наконец, любой поставщик
услуг стремится к тому, чтобы предложить уровень качества не ниже,
чем у его основных конкурентов.

С другой стороны, необходимо проанализировать, какой уровень
качества реально может быть обеспечен в сети. Для этого следует
организовать мониторинг функционирования сети, позволяющий осу-
Рис. 3.10. Примерный алгоритм выбора нормативов уровня обслуживания

ществлять сбор статистических данных о ее работе, на основе кото-
рых проводится оценка характеристик качества.

Далее, исходя из предварительно выбранных значений нормати-
вов и оцененных характеристик качества, производится оценка часто-
ты нарушений SLA и финансовых потерь от применения штрафных
санкций, являющихся следствием этих нарушений. Разумеется, этот
этап требует соответствующих математических моделей и расчетных
методик. Если оцененные потери оказываются приемлемыми, то вся
процедура успешно завершается принятием выбранных нормативов.

В противном случае, т. е. если потери оказываются чрезмерно
большими, требуется или ослабление нормативов, или повышение
качества в сети. В случае, когда при предварительном выборе норма-
тивов был заложен некоторый запас по отношению к их предельному
уровню (определяющемуся, например, требованиями нормативных
документов), можно попытаться снизить требования, после чего по-
вторить оценку потерь. Если снизить требования нельзя, необходимо
провести мероприятия по повышению качества в сети, после чего
вновь оценить характеристики качества и провести оценку потерь.

Строго говоря, для этого требуется вновь осуществлять сбор ста-
тистических данных о работе сети, что может потребовать много вре-
мени (особенно для оценки надежности). Поэтому возможен упро-
щенный подход, когда новые характеристики качества оцениваются
теоретически. Если же ни ослабление нормативов, ни дальнейшее
повышение качества в сети невозможны, возникает тупиковая ситуа-
ция, свидетельствующая о неразрешимости в сложившейся ситуации
поставленной задачи.

Описанная выше процедура может потребовать нескольких итераций.

Штрафные санкции. Возможные примеры штрафных санкций за
нарушения SLA содержатся в Руководстве ETSI EG 202 009-3. Одна-
ко, наверное, более полезно будет привести реальные примеры из
практики ведущих мировых операторов связи. Учитывая, что основ-
ные общие показатели, включаемые в SLA, относятся к надежности,
здесь рассмотрены штрафные санкции за простои, применяемые в
случае возникновения перерывов в обслуживании. Как правило, они
носят форму кредитов, т.е. при возникновении в некотором месяце
простоев, влекущих применение санкций, при оплате за следующий
месяц предоставляется скидка.

Следует обратить внимание, что при предоставлении услуги арен-
ды канала в Рекомендации МСЭ-Т D.1 предусмотрена компенсация
в случае простоя арендованного канала. С ней не следует путать
штрафные санкции за простои в соответствии с SLA.

Рекомендации D.1 устанавливает, что в случае простоя арендо-
ванного канала, за который заказчик не несет ответственность, ему
обычно предоставляется компенсация, если длительность простоя
составила не менее:

-	180 последовательных минут для континентального канала;

-	60 последовательных минут для межконтинентального канала.

За каждый час начального периода простоя, упомянутого выше, и
за каждый последующий часовой период или промежуток времени не
менее 30 минут размер компенсации должен равняться 1/24 дневной
арендной платы.

Короче говоря, указанная компенсация состоит в том, что аренд-
ная плата за время достаточно длительного простоя не берется. Ус-
ловия же SLA предусматривают не только то, что не взимается опла-
та за не предоставленные услуги, но и штраф за то, что клиент был
лишен возможности этими услугами пользоваться. Поэтому, как вид-
но из приведенных ниже примеров, штрафные санкции обычно гораз-
до больше, чем просто арендная плата за время простоя.

С другой стороны, некоторые пользователи высказывают желания
возложить на поставщика услуг обязанность компенсировать все свои
потери, обусловленные нарушениями в работе средств связи, в том
числе и упущенную выгоду. Размеры подобных потерь могут быть
весьма велики (до нескольких миллионов долларов в час), их трудно
оценить. Принятие поставщиком услуг на себя такой ответственности
требует страхования рисков и ведет, как правило, к существенному
увеличению цены услуги. Поэтому данное условие может включаться
в SLA только в исключительных случаях в индивидуальном порядке.
Таблица 3.2. Кредиты, предоставляемые Cable&Wireless

Продолжительность простоя	Кредит
Менее 10 мин	Нет
От 10 до 180 мин	Оплата за 1 день
Свыше 180 мин	Оплата за 3 дня

Вообще, предусматриваемые в SLA штрафные санкции должны
быть, с одной стороны, достаточно велики, чтобы заставить постав-
щика услуг действительно заботиться о выполнении взятых на себя
обязательств (и именно в этом их основной смысл), а с другой сторо-
ны, не столь велики, чтобы сделать цены на услуги неприемлемыми
для пользователей. Кстати, опросы пользователей показали, что для
большинства из них гораздо важнее гарантии обслуживания, чем фи-
нансовые санкции.

Пример 1. Кредиты на обслуживание, предоставляемые СаЫе&
Wireless пользователям при возникновении простоев. Британская
компания Cable&Wireless гарантирует в SLA 100%-ю готовность. Ко-
нечно, реально абсолютная надежность недостижима, и это значение
является скорее рекламной, чем технической характеристикой. При
этом естественно считать, что любой простой (кроме оговоренных
исключений) является нарушением SLA, поэтому санкции предусмат-
риваются за каждый простой. Их размеры указаны в табл. 3.2.

Таким образом, реально учитываются только простои длительно-
стью от 10 мин. Кроме того, имеется еще ряд ограничений.

Если в течение 24 ч с момента получения от пользователя сооб-
щения об отказе происходит новый отказ, кредит за него не предос-
тавляется.

Общий кредит в течение года не может превышать оплату за 30 дней.

Не даются кредиты на простои:

-	из-за отказов оборудования, находящегося у пользователя;

-	из-за отказов каналов, арендуемых для доступа к услугам C&W
у других операторов;

-	связанные с установкой и вводом в действие услуг;

-	из-за тестирования или других операций, проводимых по требова-
нию пользователей;

-	частичные;

-	из-за технического обслуживания и являющиеся частью плановых
перерывов;

-	возникшие вследствие действия непреодолимой силы (форс-мажор).

Пример 2. Кредиты на обслуживание, предоставляемые AT&T
пользователям при возникновении простоев. Именно компания AT&T
(США) первая стала применять SLA. С начала 90-х годов она стала
предлагать их своим клиентам при аренде цифровых каналов. Ориги-
нальным элементом системы штрафных санкций, предусмотренных
Таблица 3.3. Эскалация величины кредита в AT&T

Число последовательных месяцев с нарушениями	Процент скидки с месячной оплаты
1		5	
2	10
3	25
4	50
5 и более	100

в SLA компании AT&T, является так называемая эскалация величины
кредита. Суть ее состоит в том, что при наличии нарушений в течение
нескольких месяцев подряд величина штрафа увеличивается. Разме-
ры соответствующих скидок указаны в табл. 3.3. Также как и другие
операторы, AT&T ограничивает свою ответственность и указывает 7
причин отказов, не учитываемых при начислении скидок.

Управление уровнем обслуживания и контроль выполнения.
Заключая со своими клиентами SLA, поставщик услуг должен иметь
возможность следить за всеми предусмотренными в них параметрами
и осуществлять процедуры управления сетью, направленные на
обеспечение QoS и выполнение SLA. Все это называется управление
уровнем обслуживания (Service Level Management, SLM). Определяя
точнее, SLM - это процесс, обеспечивающий предоставление услуг,
постоянно удовлетворяющих требованиям клиентов.

В настоящее время системы SLM достаточно широко представле-
ны на рынке. Их предлагают и фирмы-производители телекоммуника-
ционного оборудования (Alcatel, Cisco Systems, ECI, Juniper, Lucent
Technologies и др.) для решения задач SLM в сетях, построенных на
основе их оборудования, и компьютерные фирмы (Hewlett-Packard,
IBM и др.), и фирмы, специализирующиеся в области тестового и из-
мерительного оборудования (Acterna, Agilent Technologies и др.).

Эти средства позволяют осуществлять контроль выполнения SLA
со стороны поставщика услуг. Однако пользователи со своей стороны
также хотят иметь возможность такого контроля. Какие же для этого
есть возможности?

Во-первых, клиент может установить у себя соответствующую сис-
тему мониторинга. Хотя она может быть существенно проще, чем
полноценная операторская система SLM, все же стоимость и слож-
ность установки и обслуживания такой системы превосходят возмож-
ности подавляющего большинства пользователей. Кроме того, при
этом возникает проблема, что делать в случаях расхождения данных
у клиента и оператора.

Во-вторых, поставщики услуг нередко предоставляют клиентам
доступ к своей системе мониторинга. Для этого может использоваться
устанавливаемое у пользователя специальное клиентское приложе-
ние, которое гораздо проще и дешевле полноценной системы мони-
торинга. Пользователи могут получать доступ к данным мониторинга
через Интернет.

При этом данные по сети в целом являются общедоступными, а
относящиеся к конкретному клиенту, предоставляются только ему,
для чего защищены паролем. Слабое место данного подхода - воз-
можное недоверие клиента к предоставленной информации. Действи-
тельно, хозяином системы мониторинга является оператор, и в слу-
чаях нарушения SLA у него есть возможность скрыть соответствую-
щие данные, чтобы избежать применения штрафных санкций.

Наконец, возможно применение клиентами аутсорсинга, когда
функции контроля передаются ими специализированной компании,
т.е. независимой третьей стороне. Услуги такой компании могут быть
дешевле, чем создание и эксплуатация собственной системы монито-
ринга. Кроме того, это облегчает решение проблем недоверия и рас-
хождения данных между клиентом и поставщиком услуг. Такой подход
начинает применяться в развитых странах, но широкого распростра-
нения он пока не получил.

Таким образом, можно сказать, что контроль выполнения является
слабым местом в применении SLA. Однако даже в этих условиях
пользователям имеет смысл стремиться к заключению SLA, посколь-
ку сам факт его наличия оказывает на поставщика услуг определен-
ное дисциплинирующее воздействие.

В заключение приведем данные исследования Open Group запад-
ных компаний, тем или иным способом, использующих или намере-
вающихся использовать SLA (рис. 3.11).

Как показал опрос, SLA действительно могут реально способство-
вать решению важных бизнес-задач. SLA настолько важны, что боль-
шинство респондентов согласны подписаться на некоторые виды об-
служивания только в том случае, если для них предусмотрены SLA.
Они же заявили, что соглашения об уровне обслуживания помогают
им более эффективно конкурировать на рынке. Если разворачивание
новой сетевой службы стоит затрат, то стоит затрат и знание того,
будет ли способствовать эта служба достижению тех целей, для ко-
торых она разворачивается. Собственно говоря, большинство участ-
вовавших в опросе компаний заключили SLA на большой перечень
служб, от низкоуровнего транспорта, до высокоуровневых систем, та-
ких, как видеоконференцсвязь.

И несмотря на простоту или сложность предлагаемых служб, SLA
помогут максимально удовлетворить требования клиентов (или ко-
нечных пользователей), а также окажут содействие повышению кон-
курентоспособности, предоставляя точную информацию, куда пошли
деньги оператора, и получает ли оператор то, за что заплатил эти
деньги.
Как соглашения SLA способствуют достижению бизнес-целей?

Контрольные вопросы

1.	Что понимается под телекоммуникационной службой?

2.	Что подразумевается под термином «дополнительная услуга»?

3.	Можно ли рассматривать интеллектуальную сеть как некую самостоятель-
ную, автономную сеть?

4.	Классификация телеслужб.

5.	Перечислите параметры служб, отражающие потребности пользователей.

6.	Дайте характеристику требований к сети и ее оборудованию.

7.	Каковы основополагающие принципы классификации услуг?

8.	В чем состоит сущность понятия «соглашение об уровне обслуживания»
(SLA)?

9.	Каким образом SLA способствует достижению бизнес-целей?
Глава 4. Информация, сообщение, сигнал

4.1. Основные понятия и определения

Развитие человеческой цивилизации это непрерывное и динамич-
ное развитие средств общения от личного до общественного, от при-
митивных с помощью жестов, мимики, наскальных рисунков, звуков
и света (дыма), «ямской гоньбы» и оптических семафоров до созда-
ния глобальных телекоммуникационных сетей, обеспечивающих пере-
дачу, прием, обработку, распределение и хранение различной ин-
формации. Под информацией понимается совокупность сведений о
событиях, явлениях, процессах, понятиях и фактах, предметах и ли-
цах независимо от формы представления.

Формой представления информации является сообщение, служа-
щее для передачи ее от источника к получателю. Применительно к
сфере телекоммуникаций сообщение - это информация, передавае-
мая с помощью электромагнитных сигналов средствами электросвя-
зи. Примеры сообщений: текст телеграммы, речь музыка, картинка,
чертеж, телевизионное изображение, данные с выхода вычислитель-
ных машин, команды в системах телеуправления и телеконтроля и др.

Материальным носителем или физическим процессом является
сигнал, отражающий (несущий) передаваемое сообщение.

Итак, в сообщениях заложена информация. Поэтому естественно
возникает задача оценить информативность этих сообщений, т. е.
количество информации, заложенное в них. В повседневной жизни
можно оценить информативность сообщений по многим показателям:
важности, ценности, полезности, целесообразности и даже эмоцио-
нальности. Но все эти критерии субъективны, основаны на интуитив-
ной оценке смыслового содержания сообщений. При всем многообра-
зии информации трудно, а порой и невозможно выделить какую-то
универсальную смысловую оценку.

В технике связи определение количества информации в сообще-
нии основано на статистической теории информации. В ее основе ле-
жит вероятностный подход, учитывающий степень неожиданности
(новизны) сообщения. Что это значит? Предположим, произошло ка-
кое-то явление или событие. Чем оно более редкое, тем сообщение
о нем для нас неожиданнее, информативнее и интереснее. Наоборот,
те сообщения, которые для нас оказываются обыденными, привыч-
ными, интереса не представляют и оказываются малоинформатив-
ными. Например, сообщение о том, что зимой солнце восходит позже,
чем летом, для нас никакой информации не несет. Естественно, что
подобные сообщения нет смысла передавать. Но если сообщили,
что студенческая стипендия будет равна зарплате президента Рос-
сии, то в силу большой неожиданности это сообщение будет содер-
жать очень большое количество информации (и довольно приятной).
Вероятность появления такого сообщения чрезвычайно мала (стре-
мится к нулю).

Количество информации в отдельно взятом сообщении определя-
ется величиной, обратной вероятности сообщения, вычисленной в
логарифмических единицах:

Ла) = log*—?-- = -log* р(а),
р{а)

где р(а) - вероятность сообщения а, к - основание логарифма. При
р(а) = 1 количество информации равно нулю, т. е. сообщение об из-
вестном событии никакой информации не несет.

Количество информации, содержащееся в нескольких независи-
мых сообщениях, равно сумме количества информации в каждом из
них. Это соответствует и интуитивным представлениям об увеличе-
нии информации при получении дополнительных сообщений.

Как выбирается основание логарифма? Оно может быть любым.
Но в теории и технике связи наиболее употребительным является
основание два, так как по каналам связи чаще всего передаются так
называемые двоичные сообщения, у которых элементы могут иметь
одно из двух значений: 0 или 1, а также 1 или -1. Кроме того, двоич-
ная система счисления используется в электронно-вычислительных
машинах.

Если принять основание логарифма, равным двум, тогда количе-
ство информации, содержащейся в сообщении, выражается в двоич-
ных единицах:

J(a) = -log2p(a).

Двоичную единицу обычно называют битом - от binary digit (двоич-
ная цифра).

Совокупность всех возможных сообщений и вероятностей их появ-
ления образует ансамбль сообщений. Если ансамбль состоит всего из
двух сообщений а! и а2 (например, вида «да» и «нет» или 0 и 1), кото-
рые являются независимыми и равновероятными, т. е. р(а,) = р(а2) =
= 1/2, то каждое из сообщений несет одну двоичную единицу (один
бит) информации:

J = -log2 р(а,) = —log2 р(а2) = -1од2 (1/2) = 1 бит.

Определим количество информации в слове из п букв, если алфа-
вит состоит из m букв (32 в русском алфавите) и вероятности букв оди-
наковы, а сами буквы следуют независимо друг от друга. Количество
информации при передаче одной буквы J(a,)=-log2p(a,). Так как
мы приняли вероятности появления букв одинаковыми, то р(а,) = 1/т
и количество информации, содержащееся в любой букве, J(a,) =
=-log2 (1/m) = log2 (т).

Буквы следуют независимо, поэтому количество информации в
слове из п букв:

Лл = £j(a,) = nlog2m.

/=1

Например, для слова «студент» (л = 7, т = 32) количество инфор-
мации составит 35 бит.

Часто возникает потребность оценивать информационные свойст-
ва источника сообщений в целом. Такой характеристикой является
среднее количество информации, приходящееся на одно сообщение -
энтропия источника сообщений.

Выше рассмотрен пример, когда появление разных букв было рав-
новероятным. Реальные сообщения имеют алфавиты с более слож-
ной вероятностной структурой. Возьмем, например, алфавит русского
языка. Оказывается, его буквы встречаются в тексте неодинаково
часто - имеют различную вероятность появления. Например, буквы О
и Е появляются в тексте гораздо чаще, чем буквы Ц и Щ.

Реальные сообщения имеют еще одну особенность. Их элементы
не только разновероятны, но еще и связаны друг с другом опреде-
ленными закономерностями. Например, в любом осмысленном тексте
появление гласной буквы влечет за собой со значительной вероятно-
стью появление согласной, т. е. менее вероятны двухбуквенные соче-
тания гласных или согласных. А их трехбуквенные сочетания встре-
чаются еще реже. (Напомню, что сочетание еее встречается только в
одном слове русского языка. Каком?)

Указанные закономерности вызваны особенностями структуры
языка, они существуют незримо, мы их просто в силу привычки не
ощущаем. Но эти закономерности объективно существуют, и их оце-
нивают статистическими (вероятностными) связями. В общем случае
они довольно сложны, и мы не будем останавливаться на их количе-
ственной оценке.

Отметим только, что наличие статистических связей между эле-
ментами сообщений уменьшает их информативность, энтропию.

Наличие таких структурных свойств сообщений, как равновероят-
ность элементов, их статистическая связь, приводит к избыточности
реальных сообщений. Что это значит? То, что фактически в сообще-
ниях «вмещается» меньше информации, чем могло бы быть, если бы
элементы оказались равновероятными и независимыми. Их фактиче-
ская информативность оказывается меньше потенциально возможной.
За счет избыточности в реальных сообщениях много «воды». Это
значит, что необходимые сведения, информацию можно было бы пе-
редать более короткими сообщениями, с меньшим количеством эле-
ментов. Следовательно, избыточность это плохо? Не всегда. Препо-
даватель, выделяя важное место в лекции, иногда повторяет сказан-
ное. Студент, конспектируя лекцию, прибегает к различным, понятным
ему сокращениям слов и даже фраз. И потом без особого труда вос-
станавливает смысл записанного. Без избыточности он не смог бы это
сделать: сокращенная часть информации оказалась бы потерянной.

Прочтите фразу: «Поздр--ляю с наст-п--щим Н-в-м го-ом». Фраза
выглядит не очень привлекательно, но ее смысл понятен только бла-
годаря избыточности русского языка.

С другой стороны, избыточность вредна там, где необходимо пе-
редать информацию с максимальной эффективностью. Например,
передать по каналу связи информацию с наибольшей скоростью,
эффективно используя его пропускную способность. Если не принять
специальных мер по устранению избыточности, то передача инфор-
мации займет слишком много времени из-за нерациональной насы-
щенности ею реальных сообщений.

Оказывается, что избыточность письменной речи в русском языке
близка к 0,5. Это означает, что примерно 50% букв текста не несут
никакой информации, являются «балластом». Еще большая избыточ-
ность наблюдается в английском языке. В то же время в иврите коли-
чество гласных сведено до минимума, что привело к уменьшению из-
быточности.

Есть ли способы борьбы с избыточностью там, где она нежела-
тельна или даже вредна? Есть. Этим занимается специальное на-
правление в теории информации и связи, использующее различные
способы кодирования и преобразования сообщений. Примером может
служить статистическое кодирование, при котором наиболее часто
встречающиеся элементы сообщения кодируются (представляются)
более коротким сигналами. Для передачи же более редких элементов
используются длинные сигналы. Такой принцип реализован в коде
Морзе. Самая частая буква в английском языке - букв Е передается
самым коротким сигналом - точкой. Сравнительно редко появляю-
щаяся буква Q кодируется длинным сочетанием точек и тире.

Суть такого кодирования заключается в следующем. Если по ка-
кой-то причине при передаче «потеряется» буква Е (например, из-за
воздействия помех), то она сравнительно легко интуитивно «восста-
новится»: вследствие высокой частоты ее появления к ней просто
привыкают. Редкую же букву необходимо «защитить» более длинным
сигналом, так как интуитивно ее «восстановить» значительно труднее.

Итак, мы познакомились с такими понятиями как «информация»,
«сообщение», «сигнал». Очевидно, что одной из основных задач,
которую требуется решить, является задача по доставке информа-
ции из одного пункта в другой. Эта задача выполняется с использо-
ванием телекоммуникационных систем - комплекса технических
средств, обеспечивающих электрическую связь (электросвязь) оп-
ределенного типа.

В приведенном определении есть ключевые слова «связь» и
«электросвязь». Что же это такое?

Связь (communication) - обмен информацией или пересылка ин-
формации с помощью средств, функционирующих в соответствии с
согласованными правилами (называемыми в конкретных условиях
протоколами).

Международная конвенция по электросвязи (Найроби, 1982 год)
определила «электросвязь» как «...передачу, получение и прием зна-
ков, сигналов, письменного текста, изображения и звуков или сооб-
щений любого рода по проводной, радио и оптической или другим
электромагнитным системам...».

Обобщенная структурная схема системы электросвязи (телеком-
муникационной системы) приведена на рис. 4.1.

Источник сообщения формирует сообщение а(0, которое с помо-
щью специальных устройств преобразуется в электрический сигнал
s(0. При передаче речи такое преобразование выполняет микрофон,
при передаче изображения - передающая телевизионная трубка, при
передаче телеграммы - передающая часть телеграфного аппарата.

Чтобы передать сигнал в системе электросвязи, нужно воспользо-
ваться каким-либо переносчиком. В качестве переносчика естествен-
но использовать те материальные объекты, которые имеют свойство
перемещаться в пространстве, например, электромагнитное поле в
проводах (проводная связь), в открытом пространстве (радиосвязь),
световой луч (оптическая связь). На рис. 4.2 показано использование
шкалы частот и волн различных типов для различных видов связи.

Таким образом, в пункте передачи (рис. 4.1) первичный сигнал s(t)
необходимо преобразовать в сигнал v(0, удобный для его передачи по
соответствующей среде распространения. В пункте приема выполняется
обратное преобразование. В отдельных случаях (например, когда сре-
дой распространения является пара проводов, как в городской телефон-
ной связи) указанное преобразование сигнала может отсутствовать.

a(t)	s(t)	v(t) v*(t)	s*(t)	a*(t)

Рис. 4.1. Система электросвязи
Лучи

>

Видимые

Переменный ток ।	--;--\ Ультра-

*1	Инфра- \	фиоле- Рентге-

р Радиоволны , । красные^	*товыег 11 невские , ।

11111111111111111111 

101 102 103 104 105 10б 107 108 109 1О1О1Оп1О121О131О141О151О161О171О181О191О20

I I I----------1 I-----1	1=1	Частота, Гц

Проводное	Радио- Радиоре-	Оптическая

вещание	связь лейная связь	связь

Проводная (кабельная)
связь

Спутниковая
связь

Рис. 4.2. Использование шкалы частот в электросвязи

Доставленный в пункт приема сигнал должен быть снова преобра-
зован в сообщение (например, с помощью телефона или громкогово-
рителя при передаче речи, кинескопа при передаче изображения,
приемной части телеграфного аппарата при передаче телеграммы) и
передан получателю.

Передача информации всегда сопровождается неизбежным дей-
ствием помех и искажений. Это приводит к тому, что сигнал на выхо-
де системы электросвязи s(t) и принятое сообщение а’(0 могут в ка-
кой-то мере отличаться от сигнала на входе s(f) и переданного сооб-
щения a(t). Степень соответствия принятого сообщения переданному
называют верностью передачи информации.

Для различных сообщений качество их передачи оценивается по-
разному. Принятое телефонное сообщение должно быть достаточно
разборчивым, абонент должен быть узнаваемым. Для телевизионно-
го сообщения существует стандарт, по которому оценивается каче-
ство принятого изображения. Количественной оценкой верности пе-
редачи дискретных сообщений телеграфии и передачи данных слу-
жит отношение числа ошибочно принятых элементов сообщения к
числу переданных элементов - частость ошибок (или коэффициент
ошибок).

Классификация систем электросвязи весьма разнообразна, но в
основном определяется видами передаваемых сообщений, средой
распространения электрических сигналов (рис. 4.3) и способами рас-
пределения информации: коммутируемые или некоммутируемые сети
передачи сообщений.
Рис. 4.3. Классификация систем электросвязи по видам
передаваемых сообщений и среды распространения

4.2.	Сигналы и их характеристики

Классификация сигналов. Сообщения, несущие информацию, по
своей природе имеют не «электрический» характер, поэтому непо-
средственно не могут быть переданы по каналу электросвязи. Внача-
ле их преобразуют в изменения тока или напряжения. Такими первич-
ными преобразователями могут быть: микрофон, телеграфный аппа-
рат, фотоэлемент, передающая телевизионная трубка и т. д. При
этом главное - обеспечить соответствие между сообщением и элек-
трическим сигналом от преобразователя.

Особенностью полученного на выходе преобразователя сигнала
является то, что он случаен, поскольку, как уже известно, случайна
сама информация: нельзя заранее предсказать, что скажет диктор
перед микрофоном. Однако мы для наглядности явлений и процес-
сов, протекающих в некоторых радиотехнических элементах и цепях,
будем пользоваться и, так называемыми, детерминированными сиг-
налами. Их особенность в том, что такие сигналы можно заранее вы-
числить (предсказать), поскольку они имеют вполне определенный
вид и параметры.

На рис. 4.4 показан образец случайного сигнала - тока, протекаю-
щего в цепи микрофона в процессе разговора. Примеры детермини-
рованных сигналов показаны на рис. 4.5.
Рис. 4.4. Случайный сигнал

Если известны начальная
фаза, амплитуда и частота си-
нусоидального колебания (рис.
4.5, а), то его можно опреде-
лить в любой момент. При из-
вестных параметрах последо-
вательности прямоугольных
импульсов (рис. 4.5, б) т и Т

всегда можно «угадать» наличие или отсутствие импульса.

Таким образом, даже не подозревая об этом, мы с вами произвели
первую классификацию сигналов, разделив их на случайные и детер-
минированные. Известно, что любая классификация предполагает
наличие признака, по которому она производится. Мы разделили сиг-
налы на случайные и детерминированные по признаку их предска-
зуемости во времени.

Кроме того, сигналы подразделяются на непрерывные (аналого-
вые) и прерывистые (дискретные).

Звуковой и фототелеграфный (при передаче полутоновых изобра-
жений) сигналы - аналоговые, они представляют собой плавно ме-
няющийся ток или напряжение (рис. 4.6, а). Значения такого сигнала
в разные моменты, могут быть какими угодно - в пределах от нуля до

некоторого максимума.

При передаче данных и телеграмм сигнал имеет ограниченное
количество дискретных значений и видов импульсов. Наиболее рас-
пространенный вид дискретных сигналов - двоичные (иначе, бинар-
ные), которые могут принимать одно из двух значений: нуль и мак-
симум, - однополярные импульсы (рис. 4.6, б), либо симметричные -

положительное и отрицательное значения - двухполярные импуль-
сы (рис. 4.6, в).

В некоторых случаях возможен смешанный сигнал: передаются
короткие импульсы, а в промежутках между ними происходит плавное
изменение напряжения. Сигналы этого типа (рис. 4.6, г) применяются
в телевидении, поскольку, помимо сигнала изображения, в этом слу-
чае передаются специальные импульсы гашения обратного хода луча

и синхронизации.

u(t)

fWW

a

u(t)

б

Рис. 4.5. Детерминированные сигналы
б

Рис. 4.6. Типы сигналов связи

Спектральное представление сигналов. Спектры периодиче-
ских сигналов. Периодическим называется сигнал, значения которо-
го повторяются через равные промежутки времени, называемые пе-
риодом повторения сигнала, или просто периодом. Для непериодиче-
ского сигнала это условие не выполняется.

Простейшим периодическим сигналом является гармоническое ко-
лебание

s(f) = S sin cof,

где S- амплитуда, со - угловая частота колебания.

Любой периодический сигнал можно представить в виде суммы
синусоид. Покажем это на следующем простом примере. Возьмем два
синусоидальных сигнала

s/f) = Ssinco,f
и

Эти сигналы изображены на рис. 4.7, а и 4.7, б.

На рис. 4.7, в представлен суммарный сигнал s3(f), который яв-
ляется периодическим.

s1(f) + s2(f) = s3(f).	(4.1)

Очевидно, что если справедливо (4.1), то справедливо и другое
равенство

s3(f) = s1(f) + s2(f).

То есть сигнал вида s3(f) может быть представлен как сумма
двух синусоид с амплитудами S и S/3 и начальными нулевыми фаза-
ми ф1 и ф3.
Рис. 4.7. Представление периодического сигнала
в виде суммы синусоид

Другим примером периодического сигнала является последова-
тельность прямоугольных импульсов (рис. 4.8, а). Его также можно
представить суммой синусоид. В качестве исходной синусоиды выбе-
рем такую, у которой период колебаний совпадает с периодом Т пря-
моугольных импульсов (рис. 4.8, б)

s,(f) = Shinto,?,

(4.2)

где Si - амплитуда синусоиды, а ю, = 2п/Т.

Добавим к первой синусоиде еще одну, и пусть она имеет частоту
колебаний в 3 раза большую, а амплитуду - в 3 раза меньшую.

Сумма этих двух синусоид S, sin(01f+(S1/3)sin3(01f пока еще мало
похожа на прямоугольные импульсы (рис. 4.8, в). Но если мы добавим
к ним синусоиды с частотами колебаний в 5, 7, 9, 11, и т. д. раз боль-
шими, а с амплитудами в 5, 7, 9, 11 и т. д. раз меньшими, то сумма
всех этих колебаний будет равна:

S	S	S

s( t) = S, sinw.f+—sinSoLf+—sin5(0,f+—sin7o),f+
1	1	3	5	7

S	S

+—з1п9й)Л +—sin11aU+....

9	1	11	1

При этом, как видно из рис. 4.8, чем большее количество синусоид
мы добавляем, тем ближе форма сигнала к прямоугольному импуль-
су. Таким образом, степень «прямоугольности» импульсов определя-
ется тем, сколько синусоид со все более высокими частотами колеба-
ний мы будем суммировать.
Г=20 мс

т50 Гц

т50

150

т50

150

250

"50

т1м т»°

Частота----

350

Рис. 4.8. Периодическая последовательность прямоугольных
импульсов (а) и формирование ее сигнала (б-б)

Обратите внимание, что на рис. 4.8 слева представлены зависи-
мости амплитуды сигнала от времени (представление во временной
плоскости), а справа зависимости амплитуды от частоты (представ-
ление в частотной области), здесь вертикальная линия характеризует
амплитуду сигнала.

Может показаться, что представление прямоугольных импульсов в
виде совокупности синусоид есть не более чем математический при-
ем, который не имеет никакого отношения к реальности. Однако это
не так. Радиоинженерам хорошо знакомы приборы (они называются
анализаторами спектров), которые позволяют выделить каждую сину-
соиду, входящую в сложный сигнал.

Тот факт, что периодический сигнал произвольной формы (а не
только прямоугольные импульсы) можно «разложить» на сумму обык-
Ак

новенных синусоид, впервые
доказал в 20-х гг. XIX в. фран-
цузский математик Ж. Фурье.
Такой набор синусоид получил
название спектра сигнала. Ка-
ждый сигнал (отличающийся от
других по форме) имеет свой
сугубо индивидуальный спектр,

<х>1	2(0!	3(0) со

Рис. 4.9. Спектр амплитуд сигнала

т. е. может быть получен только из синусоид со строго определенными
частотами, амплитудами и фазами.

Итак, любой сложный периодический сигнал мы представляем как
сумму кратных частот. Кратные частоты называют также гармониче-
скими частотами или гармониками.

Распределение амплитуд Ак гармоник по частоте называется
спектром амплитуд этого сигнала (рис. 4.9).

Так как спектр периодического сигнала состоит из отдельных спек-
тральных линий, его называю^ дискретным.

Частота первой гармоники сигнала определяется периодом сигна-
ла: (О, =2п/Т. Если период сигнала оставить неизменным, а изме-
нять только длительность импульсов (рис. 4.10, а и в), то частота пер-
вой гармоники будет той же самой для обоих сигналов. Изменится
скорость убывания амплитуд гармоник (рис. 4.10, б и г). Чем короче
импульс, тем медленнее убывают амплитуды гармоник и тем
большим числом гармоник следует представлять прямоугольные им-
пульсы, чтобы сохранить достаточную степень их «прямоугольное™».

Существует очень важное понятие - практическая ширина спектра
сигнала. Интуитивно ясно, что если полоса пропускания какого-либо уст-
ройства недостаточно широкая, чтобы пропустить все гармоники, суще-
ственно влияющие на форму сигнала, то сигнал на выходе этого устрой-
ства исказится. Таким образом, можно сказать, что ширина полосы про-
пускания устройства не должна быть уже ширины спектра сигнала.

Рис. 4.10. Изменение спектра амплитуд (б и в) при уменьшении
длительности импульсов (а и в)
Что же следует считать шириной спектра сигнала, если число гар-
моник в сигнале бесконечно? Существует несколько критериев для
определения практической ширины спектра сигнала. Например, мож-
но отбрасывать все гармоники с амплитудами меньшими 1% макси-
мальной амплитуды в спектре, тогда частоты оставшихся гармоник
и определят ширину спектра сигнала. Можно отбрасывать те гармо-
ники, суммарная энергия которых меньше 10% общей энергии сигна-
ла. В этом случае ширину спектра также определяют оставшиеся в
сигнале гармоники.

Однако, независимо от критерия, по которому определяют ширину
спектра сигнала, можно выделить такие общие для всех сигналов за-
кономерности: чем круче фронт сигнала, чем короче импульсы и чем
больше пауза между импульсами, тем шире во всех этих случаях
спектр сигнала, т. е. тем медленнее убывают амплитуды гармо-
ник с ростом их номера.

Мы рассмотрели такие важные понятия как спектр амплитуд и ши-
рина спектра сигнала. Отметили, что амплитуды и частоты спек-
тральных составляющих периодического сигнала зависят от вида сиг-
нала. Хотелось бы добавить, что, взяв один и тот же набор спек-
тральных составляющих, но с различными фазами, мы получим раз-
ные сигналы. Таким образом, помимо понятия спектр амплитуд (или
спектральная плотность амплитуд) появляется понятие спектр фаз.
Так, если взять на рис. 4.7, а и 4.7, б s,(t) = SsinoV, а
s2(f) = (S/3) sin (3(0,7 + 90°), то суммарный сигнал будет существен-
но отличаться по форме от исходного, изображенного на рис. 4.7, в.
Попробуйте его изобразить!

Сигналы передаются через некоторую среду, которая характери-
зуется полосой пропускания. Полоса пропускания определяет спек-
тральные составляющие, которые могут пройти через среду. Если
спектр сигнала шире чем полоса пропускания, то не все составляю-
щие пройдут через среду и сигнал на выходе среды будет по форме
отличаться от сигнала на входе. Кроме того, проходя через среду
распространения сигнала, различные составляющие сигнала изме-
няются (чаще всего ослабляются) по-разному. Нетрудно догадаться,
что при этом форма сигнала в результате прохождения через среду
передачи изменится. К тому же различные составляющие сигнала
проходят через среду с разной задержкой, что также не способствует
сохранению формы сигнала на выходе среды распространения. Итак,
если мы знаем спектр амплитуд и спектр фаз сигнала на входе и зна-
ем, как (во сколько раз ослабляются) различные составляющие сиг-
нала и как они сдвигаются друг относительно друга, то мы можем лег-
ко найти форму сигнала на выходе из среды. Это позволяет опреде-
лить степень искажения сигнала и сделать вывод относительно того,
удовлетворительным или нет будет качество связи. Разумеется, при-
веденные здесь рассуждения являются упрощенными, но они позво-
ляют понять, почему для нас так важно знать спектр сигнала.

Спектры непериодических сигналов. Непериодический сигнал
легко получить из периодического, увеличивая период вплоть до
7” —> ©о (рис. 4.11, а-з). Спектры амплитуд сигналов с разными пе-
риодами показаны на рис. 4.12, а-в.

При увеличении периода сигнала частота первой гармоники
го, = 2л/Т понижается. Спектральные линии становятся гуще, а ам-
плитуды гармоник уменьшаются. Последнее становится понятным,
если учесть, что энергия сигнала, оставаясь неизменной, перерас-
пределяется теперь между возросшим числом гармоник. Естественно,
доля каждой гармоники в общем сигнале уменьшается.

Следовательно, при переходе к непериодическому сигналу (на-
пример, к одиночному импульсу) мы получаем в спектре такого сигна-
ла вместо отдельных гармоник бесконечно большое число синусои-
дальных колебаний с бесконечно близкими частотами, заполняющи-
ми всю шкалу частот. Причем амплитуда каждого такого колебания
становится исчезающе малой, потому что на его долю приходится
бесконечно малая часть энергии сигнала. Другими словами, в любой
бесконечно узкой полосе частот мы всегда обнаружим синусоидаль-
ное колебание, правда, бесконечно малой амплитуды.

г

Рис. 4.11. Увеличение периода последовательности
прямоугольных импульсов
Ак

О (Oj 5©! IOcoj

11111111111111 

20а>1	30а>1

в



а»

Рис. 4.12. Спектры амплитуд периодических последовательностей
импульсов с разными периодами

Поскольку сравнивать между собой бесконечно малые величины
неудобно, то вместо амплитуд Ак по оси ординат откладывают произ-
ведение АкТ, которое с увеличением периода Т остается постоянным.
В новых координатах спектры, показанные на рис. 4.12, a-в, будут
выглядеть так, как показано на рис. 4.13, а-г. Понятие спектра ам-
плитуд здесь лишено смысла и заменяется понятием спектральной
плотности амплитуд S(co), которая указывает, по сути, на удель-
ный вес бесконечно малой амплитуды синусоидального колебания
в любой бесконечно узкой полосе частот (рис. 4.13, г).

Логарифмические единицы измерений. Сигналы, используемые для передачи
сообщений, представляют собой электрические мощность, напряжение или ток, изме-
няющиеся во времени. Характер изменений мгновенных значений напряжения или тока
сигналов однозначно соответствует передаваемым сообщениям.

Значения напряжений (токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трак-
тов передачи имеют величины от пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер).
Мощности токов, с которыми приходится встречаться при расчетах и измерениях, име-
ют величины от долей пиковатта до целых ватт, а то и киловатт. Когда требуется срав-
нить какие-нибудь величины, это можно сделать по-разному. Можно, например, разде-
лив эти величины одну на другую, сказать: Р, больше, чем Р2 в 3 раза, или Ру меньше,
чем Р2 в 28 раз. Если нам понадобится далее вести какие-то расчеты, мы будем поль-
зоваться отвлеченным числом 3, или 28, или 1/28 (иногда для уточнения добавляя сло-
во «раз»).
Рис. 4.13. Переход к спектральной плотности одиночного
прямоугольного импульса

В ряде случаев бывает удобнее логарифмировать отношение величин и опериро-
вать далее с числом loga(Pi/P2). Известно, что применение логарифмов упрощает ма-
тематические расчеты, в частности, позволяет вместо умножения и деления пользо-
ваться сложением и вычитанием. При большом диапазоне изменений какой-либо вели-
чины логарифмический масштаб позволяет лучше разглядеть на одном и том же гра-
фике и малые, и большие ее относительные изменения.

Чтобы различать, имеем ли мы дело с числом «раз» или с его логарифмом, а так-
же, чтобы указать, каким основанием мы пользуемся при логарифмировании (числом
10, числом е = 2,71828 или иным), следует присвоить этой величине какое-нибудь на-
звание. В технике электросвязи в качестве относительной логарифмической единицы
отношения мощностей Р, и Р2 принят десятичный логарифм lg (Pi/P2). Эта единица на-
зывается бел (Б).
На практике бел оказался крупноват, поэтому его «разменивают» на единицы в де-
сять раз меньшие - децибелы. Соотношение двух уровней мощности Pi и Р2 в децибе-
лах (дБ) выражают по следующей формуле:

Л/р(Дб) = 1О1д-3..	(4.3)

Множитель 10 в формуле (4.3) появился потому, что десять децибелов как раз и
есть один бел. (Не повезло изобретателю телефона А.Г. Беллу - мало того, что едини-
цу его имени укоротили на одну букву «л», так еще и пользуются лишь десятыми доля-
ми. А может, это как раз и свидетельствует о его величии?)

Теперь разберемся с отношениями напряжений или токов. Вспомним из школьного
курса, что в линейной цепи Р = (//Я, или Р = ?R. Отсюда легко видеть, что при равен-
стве сопротивлений (Pi/P2) = ((Л2/1Л2), а значит и

р	/ /2	р	( 11

19-^ = 1977 ИЛИ |g/l = |g -Hl .	(4.4)

Р2	U2	'2	[U2 J

Из школьного же курса вспомним, что

lgx2=2lgx.	(4.5)

Из (4.4 и 4.5) вытекает следующее: lg(Pi/P2) = 2 lg (WU»). А это и есть формула
взаимосвязи между «Белами по мощности» и «Белами по напряжению» в одной и той
же цепи, если в ней выполняется закон Ома. Ну, а если мы намерены пользоваться
десятыми долями бела, то обе половины этого уравнения должны умножить на 10.
Точно так же обстоит дело и с отношениями величин тока. Из сказанного следует, что
при сравнении величин напряжений (Uy и U2) или токов (1у и /2), их соотношения в деци-

белах:

Л/и(дБ) = 201д(и,/и2).	(4.6)

^(дБ).= 20\д(1,/1г).	(4.7)

Из определения десятичного логарифма, очевидно, вытекают обратные формулам
(4.3, 4.6, 4.7) равенства:

PJP2 =10Л'<’/1°,	(4.8)

U-JU2 =10w"/2° ,	(4.9)

/,//2 =10w'/2°.	(4.10)

В случае ослабления сигнала (когда отношение Pi/P2 меньше единицы), логарифм
становится отрицательным, следовательно, отрицательным становится и коэффициент
передачи данной цепи, выраженный в децибелах. Для вычисления общего коэффици-
ента передачи нескольких последовательно соединенных цепей или устройств доста-
точно просуммировать значения в децибелах с учетом их знаков (+) или (-). Это намно-
го удобнее, чем перемножать исходные значения в разах.

Кроме того, логарифмическая шкала наиболее естественна для наших органов
чувств, в частности, для слуха. Закон логарифмической зависимости ощущений от си-
лы воздействия сформулирован немецкими учеными Вебером и Фехнером: «одинако-
вые относительные изменения раздражающей силы вызывают одинаковые прираще-
ния слухового ощущения, т. е. слуховое ощущение пропорционально логарифму раз-
дражающей силы».

Децибелы сами по себе - это величины не физические, а абстрактные, математи-
ческие, такие же относительные, как и «разы». Их нельзя «пощупать руками» как кило-
грамм, метр или киловольт (киловольты лучше не щупать). Их можно только вычислить,
Таблица 4.1

к/ко	2	3	5	7	10
20lgk/Ab	6	9,5	14	17	20
101g к/ко	3	4,8	7	8,5	10

сравнивая реальные физические величины и оперировать ими при расчетах. Но если
мы примем, что начальной точкой отсчета 0 дБ считается какое-то определенное зна-
чение физической величины, например, 1 Вт или 1 мкВ, то мы сможем измерять в де-
цибелах величину мощности, напряжения или тока.

В технике электросвязи в качестве 0 дБ по мощности принят 1 мВт. Считается, что та-
кую мощность развивает микрофон телефонной трубки на входе соединительной линии.
Учитывая, что входное сопротивление линии равно 600 Ом, получим значение напряже-
ния, соответствующего нулю шкалы по напряжению - UQ = 7ю-3600 = 0,775 В и 1,29 мА
для тока. Значения мощности, напряжения и тока выраженное в дБ принято называть
абсолютными уровнями.

Таким образом, если напряжение сигнала равно 0,775 В, то его уровень составляет
0 дБ; при напряжении сигнала 7,75 В (т. е. в 10 раз большем) уровень его составит
20 дБ. Уровень сигнала -20 дБ соответствует напряжению 0,0775 В.

Следует помнить, что значения наиболее часто вычисляемых уровней мощности и
напряжения равны при условии измерения их на сопротивлении Яо = 600 Ом, При
Яо * 600 Ом уровень мощности отличается от уровня напряжения на

Л/и-Л/р=1О1д(Я/Яо).

При вычислении абсолютных электрических уровней к сокращенному обозначению
децибела часто добавляют начальную букву названия соответствующей величины.
Кроме того, к обозначению децибела принято добавлять обозначение единицы, отно-
сительно которой вычисляется электрический уровень. Таким образом, размерности
дБн, дБм указывают на абсолютные уровни напряжения и мощности, а размерности
дБ/B, дБ/мВ, дБ/мкВ, дБ/Вт на уровни напряжения и мощности, вычисленные соответ-
ственно относительно 1 В, 1 мВ, 1 мкВ, 1 Вт.

На практике при вычислениях полезно помнить некоторые округленные соотношения
между уровнями и относительными параметрами (табл. 4.1). С помощью этих соотноше-
ний нетрудно определить уровень параметра или произвести обратные вычисления.

В качестве примера оценим уровень линейного параметра, выраженного в относи-
тельных единицах: kiко = 350. Уровень этого параметра (350 = 10x7x5) соответственно
равен N = 20 + 17 + 14 = 51 дБ. Если известен уровень, например, Np = 37 дБ/мВт, то
значение энергетического параметра (37 = 10 + 10 + 10 + 7) Р= 5 • 103 мВт.

В акустике за 0 дБ принято звуковое давление 2-10-5 Па, и децибел используется в
качестве единицы уровня звукового давления (человек с нормальным слухом слышит
слабые звуки, начиная со звукового давления приблизительно равного О дБ).

Первичные сигналы электросвязи и их характеристики. Элек-
трический сигнал, получаемый на выходе преобразователя сообще-
ния в электрический сигнал, называется первичным сигналом элек-
тросвязи. Пусть первичный сигнал s(t) измеряется в вольтах, т. е.

Параметр первичного сигнала u(t) = Usin(u)f + ср0), изменение ве-
личины которого однозначно отображает передаваемое сообщение,
называется представляющим или информационным параметром. Та-
ким параметром, например, может быть амплитуда, частота или фаза
гармонического электрического сигнала.
Первичный сигнал в структуре телекоммуникационных систем и се-
тей есть объект транспортировки, так как он должен быть передан по
каналу от передатчика к приемнику. Телекоммуникационная система
представляет технику транспортирования сигнала, а телекоммуника-
ционные сети - специфическую транспортную сеть. Поэтому для уста-
новления соотношений между параметрами и характеристиками пер-
вичных сигналов и свойствами каналов передачи вводят такие пара-
метры и характеристики первичных сигналов, которые легко измерить
и по которым возможно определить условия их передачи с минималь-
ными искажениями и максимально возможной защищенностью.

Первым таким параметром является длительность первичного
сигнала Тс, определяющая интервал времени, в пределах которого
сигнал существует.

Следующим параметром первичного сигнала является его уровень
определяемый выражением

A/ = 20lg-y-.

ио	*

Возможный разброс уровней первичного сигнала характеризуется
динамическим диапазоном Dc, под которым понимается отношение вида:

Dc =20lg^^.

^мин

Первичные сигналы электросвязи (непрерывные и дискретные)
являются непериодическими функциями времени. Таким сигналам
соответствует сплошной спектр, содержащий бесконечное число час-
тотных составляющих. Однако всегда можно указать диапазон частот,
в пределах которого сосредоточена основная энергия сигнала (не ме-
нее 90%) и ширина которого равна

~ ^макс ~	>

где 4,ин - минимальная частота первичного сигнала; fMaKC- максималь-
ная частота первичного сигнала.

Произведение трех физических параметров первичного сигнала:
длительности Тс, динамического диапазона Ьс и эффективно переда-
ваемой полосы частот Af называется объемом первичного сигнала

Ус = Тс • Dc • Afc 

Еще одним важным параметром первичного сигнала является
его пик-фактор. Под пик-фактором понимается разность между
максимальным и усредненным за длительный промежуток времени
уровнями:

П — NuaKC — Ncp.
Классификация первичных сигналов разнообразна, но наибольшее
применение нашла классификация по виду передаваемых сигналов и
по виду передаваемых сообщений. Классификация по виду сигналов
охватывает аналоговые и дискретные сигналы, узкополосные и широ-
кополосные.

Если отношение граничных частот первичного сигнала fuaKJ < 2,
то такие сигналы называются узкополосными, а если fMaKC/fum > 2, то
такие сигналы называются широкополосными.

По виду передаваемых сообщений первичные сигналы подразде-
ляются на телефонные (речевые) сигналы и сигналы звукового веща-
ния, сигналы передачи данных и телеграфии, телевизионные и фак-
симильные сигналы, сигналы телемеханики, сигналы телеуправления
и контроля, являющиеся частным случаем сигналов передачи данных.

Телефонные (речевые) сигналы. Для понимания сущности фи-
зических параметров речевых, а потом и телефонных сигналов, рас-
смотрим процесс речеобразования.

В образовании звуков речи принимают участие легкие, гортань с
голосовыми связками, образующими голосовую щель, область носо-
глотки, язык, зубы и губы. В процессе произнесения речи человек
вдыхает воздух и наполняет им легкие, которые через бронхи проду-
вают воздух в гортань и далее через вибрирующие голосовые связки
в полость рта и носа.

Голосовые связки, то, сжимая, то, открывая голосовую щель, пропус-
кают воздух импульсами, частота следования которых называется ос-
новным тоном. Частота основного тона лежит в пределах от 50...80 Гц
(очень низкий голос - бас) до 200...250 Гц (женские и детские голоса).

Импульсы основного тона содержат большое число гармоник (до
40), амплитуда которых убывает с увеличением частоты со скоростью
приблизительно 12 дБ на октаву.

Импульсы воздуха встречают на своем пути систему резонаторов,
образуемых объемами полости рта и носоглотки, положением языка,
зубов и губ и изменяющихся в процессе произнесения различных зву-
ков. Проходя через эту систему резонаторов, одни гармонические со-
ставляющие импульсной последовательности основного тона полу-
чают усиление, а другие - ослабление.

На рис. 4.14 показан спектр речи. Как видно из рисунка, некоторые
частотные составляющие речи усилены, а другие ослаблены. Уси-
ленные области спектра частот называются формантами. Звуки речи
разных людей отличаются числом формант и их расположением в
частотном спектре. Отдельные звуки могут иметь до шести формант,
из которых только одна или две являются определяющими. Между
формантами лежат менее мощные составляющие звуковых частот.
Однако именно они придают голосу каждого человека индивидуаль-
ность, позволяющую узнавать говорящего.
Разборчивость передавае-
мой речи зависит от того, ка-
кая часть формант доходит до
уха слушающего без искаже-
ний и какая - исказилась или
по тем или иным причинам не
была услышана. Некоторые из
формант никакого значения
для распознавания звуков не
имеют, хотя и несут в себе
довольно значительную энер-
гию. Спектральные исследо-
вания звуков русского языка
отмечают наличие формант с условными максимумами на частотах
в области 500 Гц (первая форманта), 1500 Гц (вторая форманта),
3500 Гц (третья форманта). Особенно важными являются первые две
форманты, и исключение из передачи любой из них вызывает иска-
жение передаваемого звука, превращая его в другой звук, либо во-
обще потерю им признаков человеческой речи. Первые три форманты
звуков речи лежат в полосе частот от 300 до 3400 Гц, что и позволяет
считать эту полосу частот вполне достаточной для обеспечения хо-
рошей разборчивости передаваемой речи, сохранения естественно-
сти звучания и тембра голоса, узнаваемости говорящего.

Следовательно, эффективно передаваемая полоса частот теле-
фонного сигнала может быть принята равной 0,3...3,4 кГц.

Динамический диапазон и пик-фактор будут равны соответственно
Dy = 43 дБ (в практических расчетах принимают DT = 40 дБ) и П = 14 дБ.

Сигналы звукового вещания. Источниками первичных сигналов
звукового вещания являются высококачественные микрофоны. Эти
сигналы представляют чередование сигналов различного вида: речи
(особо следует выделить речь дикторов), художественного чтения (со-
четания речи и музыки), вокальных и инструментальных музыкальных
произведений от сольного исполнения до симфонических оркестров.

Частотный спектр сигналов вещания занимает полосу частот от 15
до 20 000 Гц. Однако в зависимости от требований к качеству воспро-
изведения эффективно передаваемая полоса частот, отводимая для
передачи сигналов вещания, может быть значительно ограничена.
Для достаточно высокого качества воспроизведения сигналов звуко-
вого вещания она должна составлять 50... 10 000 Гц. Для получения
безукоризненного воспроизведения программ вещания полоса частот
сигнала вещания должна составлять 30...15 000 Гц.

Динамический диапазон сигнала вещания DB весьма широк, так как
должны быть переданы сигналы минимального уровня (например,
шорох листьев в тихую летнюю ночь) и максимального (например, рев
моторов взлетающего лайнера), и достигает величины 100...110 дБ.
Динамический диапазон речи диктора равен 25...35 дБ, художествен-
ного чтения - 40...50 дБ, небольших вокальных и инструментальных
ансамблей - 45...55 дБ, симфонического оркестра - 60...65 дБ.

Для качественной передачи сигналов звукового вещания и их вос-
приятия необходим динамический диапазон DB - 65 дБ.

Факсимильные сигналы. Обратите внимание на то, как вы читае-
те книгу. Ваши глаза скользят по строке слева направо, затем вы пе-
реходите к началу другой строки и т. д. до конца страницы. Словом вы
«просматриваете» все элементы строки последовательно. Можно
сказать, что при чтении книги происходит построчная развертка тек-
стового изображения.

Именно по такому принципу «просматривается» изображение в со-
временных факсимильных аппаратах, предназначенных для передачи
на расстоянии различного рода неподвижных изображений (докумен-
тов, чертежей, рисунков, фотографий). Для этого с помощью источни-
ка света и системы оптических линз формируют световое пятно так,
чтобы освещать на передаваемом изображении площадку размером,
скажем, 0,2x0,2 мм. Это световое пятно перемещается сначала вдоль
одной строки, затем переходит на другую и движется по ней - и так до
конца последней строки. Свет, отражаясь от каждой элементарной
площадки, попадает на фотоэлемент и вызывает в его цепи ток
(рис. 4.15). Значение этого тока зависит от яркости отраженного све-
та. Таким образом, при переходе светового пятна на изображении от
одной элементарной площадки к другой ток в цепи фотоэлемента ме-
няется пропорционально яркости площадок: мы получаем точную
электрическую копию изображения.

Рассмотрим изображение, состоящее только из двух цветов: чер-
ного и белого, например, страницу книги, какой-либо чертеж и т. п.
Очевидно, каждый элемент изображения (напомним, что размером он

Рис. 4.15. Преобразование изображения в электрический
сигнал в факсимильном аппарате
всего 0,2х0,2 мм) будет представлять собой либо черную, либо белую
площадку, напоминая чередованием шахматную доску. Черные пло-
щадки практически полностью поглощают падающий на них свет. Яр-
кость отраженного ими света при этом настолько ничтожна, что при
просмотре черных площадок ток в цепи фотоэлемента не возникает.
Наоборот, площадки белого цвета почти полностью отражают па-
дающий на них свет, и при попадании на них светового луча ток в це-
пи фотоэлемента скачком принимает максимальное значение. Таким
образом, перемещая световое пятно, а вслед за ним и фотоэлемент
вдоль каждой строки изображения, получаем на выходе фотоэлемен-
та последовательность импульсов (рис. 4.15).

При таком «шахматном» чередовании элементов изображения
спектр факсимильного сигнала будет шире, чем у любого другого
изображения, поскольку круче фронтов импульсов, чем у прямоуголь-
ных, не бывает.

Ширина спектра факсимильного сигнала зависит также от скорости
развертки изображения и размеров светового пятна.

На стандартном листе бумаги формата А4 в строке помещается
примерно 1000 черно-белых элементов изображения при ширине
пятна 0,2 мм. Если в факсимильном аппарате скорость развертки со-
ставляет 60 строк/мин, т. е. каждая строка считывается за 1 с, то за
эту секунду 500 раз будет осуществлен переход с черного на белое,
или наоборот. Это означает, что максимальная частота чередования
импульсов равна 500 Гц. При ширине светового пятна 0,1 мм в строке
будет в 2 раза больше элементов изображения, и максимальная часто-
та чередования импульсов повысится до 1000 Гц. Так как для сохране-
ния хорошей степени «прямоугольности» импульсов нужно передавать
кроме основной гармоники еще и несколько высших, то ширина спектра
факсимильного сигнала может простираться до 1,5...3,0 кГц.

При увеличении скорости развертки изображения черные и белые
площадки будут считываться чаще и, следовательно, спектр факси-
мильного сигнала будет шире. При передаче изображений с полуто-
нами получается сигнал сложной формы, спектр которого является
непрерывным.

Факсимильная связь широко используется для передачи в типо-
графии газетных полос (т. е. их изображений). Для передачи газет
используют специальные высокоскоростные факсимильные аппараты
с шириной светового пятна 0,05 мм. Повышенная скорость развертки
позволяет передавать одну газетную полосу за 2-3 мин. Это приводит
к расширению спектра факсимильного сигнала до 180 кГц.

Телевизионные сигналы. Любое подвижное изображение - это,
как правило, смена через каждые 40 мс одного неподвижного изобра-
жения другим (25 кадров в 1 с). За время между сменой кадров нужно
успеть просмотреть все неподвижное изображение, которое содержит
полмиллиона элементарных площадок или элементов изображения
(625 строк по 833 элемента в строке). Значит, каждый элемент изо-
бражения придется рассматривать в течение одной полумиллионной
доли от отведенных на весь кадр 40 мс. Это очень короткий отрезок
времени, и ясно, что ни одно механическое устройство не способно
перемещать световое пятно и фотоэлемент по строкам изображения
с такой скоростью.

Вы никогда не задумывались над тем, что вы видите на экране те-
левизора, когда усаживаетесь перед ним в свободный вечер? Изо-
бражение? Нет, в действительности на экране никакого изображения
нет, абсолютно никакого! Если бы мы сумели открыть глаза на какую-
то ничтожную долю секунды, то увидели бы на экране всего одну све-
тящуюся точку. Это она бежит с невероятной скоростью по экрану,
оставляя в нашем глазу след (мы видим то, чего уже нет, еще в тече-
ние 0,1 с), изменяющийся по яркости.

Что же заставляет светящуюся точку перемещаться с такой голо-
вокружительной быстротой? Электронный луч. Это он способен почти
мгновенно отклоняться под действием изменяющегося магнитного
поля и развертывать «картинки». Это его можно очень точно сфоку-
сировать с помощью специальных электрических «линз».

Как бы не отличались конструкции передающих телевизионных
трубок разных лет, все они в чем-то имитируют глаз. Роль хрусталика
выполняет объектив, роль зрачка - диафрагма. Имеется в трубке и
своя «сетчатка» - пластинка, напоминающая пчелиные соты, в ячей-
ках которых располагаются микроскопические фотоэлементы. Конеч-
но, их намного меньше, чем фоторецепторов в глазу: всего около
0,5 млн. Изображение, которое нужно превратить в серию электриче-
ских импульсов, проектируется с помощью объектива на эту искусст-
венную «сетчатку». Каждый микроскопический фотоэлемент получает
свою порцию света и, если его подключить к внешней цепи, создаст
ток, пропорциональный освещенности. Что касается электронного
луча, то он как раз и подключает поочередно каждый из 500000 фото-
элементов к внешней цепи трубки, причем отводится ему на это всего
40 мс, пока не сменится кадр. Таким образом, на одном элементе
изображения луч «задерживается» не более 80 миллиардных долей
секунды (т. е. 80 нс). Величина тока во внешней цепи трубки отражает
в каждый момент яркость соответствующего элемента изображения,
спроектированного объективом на «сетчатку» передающей трубки, и
является точной электронной копией передаваемого изображения.

Подсчитаем ширину спектра телевизионного сигнала. Пусть и на
этот раз чередуются черные и белые площадки (элементы). Всего
таких элементов будет 625 строк х 833 элемента = 520 625. В секунду
меняется 25 кадров, т. е. 25 х 520 625 = 133 015 625 элементов. Зна-
чит переход с черного на белое, или наоборот, происходит примерно
6 500 000 раз в 1 с. Максимальная частота повторения импульсов
равна 6,5 мГц, что и принято за верхнюю границу ширины спектра те-
левизионного сигнала. Нижней границей считают 50 Гц. Таким обра-
зом, спектр телевизионного сигнала простирается от 50 Гц до 6,5 мГц.
Здесь мы рассчитали спектр телевизионного сигнала, что называется,
«на пальцах». Более подробно и обоснованнее мы произведем рас-
чет спектра частот телевизионного сигнала в главе, посвященной те-
левидению.

Телеграфные сигналы и сигналы передачи данных. Все рас-
сматриваемые до сих пор сообщения и сигналы были непрерывными.
Сообщения и сигналы телеграфии и передачи данных относятся к
дискретным.

Устройства преобразования телеграфных сообщений и данных в
электрический сигнал представляют каждый знак сообщения (букву,
цифру) в виде определенной комбинации импульсов и пауз одинако-
вой длительности. Импульс соответствует наличию тока на выходе
устройства преобразования (например, телеграфного аппарата), пау-
за - отсутствию тока.

В телеграфии таблица, которая ставит в соответствие буквам,
цифрам и другим знакам комбинации импульсов и пауз, называется
телеграфным кодом. Если обозначить импульс через 1, а паузу че-
рез 0 и воспользоваться международным телеграфным кодом МТК-2,
то можно, например, знак А записать в виде 11000, знак В-в виде
10011 и т. д.

Для передачи данных используют более сложные коды, которые
позволяют обнаруживать и исправлять ошибки в принятой комбина-
ции импульсов, возникающие от действия помех.

Устройства преобразования сигналов телеграфии и передачи дан-
ных в сообщения по принятым комбинациям импульсов и пауз вос-
станавливают в соответствии с таблицей кода знаки сообщения (бук-
вы, цифры и др.) и выдают их либо на печатающее устройство, либо
на экран дисплея.

Заметим, что чем меньше длительность импульсов, отображаю-
щих сообщения, тем больше их будет передано в единицу времени.
Величина, обратная длительности импульса, называется скоростью
телеграфирования: В= 1/ти, где ти- длительность импульса, с.

В честь французского инженера Ж. Бодо единицу скорости теле-
графирования назвали бодом. При длительности импульса тв = 1 с
скорость равна одному Боду. В телеграфии часто используются им-
пульсы длительностью 0,02 с, что соответствует стандартной скорости
телеграфирования 50 Бод. Применяются и другие скорости телеграфи-
рования (100, 200 Бод). Скорости передачи данных существенно выше
и определяются полосой частот, отводимой для передачи данных.
Таблица 4.2. Ширина спектров сигналов электросвязи

Вид сигнала	Ширина спектра, Гц
Телеграфный	0...100
Передачи данных со скоростью 2 400 Бод	0...2 400
Телефонный	300...3 400
Звукового вещания	30...15 000
Факсимильный при передаче газет	0...180 000
Телевизионный	50...6 500 000

При передаче двоичных сигналов (т. е. О и 1) нет необходимости
восстанавливать в приемнике импульсы без искажений, т. е. сохра-
нять их форму; для восстановления информации достаточно зафик-
сировать только знак импульса при двухполярном сигнале, либо на-
личие или отсутствие при однополярном сигнале. Расчеты показыва-
ют, что импульсы можно уверенно зафиксировать, если для их пере-
дачи используется ширина полосы частот, численно равная скорости
передачи в бодах.

Такая характеристика, как динамический диапазон, для сигналов
передачи данных и телеграфии, как и для всех двоичных сигналов, не
применяется, так как по самому определению для такого класса сиг-
налов не имеет смысла.

В табл. 4.2 представлены примерные значения ширины спектра
основных сигналов электросвязи. Даже беглый взгляд на таблицу по-
зволяет понять, что для передачи разных видов сигналов требуется
различная ширина полосы пропускания системы электросвязи.

4.3.	Цифровые сигналы

Понятие о цифровых сигналах. Во всем мире сейчас активно
развивается цифровая связь. Качество цифровой связи значительно
выше, чем обычной, поскольку цифровые сигналы меньше боятся
всякого рода помех. Цифровой телефон позволяет предоставить нам
массу дополнительных услуг. Появляется возможность к одной и той
же телефонной линии подключить внешне совершенно различные
устройства - телефонный аппарат и персональный компьютер. Через
цифровую телефонную сеть владельцам персональных компьютеров
открывается доступ к банкам данных с широким ассортиментом ин-
формации.

В наши дома приходит цифровое кабельное телевидение, даю-
щее необыкновенную четкость изображения и сочность красок; на
прилавках магазинов мы можем увидеть аппаратуру цифровой зву-
ко- и видеозаписи, обеспечивающую уникальное качество звука и
изображения.
Что же такое цифровой сигнал?
Впервые мы столкнулись с ним, когда
обсуждали факсимильный сигнал, по-
лученный с черно-белого изображе-
ния, не содержащего полутонов. Такой
цифровой сигнал показан на рис. 4.16.

Цифровой сигнал - это последова-

U(t)

Рис. 4.16. Цифровой сигнал

тельность импульсов. В простейшем случае эта последовательность
имеет вид, представленный на рис. 4.16, где U(t) принимает два зна-
чения 0 и 1.

Импульсы, изображенные на рис. 4.16, называют единичными
элементами. Число единичных элементов, переданных в секунду, на-
зывают скоростью телеграфирования или скоростью модуляции В.
Очевидно, что

В = 1/т0.

Для случая, представленного на рис. 4.16 В = 4 Бода. Помимо по-
нятия скорость телеграфирования различают понятие скорость пере-
дачи информации R. Скорость передачи информации измеряется, как
известно, в битах в секунду. Если каждый единичный элемент «несет»
на себе один бит, то R = В. Возможны случаи, когда R < В и R > В.
Начнем рассмотрение с варианта, когда R < В. Пусть осуществляется
передача некоторой случайной последовательности 0 и 1 (0 - бесто-
ковая посылка, 1 - токовая). Пусть каждый единичный элемент повто-
ряется два раза (см. рис. 4.17).

Так как за 2 с было теперь передано 8 единичных элементов, то
по-прежнему В = 4 Бода. Повторение не увеличивает количество ин-
формации. По-прежнему мы имеем 4 бита, но на интервале 2 с. Сле-
довательно, число бит/с будет только 2. Итак, в нашем случае R = В/2.

Может ли быть R> В? Рассмотрим случай, когда от источника со-
общений поступает последовательность 1011001101. Пусть каждый
из передаваемых элементов «несет» на себе 1 бит.

Объединим элементы последовательности попарно 1011001101.
Вариантов пар, очевидно, будет четыре. А, именно, 00, 01,10, 11.

Для того, чтобы можно было различить на приеме сигналы, соот-
ветствующие этим парам, будем передавать эти пары при помощи
импульсов длительности т0, но с различной амплитудой 00 -> 0 В,
01 -> 1 В, 10 —> 2 В, 11-> 3 В (см. рис. 4.18).

l/(t)

Рис. 4.17. Передача каждого единичного элемента два раза
Рис. 4.18. Передача цифровых сигналов со скоростью R=2B

В этом случае число элементов, переданных в секунду (рис. 4.17),
будет равно 5, а скорость передачи информации R = 10 бит/с так как
каждый из единичных (рис. 4.18) несет на себе 2 бита.

Дискретизация аналоговых сигналов. По своей природе многие
сигналы (телефонные, факсимильные, телевизионные) не являются
цифровыми. Это аналоговые или непрерывные сигналы.

Можно ли «переложить» живую человеческую речь на язык нулей и
единиц, сохранив при этом все богатое разнообразие красок человече-
ского голоса, всю гамму человеческих эмоций? Другими словами, речь
идет о том, как заменить непрерывный процесс последовательностью
цифр, не потеряв при этом информации о непрерывном процессе.

С подобной проблемой мы сталкиваемся в жизни довольно часто.
Если через очень короткие промежутки времени (скажем, через 1 с)
наносить значения температуры воздуха на график, то мы получим
множество точек, отражающих изменение температуры (рис. 4.19).
Здесь мы имеем дело не с непрерывной кривой изменения темпера-
туры, а лишь с ее значениями, отсчитанными через определенные
промежутки времени. По сути говоря, мы описали некоторый непре-
рывный процесс последовательностью десятичных цифр. Подобный
процесс называется дискретизацией (по времени) непрерывного сиг-
нала. Невыясненным остался вопрос, как часто следует брать от-

Температура

+15°

Рис. 4.19. Дискретное измерение температуры
Рис. 4.20. Дискретизация телефонного сигнала

счетные значения непрерывной кривой, чтобы отследить все ее из-
менения. Понятно, что при длительных промежутках времени между
наблюдениями за температурой воздуха не удается отследить все ее
быстрые изменения.

Аналогичный подход лежит в процессе дискретизации телефонно-
го сигнала. Если в цепь микрофона (рис. 4.20), где ток является не-
прерывной функцией времени, встроить электронный ключ и перио-
дически на короткие мгновения замыкать его, то ток в цепи будет
иметь вид узких импульсов с амплитудами, повторяющими форму
непрерывного сигнала, и представлять собой ничто иное, как дис-
кретный сигнал (рис. 4.20).

Интервал времени через который отсчитываются значения не-
прерывного сигнала, называется интервалом дискретизации. Об-
ратная величина 1//д (обозначим ее 4) называется частотой взятия
отсчетов, или частотой дискретизации.

Отсчеты непрерывного сигнала, так же, как и отсчеты температу-
ры, следует брать с такой частотой (или через такой интервал време-
ни), чтобы успевать отследить все, даже самые быстрые, изменения
сигнала. Иначе при восстановлении этого сигнала по дискретным от-
счетам часть информации будет потеряна, и форма восстановленно-
го сигнала будет отличаться от формы исходного (рис. 4.21). Это оз-
начает, что звук на приеме будет восприниматься с искажениями.

В 1933 г. в работе «О пропускной способности «эфира» и проволо-
ки в электросвязи» русский ученый В. А. Котельников доказал теоре-
му, ставшую основополагающей в теории и технике цифровой связи.
Суть этой теоремы состоит в том, что непрерывный сигнал, у которого
спектр ограничен частотой F, может быть полностью и однозначно
восстановлен по его дискретным отсчетам, взятым с частотой fn = 2F,
т. е. через интервалы времени tA = 1/2F.
Рис. 4.21. Искажение формы восстановленного сигнала

Мы не приводим полную математическую формулировку теоремы,
а "Также ее доказательство, а лишь ограничиваемся указанием сути
теоремы.

Квантование. Пусть в результате дискретизации непрерывного
сигнала S(t) была получена последовательность узких импульсов.
Амплитуды импульсов равны в этом случае мгновенным значениям
сигнала S(t) в моменты / Тд, где / = 0, 1,2, 3, ...; /д - период следова-
ния импульсов, или интервал дискретизации.

Подвергнем полученный сигнал квантованию по уровню (рис. 4.22).
Для этого диапазон возможных значений амплитуд (т. е. диапазон
значений первичного сигнала) делится на отрезки, называемые ша-
гами квантования Границы этих отрезков являются разрешенны-
ми для передачи значений амплитуд импульсов. Таким образом, ам-
плитуды передаваемых импульсов будут равны не мгновенным зна-
чениям первичного сигнала, а ближайшим разрешенным уровням.
Особенностью полученного сигнала является то, что все его уровни
можно пронумеровать и тем самым свести передачу этого сигнала к
передаче последовательностей номеров уровней, которые этот сиг-
нал принимает в моменты /• ta.

Если шаги квантования одинаковы и не зависят от уровня кванто-
вания, то квантование называют равномерным. Возможно неравно-
мерное квантование, при котором шаги квантования различны.
В процессе квантования возникает ошибка вследствие того, что
передаваемый квантованный сигнал отличается от истинного. Эту
ошибку можно рассматривать как специфическую помеху - шум кван-
тования. Последний представляет собой случайную последователь-
ность импульсов (рис. 4.23), максимальное значение амплитуды кото-
рых не превышает половины шага квантования. Чем меньше шаг
квантования, тем меньше шум, но больше число передаваемых раз-
решенных уровней.

Следующий шаг в преобразовании сигнала состоит в переводе
квантованного сигнала в цифровой. Эта операция называется коди-
рованием сигнала.

Для передачи полученной последовательности номеров уровней
сигнала будем использовать двоичный код. На рис. 4.22 мы различа-
ем восемь уровней. Очевидно, что в этом случае следует воспользо-
ваться трехэлементным кодом (23 = 8). Если взять число уровней
квантования 16, то при этом точность передачи сигнала увеличивает-
ся (шумы квантования уменьшаются), но как следует из раздела 4.2
увеличивается полоса частот, занимаемая сигналом.

Интересно подсчитать, какую скорость имеет цифровой поток, по-
лученный из непрерывного телефонного сигнала путем дискретиза-
ции его через 125 мкс и 8-разрядного кодирования. За секунду ток
микрофона изменяется 8000 раз. В 8-разрядном кодере каждое изме-
ренное значение тока представляется двоичным словом из 8 единич-
ных элементов. Значит, каждую секунду в линию отправляется
8000 • 8 = 64 000 элементов. Если каждый элемент «несет» на себе
один бит, то скорость передачи информации равна 64 кбит/с.

Кодовая комбинация из 8 бит, образующая двоичное слово, назы-
вается байтом. Символы в каждой кодовой комбинации отделены
друг от друга временным интервалом tT, т. е. следует с частотой
/т=1//г. Эта частота называется тактовой. Преобразование отсче-
тов непрерывного сигнала в двоичный код называется импульсно-
кодовой модуляцией (ИКМ). В настоящее время этот способ получе-
ния цифровых сигналов из аналоговых наиболее распространен. Сис-
темы передачи, использующие данное преобразование сигналов, на-
зываются ИКМ системами. В иностранной литературе используется
аббревиатура РСМ (от английских слов pulse code modulation, что в
переводе как раз и означает импульсно-кодовая модуляция).

На приеме по принятым кодовым комбинациям происходит вос-
становление переданного аналогового сигнала с точностью, которая
зависит от числа уровней квантования.
4.4.	Методы преобразования сигналов

Общие понятия о модуляции. Может возникнуть вопрос, нельзя
ли для того чтобы передать с помощью радиоволн человеческую речь
или музыку, звуковые колебания сначала превратить в электрические,
а последние с помощью антенны преобразовать в электромагнитные
волны, чтобы затем в приемном пункте электромагнитные волны сно-
ва превратить в звуковые?

Звуковые колебания, воспринимаемые человеческим слухом, ле-
жат в полосе частот от 20 до 20 000 Гц, т. е. такие колебания создадут
ворны длиной от 15 000 до 15 км. Антенны же могут эффективно из-
лучать электромагнитные колебания только тогда, когда их размеры
соизмеримы с длиной волны. Поэтому передача колебаний с такими
длинами волн оказывается практически невозможной.

Если учесть, что можно построить антенны с размерами, не пре-
вышающими нескольких сотен метров, то становится ясно, что для
радиосвязи можно использовать волны длиной не более нескольких
километров. Такие электромагнитные волны создаются колебаниями
с частотами, во много раз превышающими частоты звуковых колеба-
ний. Поэтому только их можно использовать в качестве переносчиков
полезных звуковых сигналов.

Однако сами по себе колебания высокой частоты информацию не
несут. Посылать их по линии связи бесполезно. Так же бесполезно,
как посылать телеграмму с адресом, но без текста: она дойдет срав-
нительно быстро, но ее получатель сведений не получит.

Таким образом, в нашем распоряжении есть сообщение, содержа-
щее информацию, но не способное дойти до получателя. Есть и вы-
сокочастотное колебание, которое найдет своего получателя, но не
принесет ему информацию. Как соединить вместе необходимые каче-
ства сообщения и безынформативного колебания?

Единственный способ - попытаться наложить на высокочастотное
колебание отпечаток сообщения, т. е. использовать высокочастотное
колебание лишь в роли переносчика сообщения, содержащего ин-
формацию. С этой целью нужно изменять один или несколько призна-
ков - параметров несущего колебания в соответствии с изменениями
сообщения. Тогда мы получим высокочастотное колебание с меняю-
щимися во времени параметрами по закону передаваемого сообще-
ния. Рассмотренный процесс называется модуляцией. Благодаря ис-
пользованию модуляции осуществляется перенос спектра исходного
сигнала в нужный для передачи диапазон частот.

Возьмем в качестве переносчика гармоническое высокочастотное
колебание

и( f) = L/sin(cof + фо).
У него три независимых параметра: амплитуда U, частота со и на-
чальная фаза фо- В соответствии с этим возможны три вида модуля-
ции: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ). Значит, не-
обходимо заставить перечисленные параметры изменяться во вре-
мени по закону сообщения - модулирующего колебания. Начнем с
наиболее простого вида модуляции - амплитудной. Однако, несмотря
на сравнительную простоту, для пояснения сущности АМ без формул
нам с вами не обойтись.

Амплитудная модуляция. Предположим, что нужно передать
простой звуковой сигнал одного тона (частоты) и постоянной ампли-
туды. Для этого, прежде всего, необходимо превратить акустические
(звуковые) колебания в электрические. Задача эта обычно решается с
помощью микрофона. Полученное от микрофона переменное напря-
жение непосредственно или после усиления подается на модулятор.
Это напряжение изменяется по закону (рис. 4.24, а)

1/эв = L)a sinQf.

При амплитудной модуляции амплитуда высокочастотных колеба-
ний (рис. 4.24, б) должна изменяться в соответствии с этим законом

Рис. 4.24. Передаваемый сигнал (а), несущее колебание (б),
амплитудно-модулированный сигнал (в)
(рис. 4.24, в), т. е. убывать при отрицательном полупериоде напряже-
ния сигнала и возрастать при положительном:

U = UQ + L/QsinQ,

где U- мгновенное значение амплитуды высокочастотных колебаний;
Uo - амплитуда высокочастотных колебаний при отсутствии модуля-
ции, т. е. звуковой сигнал, воздействующий на микрофон, не поступа-
ет, и UQ - максимальное отклонение амплитуды от значения Uo при
воздействии звукового сигнала на микрофон.

Это выражения можно переписать в виде:

'	и = С/о| 1 +—sinQf \

I ио )

Относительное максимальное изменение амплитуды высокочас-
тотных колебаний называют коэффициентом (глубиной) модуляции:

= Мам.

Уравнение высокочастотных колебаний, модулированных по ам-
плитуде, можно записать в виде:

Uam = CsincD/ = Uo (1 + M/mUq siniif )sincof.

Для упрощения считаем, что начальная фаза высокочастотного
колебания равна нулю.

Раскрыв скобки, получим

иАМ = (VoSinwf+ L/0A4AMsin£lfsin(Df.

Так как sinacosp = (cos(a-P)-cos(a + P))/2, то уравнение ам-
плитудно-модулированного (далее будем говорить АМ) колебания
может быть представлено в виде

иАм = С/о sincof •+• cos(co-fl)f- cos(cD+Q)t. (4.11)

Из (4.11) видно, что модулированный сигнал состоит из трех высо-
кочастотных колебаний (при модуляции сигналом одной частоты по-
стоянной амплитуды). Наибольшей амплитудой обладают колебания
с частотой ш, которую принято называть несущей частотой. Две дру-
гие составляющие имеют одинаковые амплитуды, не превышающие
половины амплитуды колебаний несущей частоты. Эти составляющие
расположены ниже и выше несущей частоты и отличаются от нее на
значение, равное частоте модулирующего сигнала. Эти частоты при-
нято называть соответственно нижней и верхней боковыми часто-
тами (они расположены слева и справа от несущей, т. е. «сбоку»).
и0

mUo/2

ml/o/2

co-Q

co+Q со

и0

б

Рис. 4.25. Спектры первичных (модулирующих) и АМ сигналов

Спектр модулирующего сигнала и спектр АМ сигнала показаны на
рис. 4.25, а. Если первичный сигнал сложный и его спектр состоит из
множества частот от £2МИН до ЙмакС, то спектр АМ колебания будет со-
стоять из несущего колебания и двух боковых полос, симметричных
относительно несущей (рис. 4.25, б).

Из рисунка видно, что при передаче модулированных колебаний
происходит излучение спектра частот, границы которого определяют-
ся максимальной верхней и минимальной нижней боковыми частота-
ми f + Емакс и f- FMaK. Следовательно, при амплитудной модуляции
передатчик занимает полосу частот, ширина которой равна двум мак-
симальным частотам модуляции 2Емакс.

Когда говорят, что радиостанция работает на какой-либо частоте,
то имеют в виду ее несущую частоту. Понятно, что две радиостанции
не могут работать без взаимных помех, если их несущие частоты раз-
личаются меньше, чем на сумму их максимальных частот модуляции.

К достоинствам амплитудной модуляции следует отнести сравни-
тельно узкую полосу частот AM-сигнала, а также простоту модулятора
и приемника АМ сигналов. Это делает данный вид модуляции удоб-
ным для массового радиовещания, и он там широко применяется.

Но амплитудная модуляция имеет и недостатки.

1.	Низкая эффективность использования мощности передатчика.
Из (4.11) и рис. 4.25 видно, что как минимум половина мощности пе-
редатчика затрачивается на передачу несущей частоты, которая в
принципе не содержит информации о передаваемом сообщении.

2.	Малая помехоустойчивость (способность модулированных сиг-
налов противостоять вредному воздействию помех) АМ сигнала. Так,
если по пути распространения радиоволн, возникнет помеха, совпа-
дающая с полезным сигналом по спектру, она добавится к полезному
сигналу и беспрепятственно поступит на радиоприемник.
Частотная модуляция. Частотной модуляцией называется про-
цесс изменения частоты высокочастотного колебания в соответствии
с колебаниями передаваемого (модулирующего) сигнала звуковой
частоты. В простейшем случае модуляции синусоидальным сигналом
частота высокочастотного колебания изменяется около среднего зна-
чения а>о по закону модулирующего сигнала

и = L/osin(too + AtosinQ/)/ 

где (Оо = 2л/Ь _ средняя частота высокочастотного колебания (несу-
щая); Q = 2itF - частота модуляции; Ato = 2лД/0 - величина частот-
ного отклонения или девиация частоты.

Графики, поясняющие процесс частотной модуляции, приведены
на рис. 4.26. Верхний из них отображает модулирующее колебание,
средний - частотно-модулированное колебание, а нижний - измене-
ние частоты в результате воздействия модулирующего сигнала. Эта
частота изменяется от среднего значения f0 в сторону увеличения до
/макс И В сторону уМвНЬШвНИЯ ДО /мин*

Полоса частот, занимаемая передатчиком, модулируемым по час-
тоте, зависит от отношения девиации частоты Ato к модулирующей
частоте Q. Это отношение называют индексом модуляции

Мщд = Ato/£2 = А/q/F Мцм = Ato /Г) = Afo / F.

и

Рис. 4.26. Принцип частотной модуляции
Математический анализ (кстати, для частотно-модулированного
колебания, довольно сложный) показывает, что даже в простейшем
случае модуляции одним гармоническим сигналом спектр частотно-
модулированного колебания содержит бесконечное число боковых
колебаний, расположенных попарно относительно среднего (несуще-
го) колебания. Боковые частоты спектра равны f0 ± nF, где л = 1, 2,
3... Расстояние между соседними боковыми колебаниями равны

частоте модулирующего сигнала F (рис. 4.27). Таким образом, спектр
модулированной несущей при частотной модуляции даже при гармо-
ническом первичном сигнале состоит из бесконечного числа дискрет-
ных составляющих, образующих нижнюю и верхнюю боковые полосы
спектра, симметричные относительно несущей частоты (рис. 4.27).

Из рис. 4.27 видно, что спектр частотно-модулированного сигнала
значительно шире спектра амплитудно-модулированного сигнала.

В случае, если первичный сигнал s(f) имеет форму, отличную от
синусоидальной, и занимает полосу частот от QMMH до £2макс. спектр
модулированного колебания при частотной модуляции будет иметь
еще более сложный вид.

Следует отметить, что амплитуда сложного частотно-
модулированного колебания в процессе модуляции всегда остается
постоянной, так как не несет никакой информации. Если из-за помех
амплитуда изменится, то приемник никак не будет реагировать на это
изменение. Это существенно облегчает борьбу с помехами при прие-
ме частотно-модулированных колебаний. Именно высокая помехоза-
щищенность является главным достоинством частотной модуляции.
Однако за это приходится платить существенным (в 5-6 раз по срав-
нению с АМ) расширением спектра. Поэтому ЧМ применяется в тех
случаях, когда необходимо обеспечить высокое качество передачи
сигнала (или передать сигнал с нормальным качеством, но при боль-
шом уровне помех).

Частотная модуляция часто называется угловой модуляцией, так
как в выражении U = L/osin(too +AcosinQf) (ш0 + AtosinQf) есть угол.

Угловой модуляцией является, очевидно, и фазовая модуляция,
при которой меняется фаза несущей в соответствии с модулирующим
сигналом. Фазовая модуляция широко используется при передаче
цифровых сигналов.

Многопозиционная фазовая и амплитудно-фазовая модуля-
ция. Последний вид модуляции называют еще квадратурной ампли-
тудной модуляцией (QAM - Quadrature Amplitude Modulation).

Известно, что если сообщение передается двоичными посылками
(двоичным кодом), то скорость передачи информации не может пре-
вышать 2AF* бит/с (AF* - полоса пропускания канала) или 2 бит/с на
1 Гц полосы пропускания канала. Для повышения удельной скорости
передачи информации необходимо перейти к многократной модуля-
ции (многопозиционным кодам), при которой каждая элементарная
посылка несет более 1 бита информации.

Наибольшее применение многократные методы нашли при фазо-
вой модуляции. Здесь каждой комбинации из п единичных двоичных
элементов, поступивших от источника, ставится в соответствие опре-
деленное значение фазы отрезка несущей. Правило отображения
двоичной последовательности {а,} в последовательность сигналов
{s,.*(t)} называется модуляционным кодом. Так, при двукратной фа-
зовой модуляции (ДФМ) передаваемая последовательность разбива-
ется на комбинации из двух элементов. Очевидно, что число различ-
ных комбинаций длины т равно 2т. Для ДФМ 2т = 4. Передача ин-
формации осуществляется дибитами в соответствии с модуляцион-
ным кодом (табл. 4.3).

Применительно к двукратной относительной фазовой модуляции
(ДОФМ) Дф соответствует сдвигу фаз между /-м и (/- 1)-м сигналами.
На приеме в зависимости от сдвига Дф в соответствии с табл. 4.3 вы-
дается одна из комбинаций. При одной и той же скорости модуляции
ДОФМ позволяет обеспечить вдвое большую скорость передачи ин-
формации, чем ОФМ. Но так как при ДОФМ минимальный сдвиг по
фазе между сигналами 90, а не 180°, как при ОФМ, вероятность
ошибки при ДОФМ выше. Двукратная относительная фазовая моду-
ляция в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т применяется для пе-
редачи информации со скоростью 2400 бит/с.

Увеличение удельных скоростей передачи до 3 бит/(Гц с) и выше
может быть получено совместным использованием амплитудной и
фазовой модуляций, причем для сокращения спектра сигнала в канал
передается одна боковая полоса частот.

Система сигналов, применяемая при передаче информации,
должна выбираться так, чтобы обеспечить минимальную вероятность

Таблица 4.3. Правило формирования ДФМ-сигнала

Комбинация	00	01	11	10
Д(р°	45	135	225	315
неправильного приема элемента при
заданной средней мощности пере-
датчика. В наилучшей системе сиг-
налов минимальное из расстояний
между парами сигналов должно быть
максимальным.

На практике при т = 16 во многих
устройствах преобразования сигна-
лов (УПС) применяется так назы-
ваемая квадратурная амплитудная
модуляция КАМ-16 (рис. 4.28). Про-
игрыш в помехоустойчивости при
КАМ по сравнению с оптимальной
системой сигналов составляет при-
близительно 0,5 дБ.

Отметим, что изменение свойств

Рис. 4.28. Сигналы квадратур-
ной амплитудной модуляции
КАМ-16

помехи приводит к изменению

структуры оптимальных систем сигналов. Для каналов, в которых
имеются фазовые флуктуации (дрожание фазы), следует выбирать
сигналы, существенно разнесенные по углу. Такая система сигналов
представлена на рис. 4.29. Она отвечает рекомендации МСЭ-Т V.29

и обеспечивает минимальный угол между векторами 45°, что более
чем в 2 раза превышает аналогичный показатель системы КАМ-16.

Следует отметить, что достижение высокой удельной скорости
возможно только в том случае, если УПС являются адаптивными. Это

связано с непостоянством параметров канала связи по времени, а
также нестационарным характером действующих в нем мультиплика-
тивных и аддитивных помех. Для адаптации в состав УПС включают-
ся блоки идентификации параметров канала и помех, оценки которых

• 9600 бит/с
о 7200 бит/с
© 4800 бит/с

/н = 1700 Гц

Рис. 4.29. Диаграмма сигналов для различных скоростей
передачи модема на 9600 бит/с
используются для изменения параметров и структуры блоков форми-
рования и обработки сигналов.

К протоколам, используемым в модемах, относятся V.32, V32bis и
протокол V.34. В V.32 используется квадратурная амплитудная мо-
дуляция. Частота несущего колебания 1800 Гц, скорость модуляции
2400 Бод. Имеются режимы двух-, четырех- и шестнадцатипозицион-
ной QAM. Соответственно информационная скорость может быть 2400,
4800 и 9600 бит/с. Кроме того, для скорости 9600 бит/с имеет место
альтернативная модуляция - 32-позиционная ТСМ (Trellis Code Modu-
lation). Применение модуляции с решетчатым или треллис-
кодированием позволяет повысить помехозащищенность передачи
информации. Суть этого кодирования заключается в введении избы-
точности и использовании при декодировании алгоритма Витерби.

В V.32bis частота несущей 1800 Гц и скорость модуляции
2400 Бод. Имеются режимы ТСМ-16, ТСМ-32, ТСМ-64 и ТСМ-128. Со-
ответственно информационная скорость может быть 9600, 12 000 и
14 400 бит/с. Протокол V.32bis - стандарт де-факто для всех совре-
менных модемов.

Название рекомендации V.34 «Модем, обеспечивающий передачу
данных со скоростями 28 800 бит/с для использования на коммути-
руемой сети общего пользования и на двухточечных двухпроводных
выделенных каналах телефонного типа». Ключевым моментом, по-
зволившим столь резко увеличить скорость передачи информации,
стало более полное использование полосы 0,3...3,4 кГц. Другой важ-
ный момент - применение помехоустойчивого кодирования и, в част-
ности, техники ТСМ и ряд других новинок.

Следует заметить, что скорость передачи информации 28 800 бит/с
при передаче информации в полосе 0,3...3,4 сегодня также не явля-
ется предельной. Уже есть разработки, позволяющие осуществлять
передачу данных со скоростью 33 000 бит/с (V.34+), а в специально
организованных каналах достигнута отметка 56,0 кбит/с. Что даль-
ше? Ответ на этот вопрос дает известная формула К. Шеннона, со-
гласно которой скорость передачи данных определяется шириной
полосы частот, пропускаемых каналом (она нам задана), и отношени-
ем мощности полезного сигнала к мощности шума.

Методы преобразования сигналов, используемые в XDSL тех-
нологиях. Не следует забывать, что все, ранее рассмотренные мо-
демы, это устройства, которые подключаются к телефонной линии.
Они обмениваются данными, работая в достаточно узкой полосе час-
тот (0,3...3,4 кГц). И даже самые скоростные модемы используют при
этом только малую часть (около 1%) пропускной способности медной
кабельной линии, проложенной от потребителя до АТС, и называемой
абонентской линией.
Таблица 4.4. Формирование кода 2B1Q

	в<2)	10	11	01	00
~	Q(1)	+3	+1	—1	-3

Использовать более рационально возможности абонентской мед-
ной кабельной линии позволяют технологии XDSL. DSL (Digital Sub-
scriber Line) означает цифровая абонентская линия, а X определяет
вид технологии.

Не вдаваясь в подробности реализации технологии XDSL, рас-
смотрим здесь только методы преобразования сигналов источника,
обеспечивающие высокий коэффициент использования пропускной
способности абонентских линий.

Заметим, что преобразование сигналов, поступающих от источни-
ка, осуществляется в XDSL путем перекодирования или модуляции.

Широко применяемым методом перекодирования сигналов явля-
ется перекодирование с использованием кода 2B1Q (Two - Binary,
One - Quaternary). Сущность кодирования 2B1Q заключается в пре-
образовании двух двоичных единичных элементов в один четверич-
ный (табл. 4.4). Таким образом, код 2B1Q обеспечивает передачу на
одном единичном интервале двух бит.

Вид сигнала, соответствующий передаче последовательности
100001101, представлен на рис. 4.30, а спектр сигнала для скорости
передачи информации 2320 кбит/с - на рис. 4. 31.

Из рис. 4.31 видно, что максимум энергетического спектра прихо-
дится на низкие частоты, в спектре содержится постоянная состав-
ляющая. Все это делает сигнал 2B1Q достаточно чувствительным к
искажениям и помехам.

Использование кода 2B1Q позволяет обеспечить скорость переда-
чи информации в технологии HDSL - (High-data-rate Digital Subscriber

Рис. 4.30. Вид сигнала
при кодировании кодом
2B1Q

Рис. 4. 31. Спектр сигнала для скорости
передачи информации 2320 Кбит/с
Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия) 2048 кбит/с.
Такая скорость не является предельной для медных абонентских ли-
ний. Так в технологии ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) ско-
рость передачи информации от сети порядка 8 Мбит/с, а от абонента
около 800 кбит/с. В ADSL используется или модуляция CAP (Carrier-
less Amplitude and Phase Modulation), что означает амплитудно-
фазовая модуляция без несущей, или DMT (Discrete Multitone Modula-
tion) - дискретная модуляция со многими несущими. САР - модуля-
ция похожа на QAM, она имеет ту же форму спектра. Несущая часто-
та при САР модулируется по амплитуде и фазе. При этом перед пере-
дачей в линию сама несущая вырезается из сигнала, так как она не со-
держит информацию и в то же время обладает наибольшей энергией.

На практике используются САР64 и САР128. В первом случае на
интервале, равном длительности единичного элемента, передается
6 бит, во втором - 7 бит. Благодаря этому достигается существенное
ограничение спектра сигнала как в области высоких, так и низких час-
тот, что позволяет избежать диапазонов спектра, наиболее подвер-
женных различного рода помехам и искажениям.

На рис. 4.32 представлены для сравнения спектры сигналов для
САРи2ВЮ.

Основные преимущества САР по сравнению с 2B1Q заключаются
в следующем:

-	повышение дальности работы, обусловленное тем, что более низ-
кочастотный (по сравнению с 2B1Q) сигнал меньше ослабляется
кабельной линией;

-	благодаря отсутствию в спектре высокочастотных составляющих,
обеспечивается нечувствительность к высокочастотным и им-
пульсным шумам, радиоинтерференции, значительное снижение
перекрестных наводок;

-	отсутствие взаимовлияния в низкочастотной части спектра, тради-
ционно используемой для аналоговой передачи телефонных раз-
говоров и сигнализации;
Каждый подканал (тон) имеет QAM-модуляцию

Мощность

Спектр прямого
канала

Спектр обратного
канала

Рис. 4.33. Спектр DMT сигнала

-	нечувствительность к низкочастотным наводкам от силовых уста-
новок (метро, железнодорожный транспорт и др.) и электрических
сетей;

-	высокая помехоустойчивость и нечувствительность к групповому
времени задержки. Ввиду отсутствия в спектре высокочастотных
(свыше 260 кГц) и низкочастотных (ниже 40);

-	поскольку ширина спектра составляет лишь 200 кГц, не проявля-
ются эффекты, вызываемые групповым временем задержки;

-	минимальный уровень создаваемых помех и наводок на соседние
пары;

-	в спектре нет составляющих ниже 4 кГц;

-	совместимость с аппаратурой уплотнения, работающей по сосед-
ним парам.

При DMT обычно используется частотный диапазон от 26 кГц до
1,1 МГц, который делится на 256 поддиапазонов по 4 кГц (рис. 4.33).

Каждая из 256 несущих моделируется информационным сигналом
по методу QAM. Использование QAM позволяет регулировать ско-
рость в каждом из подканалов в зависимости от отношения сиг-
нал/помеха в подканале (рис. 4.34).

Это является существенным преимуществом DMT перед САР.
DMT обеспечивает большие скорости передачи информации и позво-
ляет перекрыть большие расстояния по сравнению с САР.

Как и следовало ожидать, высокие скорости передачи информации
в технологиях XDSL обеспечиваются прежде всего за счет передачи
нескольких бит на одном единичном интервале и идеях, позволяющих
снизить влияние помех. Одной из таких идей, позволяющих снизить
влияние помех за счет исправления ошибок, является сверточное или
треллис-кодирование с декодированием по алгоритму Витерби.
Рис. 4.34. Адаптация скорости передачи данных при
использовании модуляции DMT

Весьма плодотворной идеей, используемой в ADSL2+, является идея
«перетекания сигнала» (Water filling).

Как известно, одним из самых серьезных негативных факторов,
лежащих на пути использования технологии ADSL, являются пере-
ходные помехи, т. е. фактор влияния одной пары на другую. В случае
использования для предоставления услуг ADSL целого пучка пар на-
блюдается взаимное влияние сигналов абонентов ADSL друг на дру-
га. Срабатывает фактор наводки сигнала с одной пары на другую.

На рис. 4.35 показано влияние на ближнем (NEXT) и дальнем
(FEXT) конце в случае трех пар ADSL.

Специфика переходной помехи заключается в том, что в случае
установления слабой связи между парами работа абонента ADSL в
одной паре приводит к появлению широкополосного шумового фона
в другой, так как шум от переходной помехи логично проявляется во
всем рабочем диапазоне частот ADSL. И чем большее количество
связей будет между парами, тем меньше допускается абонентов в
пучке. Но на помощь может прийти алгоритм Bit Swapping (BS), при-
менение которого вызывает «перетекание» сигналов между связан-
ными парами в пучке в разные диапазоны. Этот процесс проиллюст-
рирован на рис. 4.36.

Рис. 4.35. Переходные помехи на трех парах пучка


"Перетекание"
сигналов поль-

,	зователя 2

_____Перетекание А	_____

ГА Г I сигналов поль- / \	/

I \	зователя 1 I \	/

L Л_______________L I/А7

Рис. 4.36. Алгоритм BS обеспечивает режим «перетекания»
спектра сигнала в условиях взаимной помехи

Алгоритм BS предусматривает такое положение вещей, когда сис-
тема ADSL не стремится во что бы то ни стало «запихнуть» макси-
мальное количество битов на одну несущую. Вместо этого алгоритм
BS предлагает путь наименьшего сопротивления: он не борется с по-
мехой, а предлагает передавать информацию на тех несущих, где ее
нет. Именно эта логика и позволяет «развести» спектр передаваемых
сигналов в двух смежных парах, если между ними устанавливается
высокий уровень переходных помех.

Рассмотрим рис. 4.36 по стрелке, которая показывает различные
стадии «перетекания» спектра сигнала. Первая картинка отражает
спектры двух сигналов в разных парах, причем между парами имеет-
ся высокий уровень переходных помех. В таком случае, поскольку
спектры сигналов почти одинаковые, уровень взаимных помех будет
очень высоким, и от этого проиграют оба пользователя. Но за дело
берется алгоритм BS. Он рассматривает спектр сигнала пользователя
2 (разумеется, ослабленный) в качестве помехи и видит, что имеется
часть диапазона сигнала, где данная помеха не присутствует. Тогда
BS «перетаскивает» информацию именно в этот диапазон. Целиком
это ему не удается, но большую часть сигнала он спасает.

Теперь за дело берется алгоритм BS для пользователя 2, который
также рассматривает спектр сигнала пользователя 1 в качестве поме-
хи, причем эта помеха сосредоточена в области низких частот. Тогда
BS «перетаскивает» сигнал пользователя 2 в область высоких частот.
В результате мы получаем картину, что в парах спектры сигналов
«разошлись» в пределах спектра всего ADSL. Тем самым уменьшил-
ся эффект от взаимной переходной помехи между двумя парами.

Контрольные вопросы

1.	Дайте определение терминам информация, сообщение, сигнал.

2.	Насколько корректно словосочетание «дискретная информация?

3.	Что такое спектр сигнала? Что дает нам знание спектра сигнала?

4.	Что такое модуляция и когда ее целесообразно использовать?

5.	Каковы достоинства и недостатки частотной модуляции по сравнению с
амплитудной?

6.	Что дает применение технологий XDSL?

7*. Поясните принцип работы алгоритма BS.
5.1.	Медные кабельные линии

Составной частью системы передачи является линия связи, по ко-
торой распространяются электрические сигналы. В зависимости от
конкретных условий, в которых организуется связь, для передачи сиг-
налов используют проводные или радиолинии.

По проводным линиям электромагнитное поле распространяется
вдоль непрерывной направляющей среды. К ним относятся воздуш-
ные и кабельные линии, волноводы и световоды. По радиолиниям,
информация о которых дана в гл. 10, сообщения передаются посред-
ством распространения электромагнитных волн в свободном про-
странстве.

Исторически первыми возникли и применяются до настоящего
времени воздушные линии (цепи). Воздушная цепь представляет
собой пару изолированных металлических проводов, закрепленную
на некотором расстоянии друг от друга, в результате чего роль
изолятора между проводами выполняет воздух. Подвешиваются
провода на деревянных или железобетонных опорах.

Недостатки воздушных цепей - значительное влияние климатиче-
ских условий на устойчивость работы системы связи, высокий уро-
вень помех (от высоковольтных линий, контактной сети электрифици-
рованных железных дорог, радиостанций), малый диапазон частот,
в котором возможна передача.

Кабель связи представляет собой некоторое количество проводни-
ков, изолированных друг от друга. В качестве изоляции используются
кабельная бумага или различные разновидности пластмасс. Для пре-
дохранения от проникновения влаги проводники заключаются в гер-
метическую оболочку. Сверху накладывают защитные покровы, пре-
дохраняющие кабель от механических повреждений.

Переход от воздушной цепи к кабельной позволил существенно
уменьшить влияние климатических условий на работу систем связи,
снизить уровень помех, расширить рабочий диапазон частот. Кабели
подразделяются на подземные, подводные и подвесные.

Старейшие среди современных кабелей связи - городские теле-
фонные кабели. Да и самой разветвленной кабельной сетью является
городская телефонная сеть (не секрет, что большая часть телефонов
находится у жителей городов).

Городские телефонные кабели бывают разными (рис. 5.1). Они мо-
гут содержать от 10 (такие кабели заводят в подъезды домов и под-
ключают к распределительным коробкам, откуда телефонные прово-
да тянутся в каждую квартиру) до 500,1000 и даже 3000 пар проводов
(а такие кабели используют для того, чтобы собрать воедино тяну-
щиеся от жилых массивов к АТС более мелкие кабели). Жилы скручи-
ваются определенным образом вместе и помещаются в прочную
свинцовую оболочку. В последние годы, благодаря успехам химии, на
смену бумажной изоляции жил и свинцовой оболочке пришли различ-
ные пластмассы (полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласт). Про-
кладываются городские телефонные кабели в подземной канализа-
ции в асбестоцементных трубах.

Для связи между городами выпускаются специальные междуго-
родные кабели - симметричные и коаксиальные. В отличие от город-
ских кабелей они содержат намного меньше пар проводов: не более
одного-двух десятков. Лежат эти кабели прямо в земле. Для повыше-
ния механической прочности междугородные кабели «одевают» в
броневые покровы (обычно это стальные бронеленты).

Когда по проводнику протекает ток, вокруг движущихся в металле
электронов возникают электрическое и магнитное поля. Чтобы убе-
диться в существовании электрического поля, достаточно поместить
вблизи проводника пробный электрический заряд (например, заряжен-
ный листок или бусинку). Если поле есть, то заряд сдвинется с места.
Обнаружить магнитное поле можно с помощью пробной магнитной
стрелки: она будет поворачиваться. Электрическое и магнитное поля
часто рассматриваются вместе как единое электромагнитное поле.
Попробуем увеличить частоту тока в проводнике. Десятки герц...
Сотни герц... Килогерцы... Сотни килогерц. Мы обнаруживаем (естест-
венно, с помощью приборов), что ток с ростом частоты все сильнее
и сильнее вытесняется из толщи проводника к его поверхности. Элек-
тромагнитное поле вне проводника возрастает, и вот на очень высо-
ких частотах (превышающих сотни и даже тысячи мегагерц) ток пол-
ностью вытесняется из проводника. Проводник начинает излучать
всю электромагнитную энергию в пространство. Передача ее по про-
воду прекратилась. Провод превратился в антенну!

Описанное явление - вытеснение тока к внешней поверхности провод-
ника - получило у специалистов название поверхностного эффекта. Суще-
ствует довольно простое объяснение поверхностного эффекта (рис. 5.2).

В 30-х гг. прошлого века Майкл Фарадей обнаружил, что в провод-
нике, помещенном в переменное магнитное поле, возникает ток. Все
дело в том, что наш проводник оказался помещенным в собственное
магнитное поле и под его воздействием в толще проводника образо-
валось множество замыкающихся по кольцу вихревых токов. У по-
верхности проводника эти токи направлены так же, как и основной
ток, и поэтому увеличивают его. В толще же проводника вихревые
токи оказываются направленными против основного тока и, следова-
тельно, уменьшают этот основной ток.

Мы рассмотрели один провод, тогда как для передачи сигналов
используются два провода - прямой и обратный (чтобы цепь тока
замкнулась). Каждый из проводов образует свое электромагнитное
поле. Их взаимодействие дает несколько более сложную картину по-
ля, однако эффект излучения поля вне проводов остается практиче-
ски неизменным - с ростом частоты излучение увеличивается.

Ток при отсутствии
поверхностного
эффекта /

Вихревые
токи
В городских телефонных кабелях под одной «крышей» - оболоч-
кой - собрано большое число пар проводов. Представим себе, что
цифровые сигналы (импульсы) передаются только по одной паре
проводов, по одной цепи (а по другим парам в это время ничего не
передается). Тем не менее и в остальных «нерабочих» парах можно
зафиксировать те же самые сигналы. Правда, очень слабые. И чем
дальше «нерабочая» пара расположена от «рабочей», тем слабее
в ней сигналы. Однако чем выше скорость передачи импульсов, тем
увереннее мы будем регистрировать в «нерабочих» парах эти им-
пульсы. Виной тому увеличивающееся на высоких частотах элек-
тромагнитное излучение. При большой скорости передачи влияние
одной цепи на другую может быть столь велико, что когда по второй
цепи будут передаваться «свои» сигналы, их будет очень трудно
отделить от «чужих».

Вот эти-то взаимные влияния между цепями и ограничивают воз-
можность беспредельно увеличивать скорость передачи импульсов
по городским телефонным кабелям. Практически она равна 2 Мбит/с.
Отсюда вывод: такие кабели не позволяют обмениваться видеопро-
граммами, ведь при передачи подвижного изображения биты «мчат-
ся» со скоростью во много раз большей.

Иное дело междугородный коаксиальный кабель. Один проводник
коаксиальной пары - обычный сплошной провод, а другой (по которо-
му ток «возвращается» обратно) - полый медный цилиндр (рис. 5.3).
Сплошной проводник помещен внутрь полого. Отсюда и название -
коаксиальная пара, что означает имеющая общую ось (coaxis - соос-
ный). Чтобы строго выдержать соосность проводников, пространство
между ними заполняют изолирующим материалом (сплошным поли-
этиленом, полиэтиленовыми шайбами и т. п.). Придумал такую конст-
рукцию пары проводников еще в 1912 г. профессор Петербургского

Распределение
тока во внешнем
проводнике

Рис. 5.3. Явление эффекта близости в коаксиальной паре
электротехнического института П.Д. Войнаровский (1886-1913), а ис-
пользовать ее в кабелях связи предложил в 1934 г. американский
изобретатель С.А. Щелкунов.

Коаксиальная пара - это поистине замечательное изобретение!
Она не излучает электромагнитную энергию в пространство, а следо-
вательно, не будет влиять на соседние цепи связи. Это имеет прин-
ципиально важное значение, поскольку позволяет повысить скорость
передачи информации.

Ток во внутреннем проводнике с ростом частоты также вытесняет-
ся на его поверхность. Этот процесс не отличается от описанного
выше. Магнитное поле внутреннего проводника наводит в металличе-
ской толще внешнего проводника вихревые токи. На наружной сторо-
не полого проводника эти вихревые токи направлены против основно-
го тока («срабатывает» знакомое из школьного курса правило бурав-
чика) и тем самым уменьшают, ослабляют его. Таким образом, ток в
полом цилиндре вытесняется не наружу, а внутрь коаксиальной пары.
Этот эффект ученые назвали эффектом близости. Он-то и является
причиной, по которой электромагнитное поле концентрируется внутри
коаксиальной пары и не излучается вне ее.

С ростом частоты действие эффекта близости увеличивается и
поле все сильнее и сильнее концентрируется между внутренним
и внешним проводниками. Именно поэтому по коаксиальным парам
потоки информации могут «нестись» с колоссальной скоростью, пре-
вышающей сотни миллионов бит в секунду.

Междугородные симметричные кабели имеют такую же конструк-
цию пар, как и городские телефонные (два скрученных, изолирован-
ных проводника). Однако за счет небольшого количества пар и более
тщательной их изоляции удается ослабить влияние между цепями и
повысить тем самым скорость цифрового потока. По междугородным
кабелям связи цифры передаются со скоростью порядка 8 Мбит/с.

5.2.	Волоконно-оптические кабельные линии

По световоду распространяется ... «невидимый» свет. Это может
показаться несколько неожиданным, тем более, что в рекламных жур-
налах можно увидеть красочные фотографии, на которых свет эф-
фектным веером льется из стеклянных нитей - оптических волокон.
Но это не так!

А разве свет бывает невидимым? Если быть точным, то следует
сказать, что светом называют электромагнитное излучение, воспри-
нимаемое человеческим глазом. Длина волны этого излучения
0,4...0,75 мкм. Но часто физики называют светом и невидимые элек-
тромагнитные волны, длины которых лежат далеко за пределами это-
го интервала: 0,01...340 мкм.
Сейчас в технике связи по оптическим волокнам широко использу-
ется длина волны 0,85 мкм, которая находится за видимым диапазо-
ном. Чем это вызвано? Чуть позднее мы ответим на данный вопрос, а
пока взгляните на оконное стекло. Вам кажется, что ничего более
прозрачного для света придумать нельзя? Однако если сделать из
этого стекла нить и ввести в нее луч лазера (например, гелий-
неонового, Л = 0,63 мкм), то даже при достаточно короткой ее длине
свет настолько ослабится, что не будет излучаться из противополож-
ного торца нити. Значит, обычное стекло не так уж прозрачно, как хо-
телось бы, и луч в нем, «спотыкаясь», не доходит до финиша. Дейст-
вительно, пачка из нескольких стекол кажется уже не прозрачной, а
зеленой, а торец ее - вообще черным.

Прозрачность стекол зависит от наличия в них примесей различных
элементов. Чем меньше примесей, тем стекло прозрачней. При изго-
товлении световодов из стекла нужно обеспечить очень высокую сте-
пень его очистки. Получить сверхчистое стекло удалось совсем недав-
но. Это сделал в 1970 г. инженер американской фирмы «Corning glass
company» по фамилии Капрон. Он и его сотрудники изготовили тонкую
стеклянную нить очень высокой (по тем временам) степени прозрачно-
сти: в такой нити свет на расстоянии в 1 км ослабляется в 100 раз.

Дальнейший прогресс в технологии получения сверхпрозрачных
оптических волокон позволил уже в 1972-1973 гг. уменьшить ослаб-
ление света: теперь на таком же расстоянии он ослаблялся только в 3
раза. В лучших образцах современных световодов, изготовленных из
сверхчистого кварцевого стекла, интенсивность света на длине 1 км
уменьшается всего в 1,05 раза.

И все же, как ни стараются сделать стекло сверхчистым, свет в нем
все равно ослабляется. Ослабление света происходит по двум причи-
нам: он рассеивается за пределами стеклянной нити и поглощается в
ней молекулами и атомами «вредных» примесей, находящихся в стекле.
Установлено, что рассеяние света зависит от длины волны передавае-
мого излучения. Чем короче длина волны, тем выше рассеяние света.

Если посмотреть на график ослабления света в стеклянном волок-
не (рис. 5.4), построенный для различных длин волн, то на нем можно
увидеть так называемое окно прозрачности, в котором ослабление
сравнительно небольшое. Оно охватывает длины волн, расположен-
ные в диапазоне ближнего инфракрасного излучения (0,85...1,8 мкм),
то есть в области «невидимого» света. Правда, внутри окна для неко-
торых излучений (0,95; 1,24; 1,39 мкм) наблюдаются всплески ослаб-
ления. Это вызвано тем, что колебания света «попадают в такт» (в
резонанс) с колебаниями ионов «вредных» гидроксильных групп ОН -
непрозрачной компоненты стекла, от которой, как правило, не удается
избавиться даже при изготовлении сверхчистых стекол. Возникает
резонансное поглощение света ионами этих групп.
Теперь становится понятным, почему в световодах предпочитают
иметь дело с волнами невидимого света, за исключением, конечно,
тех волн, которые сильно поглощаются.

Известно, что скорость света v в прозрачном веществе меньше ско-
рости света с - 300 000 км/с в вакууме. Отношение c/v обозначили бук-
вой п и назвали показателем преломления света в веществе. Но разве
можно сломать световой луч? Оказывается можно. Опустите в стакан
с водой ложку (рис. 5.5). На границе раздела между воздухом и водой
ложка покажется вам сломанной. Это случилось потому, что на границе
воздуха и воды световые лучи из-за разных скоростей распростране-
ния (в воде скорость в 1,33 раза меньше, чем в воздухе) преломились.

Итак, когда луч света попадает на границу раздела двух веществ
с показателями преломления n^ = c/vA и п2 = с/у2 (у воздуха этот
показатель равен 1), возникают отраженный луч (помните, «угол от-
ражения равен углу падения»?) и преломленный лучи. Первый, отра-
жаясь от поверхности, остается в веществе, а вот второй выходит за
его пределы. Для вещества - это потери, рассеяние света.

Рис. 5.5. Распространение света в стекловолокне
В оптике существует формула, по которой, зная показатели пре-
ломления пл и п2 веществ и угол 0 падения (отражения) луча, можно
найти, под каким углом 0пр он преломляется:

sin0np = —sin0.

л2

Конечно, при передаче света по волокну хотелось бы, чтобы свет
только отражался от границы и не рассеивался за пределы вещества
в виде преломленных лучей. Это начинает происходить с того момен-
та, когда угол 0пр достигает 90°: наступает полное отражение. Приве-
денная выше формула позволяет вычислить, под каким углом луч
должен падать при этом на границу раздела веществ. Например, во-
локно из стекла с показателем = 1,46, помещенное в воздухе (Дг = 1),
будет полностью отражать те световые лучи, которые попадают на
его боковую поверхность под углом 0 > 45°.

Не следует забывать, что свет вводят в торец волокна. Здесь кар-
тина иная: на боковую поверхность волокна будет падать луч, пре-
ломленный его торцом. И падать он должен так, чтобы полностью
отражаться от боковой поверхности (рис. 5.5). Возникает вопрос: под
каким же углом надо вводить луч в волокно? Оказывается, что в стек-
лянных волокнах, показатель преломления которых равен или больше
1,46, все световые лучи, попадающие на торец, направляются вдоль
волокна и свет не рассеивается. К ним относятся и волокна из кварцево-
го стекла, показатель преломления которых как раз равен 1,46.

Однако, «голые» волокна в оптических кабелях не используются.
И вот по какой причине. Для сохранения оптических свойств волокна в
условиях эксплуатации необходимо защищать его поверхность от
влаги и от истирания во время операций намотки и изготовления ка-
беля. Кроме того, голые стеклянные волокна при образовании на их
поверхности микротрещин могут самопроизвольно обрываться; это
связано с концентрацией механических напряжений на поверхности
волокна. Поэтому стеклянную нить помещают внутрь защитного пла-
стмассового покрытия. Чтобы не нарушить условия распространения
световой волны в волокне (пластмасса это не воздух), его делают из
двух слоев стекла: внутренний слой образует сердцевину волокна,
а внешний слой является оболочкой. Показатель преломления обо-
лочки делают ниже показателя преломления сердцевины, так что
практически все световые лучи распространяются внутри сердцевины.

Оптические волокна, у которых показатель преломления меняется
скачком (ступенькой) при переходе от сердцевины к оболочке (или к
оболочкам), назвали ступенчатыми.

Обычно показатели преломления сердцевины и оболочки разли-
чаются незначительно. Например, если показатель преломления серд-
цевины Пт = 1,465, то показатель преломления оболочки Пг = 1,460.
Расчет по приведенной ранее формуле показывает, что в сердцевину
войдут не все лучи, а только те из них, которые подходят к торцу под
небольшим углом. Если к тому же сделать сердцевину очень тонкой,
скажем 5...10 мкм (это тоньше человеческого волоса), то по ней смо-
жет распространяться всего один луч или, одна мода. Весь же воло-
конный световод вместе с оболочкой имеет стандартный диаметр -
125 мкм. Такой световод называется одномодовым (рис. 5.6, а). В не-
го лучше направлять острый луч полупроводникового лазера, так как
рассеянный поток света от светодиода ввести в тонкую сердцевину
очень трудно.

На практике широко применяются также волокна с толстой серд-
цевиной - 50...80 мкм (внешний их диаметр оставляют неизменным -
125 мкм). С такими световодами могут уже без особых сложностей
«работать» недорогие и изготавливаемые в массовом количестве
светодиоды. В связи с тем, что в толстую сердцевину волокна могут
войти (и будут распространяться по ней) сразу много лучей (или мод),
а не один, как в одномодовом волокне, световод такой конструкции
получил название многомодового (рис. 5.6, б).

У читателя может сложиться впечатление, что использовать мно-
гомодовое волокно гораздо выгоднее, чем одномодовое: и высокая
точность изготовления сердцевины не требуется, и дорогостоящий
источник света (полупроводниковый лазер) не нужен, и меньшие
сложности возникают при соединении волокон друг с другом и волок-

Оболочка (л2)

Рис. 5.6. Оптические волокна: одномодовое (а),
многомодовое (б), градиентное (в)
на с источником (можно обойтись без специальных разъемов, изго-
товленных с очень высокой точностью и потому стоящих очень доро-
го). Однако это не так. У многомодовых светодиодов есть один суще-
ственный недостаток, сводящий на нет все их преимущества.

Представьте себе, что по такому волокну передаются импульсы с
очень высокой скоростью, например 1 Гбит/с (миллиард бит в секунду).
Каждому импульсу соответствует очень короткая вспышка света дли-
тельностью 1 нс (миллиардная доля секунды - ее трудно даже себе
представить!). Так должно быть. И так было бы, если бы вдоль волокна
распространялся всего один луч. Но в многомодовом волокне распро-
страняется много лучей: один из них проходит более короткий путь -
вдоль оси сердцевины, а другие, которым приходится отражаться от
боковой поверхности бесконечное число раз, - самый длинный путь.
И это разница в пути возрастает с увеличением длины волокна.

За счет опоздавших к «выходу на сцену» лучей световой импульс
«размажется» во времени. Сложится такая ситуация: уже давно пора
передавать следующий импульс, а еще не «погасли» вспышки света
от предыдущего. Чтобы этого не случилось, придется уменьшать ско-
рость передачи до тех пор, пока вспышки света не будут четко отде-
лены одна от другой интервалами времени.

Ограничение скорости передачи цифровой информации - вот ос-
новной недостаток многомодовых световодов. Предельная скорость
передачи по ним - 20 Мбит/с. Зато по одномодовым световодам можно
«гнать» информацию со скоростью 100 Гбит/с, т. е. в 5000 раз быстрее.

Для того чтобы реализовать достоинства многомодовых светово-
дов и в то же время повысить скорость передачи информации по ним,
ученые предложили делать световоды не ступенчатыми (т.е. не со
скачкообразным изменением показателей преломления сердцевины и
оболочки), а, как говорят специалисты, градиентными - с плавным
изменением показателя преломления сердцевины от одного края до
другого (рис. 5.6, в). Такой маневр позволяет в какой-то мере выров-
нять время хода различных лучей и уменьшить «размывание» (спе-
циалисты говорят - дисперсию) световых импульсов. Скорость пере-
дачи по таким волокнам возрастает по сравнению со ступенчатыми
волокнами в 100 раз, т. е. до 2 Гбит/с.

Итак, мы познакомились с различными типами оптических волокон.
Но волокна не применяются отдельно. Их объединяют в оптические
кабели. По внешнему виду они очень похожи на электрические и мо-
гут содержать от нескольких десятков до нескольких сотен волокон.

Оптические кабели ни в чем не уступают электрическим! Их можно
прокладывать в земле и под водой, подвешивать на опорах, протяги-
вать в кабельных канализациях. Они легко изгибаются - световоды не
ломаются даже тогда, когда радиус изгиба очень мал, меньше 1 см;
они прочны на разрыв - само волокно из-за его однородности оказа-
лось крепче стальной струны того же диаметра, да и в кабель вводят-
ся специальные упрочняющие (армирующие) элементы; они хорошо
защищены от влаги и сырости - иначе бы стекло помутнело и изме-
нило свои оптические свойства. Оптические кабели во многом пре-
восходят электрические! Они имеют большую пропускную способ-
ность. При одинаковой пропускной способности они в 5-6 раз тоньше
и в 10 раз легче электрических. Оптическим кабелям не страшны уда-
ры молний, их не разъедает коррозия; на них не влияют ни радио-
станции, ни метрополитен; в них не рождаются взаимные помехи.
А сколько дефицитной меди экономят эти кабели! Между тем запасы
кварцевого стекла в природе практически не ограничены. Без риска
ошибиться предречем: за ними будущее.

5.3.	Принципы многоканальной связи

В середине XIX в. телеграф широко распространился по всему ми-
ру. Достаточно сказать, что общая протяженность телеграфных линий
в Европе, например в 1855 г., составляла почти 40 тыс. км, а уже через
10 лет, в 1865 г., она увеличилась до 160 тыс. км, т. е. в 4 раза. Однако
темпы строительства телеграфных линий не могли угнаться за потреб-
ностью в услугах телеграфной связи. За тот же период число передан-
ных телеграфных депеш возросло с 2 до 18 млн. шт., т. е. в 9 раз.

За счет чего же темпы роста телеграфного обмена (есть такой
специальный термин) оказались выше темпов строительства теле-
графных линий? Как удалось передать телеграмм в 9 раз больше,
если число телеграфных линий увеличилось лишь в 4 раза? В те
времена были известны два пути повышения эффективности исполь-
зования линии связи. Первый - совершенствование организации ра-
боты телеграфной службы и телеграфных аппаратов. Другими слова-
ми, телеграммы следовало передавать без промедления, одну за
другой, и с возможно большей скоростью, т. е. как можно больше букв
в минуту. Однако этот способ более эффективного использования
линии связи очень быстро оказался исчерпанным. Причина проста и
естественна. Как бы не улучшался телеграфный аппарат, скорость
работы на нем даже опытного телеграфиста не превышает 240...300
букв/мин. Второй путь требовал гораздо больших материальных за-
трат. Дело в том, что основным типом линий связи в XIX в. были воз-
душные линии. Вот что представляла собой такая линия. На столбах
(их называют опорами) подвешивался стальной провод диаметром
3...6 мм, а вторым проводом служила земля. По мере необходимости,
т. е. когда обмен телеграфными депешами возрастал настолько, что
передавать их по этому проводу попросту не успевали, на эти же
столбы подвешивался второй провод, затем третий и т. д. Такие ли-
нии связи можно назвать многопроводными. Например, в России пер-
вая однопроводная телеграфная линия была проложена в 1854 г.,
а уже через год, в 1855 г., возникла потребность в подвеске второго
провода. К 1857 г. в стране существовали пятипроводные телеграф-
ные линии, а на отдельных, особенно загруженных телеграфными де-
пешами участках, число висящих на опорах проводов достигало 8-12.

Все это привело к тому, что в упомянутом выше 1865 г. длина те-
леграфных проводов в Европе почти в 3 раза превышала длину теле-
графных линий связи и составляла около 450 тыс. км. Между тем из-
готовление и подвеска каждого последующего провода требовала
огромных по тем временам расходов. Да и подвешивание новых про-
водов не могло продолжаться бесконечно. Ставить же рядом новые
qnopbi и дорого, и громоздко.

Применительно к середине XIX в. проблема формулировалась так:
нужно было научиться передавать по одному проводу одновременно
несколько телеграмм.

Надо сказать, что данная проблема актуальна и по сей день.
Возьмем, к примеру, современную спутниковую линию связи. Она по-
зволяет организовать обмен информацией (а это могут быть либо
речевое сообщение, либо сведения из банка данных, либо видео-
изображение и т. д.) между двумя любыми точками нашей планеты.
Но вряд ли кому придет в голову использовать линию для передачи
информации только от одного пользователя к другому. Во-первых, это
очень дорого. Во-вторых, это неэффективно: в линию «вложены» ко-
лоссальные средства, а предоставляется она каждый раз только двум
пользователям. Гораздо выгоднее дать возможность как можно
большему числу пользователей «арендовать» на время обмена ин-
формацией «космический мост» за вполне умеренную плату. Но по-
скольку каждый из них может выразить желание воспользоваться ли-
нией связи в удобное для него время и не захочет мириться с тем, что
кто-то уже занял ее, решение проблемы может быть только таким: все
абоненты должны пользоваться линией связи одновременно.

Цепи связи проводных кабельных линий и стволы радиолиний мо-
гут обеспечить передачу сигнала в широкой полосе частот: от десят-
ков и сотен килогерц до десятков мегагерц в проводных системах
и сотен и тысяч мегагерц в радиосистемах. Если сравнить эти цифры
с шириной спектра первичных сигналов (табл. 2.2), то видно, что по-
лоса частот, в которой работает та или иная линия передачи однока-
нальной системы, используется крайне неэффективно.

Линия передачи большой протяженности представляет собой до-
рогое и громоздкое сооружение, требующее больших затрат сил,
средств и времени на строительство. Для содержания линий в ис-
правном состоянии также необходимы значительные силы и средст-
ва. Подавляющая часть капитальных затрат приходится на линейные
сооружения и лишь незначительная часть - на аппаратуру. Естест-
венно, возникает проблема наиболее эффективного использования
линейных сооружений. Техническим решением этой экономической
проблемы является одновременная передача по одной цепи большо-
го числа первичных сигналов от разных источников сообщений, т. е.
создание на одной цепи большого количества независимых каналов.

Первые образцы многоканальной системы появились в России
в 30-е годы XX века. В 1934 г. был налажен выпуск 3-канальной сис-
темы многократного телефонирования СМТ-34, которая выпускалась
вплоть до Великой Отечественной войны. В 1940 г. была введена
в опытную эксплуатацию первая в стране 12-канальная аппаратура
для воздушных линий. В настоящее время существуют проводные и
радиосистемы передачи, позволяющие организовать на одной цепи
(в одном стволе) от десятков до тысяч каналов передачи.

На рис. 5.7 приведена обобщенная структурная схема системы
многоканальной связи.

Реализация сообщений каждого источника a-i (f), a2(f).aw(1) с

помощью индивидуальных передатчиков (модуляторов) Мъ М2...Mw

преобразуются в соответствующие канальные сигналы Si (t), s^f).

sN(t). Совокупность канальных сигналов на выходе аппаратуры объе-
динения каналов (АОК) образует групповой сигнал s(f). Наконец, в
групповом передатчике (модуляторе) М сигнал s(t) преобразуется
в линейный сигнал sn(t), который и поступает в линию связи ЛС. До-
пустим, что линия пропускает сигнал практически без искажений и не
вносит шумов. На приемном конце линии связи линейный сигнал sn(t)
после демодуляции (Д) поступает на аппаратуру разделения каналов
(АРК). После индивидуальных приемников (демодуляторов) получаем
сообщения (f), a2(f)..aN(t).

Канальные передатчики вместе с суммирующим устройством об-
разуют аппаратуру объединения. Групповой передатчик М, линия свя-
зи ЛС и групповой приемник (демодулятор) составляют групповой ка-
нал связи (тракт передачи), который вместе с аппаратурой объедине-
ния и разделения, а также индивидуальными приемниками составля-
ет систему многоканальной связи.

Рис. 5.7. Обобщенная структурная схема системы многоканальной связи
Индивидуальные приемники системы многоканальной связи Д* на-
ряду с выполнением обычной операции преобразования сигналов
sk(t) в соответствующие сообщения ak(t) должны обеспечить выде-
ление сигналов sfc(f) из группового сигнала s(t). Иначе говоря, в со-
ставе технических устройств на передающей стороне многоканальной
системы должна быть предусмотрена аппаратура объединения, а на
приемной стороне - аппаратура разделения.

Чтобы разделяющие устройства были в состоянии различать сиг-
налы отдельных каналов, должны существовать определенные при-
знаки, присущие только данному сигналу. Такими признаками в об-
щем случае могут быть параметры переносчика, например амплиту-
да, частота или фаза в случае непрерывной модуляции гармониче-
ского переносчика. При дискретных видах модуляции различающим
признаком может служить и форма сигналов. Соответственно разли-
чаются и способы разделения сигналов: частотный, временной, фа-
зовый и другие.

Частотное разделение каналов. Пусть нам предоставлен в рас-
поряжение частотный диапазон Део. В то же время источник выраба-
тывает сигналы, занимающие спектр частот в диапазоне AQ. Пусть
также имеет место соотношение Дсо»Д£2. Использовать диапазон Део
для передачи сигналов от одного источника было бы неразумно (не-
экономично). Очевидно, что в диапазоне Део можно было бы органи-
зовать примерно Л/ = Део/Д£2 каналов для передачи информации от N
источников.

Частотное разделение (уплотнение) каналов (ЧРК) предусматри-
вает выделение каждому источнику сигналов фиксированного, строго
определенного места в общем частотном диапазоне.

Для этого выделенный для организации связи частотный диапазон
Део, предназначенный для системы связи, разбивается на N (по коли-
честву каналов в ней) частотных поддиапазонов (рис. 5.8).

В каждый такой поддиапазон Део, «помещают» спектр соответст-
вующего канального сигнала S,(eo). Такой способ основан на том, что
спектр реального сигнала практически ограничен определенным ин-
тервалом частот. Считается, что вне этого интервала составляющие
спектра сигналы отсутствуют. С помощью канальных передатчиков
спектры сообщений S/(Q) не меняя своей структуры, преобразуются
в канальные S,(co). Задача канальных передатчиков - распределить
исходные спектры сообщения S,(Q) по частоте, построив их друг за
другом. Таким образом, при частотном объединении каналов мы
должны «поместить» каждый канальный спектр S,(to) в соответст-
вующий отдельный поддиапазон Део,.

Способ построения каналообразующей аппаратуры с ЧРК показан
на рис. 5.9. На передающей стороне каждый из канальных передатчи-
ков (КП) имеет собственную несущую частоту. Частоты подобраны
△со

таким образом, чтобы сигналы на выходах передатчиков были разне-
сены по спектру (в соответствии с рис. 5.8). Сумма всех канальных
сигналов образует групповой сигнал, который поступает в линию.

На приемной стороне разделение происходит за счет фильтрации
отдельных канальных спектров (рис. 5.9). Канальные фильтры Фп
Ф2...Ф/v - своеобразное спектральное решето. Каждый фильтр про-

пустит только «свой» спектр и задержит остальные. Выделенный
фильтром сигнал преобразуется в исходный с помощью детектора Д
как в обычной одноканальной системе.

Рис. 5.9. Построение многоканальной системы с ЧРК
УР1	УР2	УР«

(Х>1	<Х>2	®

Рис. 5.10. Разделение сигналов на приемной стороне

Для того чтобы при многоканальной передаче не возникли помехи
между каналами необходимо ширину частотных поддиапазонов Асо,
взять несколько большей ширины канальных спектров S,(co) группо-
вого сигнала, т. е. они не должны располагаться друг за другом «впри-
тык». Между ними должен быть частотный промежуток - защитный
интервал. В противном случае при разделении сигналов составляю-
щие соседних канальных спектров могут просочиться друг к другу и
вызвать искажения. Причиной является несовершенство характери-
стик устройств разделения УР. На рис. 5.10 штриховыми линиями по-
казаны требуемые (идеальные) характеристики фильтров, а сплош-
ными - реальные.

В качестве варианта частотного уплотнения можно рассматривать
спектральное уплотнение, используемое при передаче информации
по волоконно-оптическим линиям связи.

Временной способ разделения (уплотнения) каналов (ВРК).
Пусть, как и ранее в нашем распоряжении имеется частотный диапа-
зон Ato, а источник «вырабатывает» сигналы, занимающие полосу
частот AQ. Пусть также имеет место соотношение Aco»AQ. Предпо-

ложим, что сигналы, поступающие от источников, представляют со-
бой последовательность прямоугольных импульсов, длительность

I'M

U2(t)

UM

Рис. 5.11. Принцип временного
разделения (уплотнения) каналов

которых т0. Так как Aco»AQ,
то, как следует из раздела 3.2,
в частотном диапазоне Асо
можно передавать импульсы
тк«т0. Напомним, что чем
короче импульсы, тем шире
полоса частот, требуемая для
передачи его без искажений.
И, следовательно, более ши-
рокая полоса частот позволя-
ет передавать более короткие
импульсы. На интервале т0
можно разместить примерно
N импульсов длительностью
тк, т. е. N = т0/т* = Aco/AQ.
Рис. 5.12. Система передачи с временным разделением каналов

Рассмотрим случай, когда Aw = 2AQ. На рисунке 5.11 показаны
сигналы, поступающие от двух источников L/, (t) и U2 (t), и сигналы в
канале связи т* = т0/2.

Таким образом, на интервале т0 мы передаем информацию от двух
источников, т. е. мы «уплотнили» этот интервал!

На рис. 5.12 изображена упрощенная схема системы с временным
разделением (уплотнением) каналов для случая, когда Асо/ AQ = N.

Источники и получатели сообщений подключаются к каналу связи
(линии) поочередно с помощью двух специальных коммутаторов, ра-
ботающих согласованно-синхронно и синфазно. Подключение источ-
ников (получателей) осуществляется на интервал времени тк. После
того, как будет подключен N источник (получатель), подключается
первый и т. д. Следовательно, системы с ВРК работают циклично и
непрерывно.

Временное разделение каналов сегодня используется очень часто,
иногда совместно с частотным, как, например, в системах мобильной
радиосвязи стандарта GSM. Однако представим себе следующую
ситуацию: предположим, что второй источнику (рис. 5.11), начиная с
четвертой посылки, прекратил работу. При этом по-прежнему источник
первый продолжает занимать первую половину интервала т0, оставляя
место для второго источника, который уже прекратил передачу. Не-
видимому, это не самое хорошее решение, но занять на время отсут-
ствия сигналов от второго источника вторую половину интервала т0
он не может, так как на приеме возникнет проблема с распознаванием
адреса источника, ибо при временном разделении адресом является
местоположение сигналов на временной оси. Выход из положения
есть и он заключается в том, чтобы каждому источнику (получателю)
присвоить свой адрес. Конечно, было бы неразумно на каждый им-
пульс, поступающий от источника, навешивать адрес. Это было бы
равносильно тому, что мы, подписав на конверте адрес получателя,
поместили бы туда только одну букву из составленного нами письма.
Поэтому адрес сопровождает достаточно большое число импульсов,
составляющих некоторое сообщение. При этом передаются пооче-
редно последовательности с адресами первого и второго получателя,
но как только второй источник прекратил свою работу, передается
только информация от первого источника. Такой способ называется
статистическим уплотнением. Нетрудно догадаться, что при этом ка-
нал используется более эффективно.

Контрольные вопросы

1.	Какова конструкция городских (междугородных) медных кабелей связи?

2.	Какие существуют типы оптических волокон?

3.	Каким образом цифровой сигнал вводится в оптическое волокно?

4.	В чем преимущества оптических кабелей по сравнению с медными?

5.	Поясните сущность частотного разделения каналов.

6.	В чем заключается принцип временного разделения каналов.
Глава 6. Цифровые системы передачи

6.1.	Формирование группового сигнала

Принцип чередования битов. Рассмотрим его на примере много-
кратной системы телеграфирования, предложенной в 1876 г. фран-
цузским изобретателем Ж. Бодо.

Принцип использования телеграфной линии сразу несколькими ап-
паратами был довольно прост (рис. 6.1). На передающей и приемной
станциях устанавливались абсолютно одинаковые устройства, их на-
зывали распределителями. Распределитель представлял собой круг-
лый диск, на котором укреплялись неподвижные контакты - ламели.
К каждой ламели подключался свой телеграфный аппарат. Кроме не-
подвижных контактов, на диске имелся один подвижный (щетка), свя-
занный с телеграфным проводом. Щетка приводилась в движение мо-
тором. Вращаясь вокруг своей оси, она поочередно касалась каждой
ламели и таким путем соединяла подключенный к ламели телеграф-
ный аппарат с проводом. Каждому аппарату провод предоставлялся
периодически на короткое время - пока щетка скользила по ламели.

1-й ТгА Г^~~1 о I о Г~г~| О ;

2-й ТгА

3-й ТгА

4-й ТгА

В линии

Париж

О- I 1 I 1 I О Г^~|
1|1|о.о Г~т~|
~i~~l о I I I I I о ;
Очевидно, связать передающий и приемный аппараты друг с дру-
гом можно только тогда, когда щетки обоих распределителей одно-
временно пройдут по ламелям, принадлежащим этим аппаратам.
Чтобы не путаться, аппараты на передаче и приеме подключают
к идентичным ламелям.

Главное здесь - вращение щеток распределителей с одной и той
же скоростью. Начинать свое вращение они должны, конечно же, с
одинаковых положений, например с первых ламелей. Если не выпол-
нить последнее и, скажем, заставить передающую щетку начать дви-
жение с первой ламели, а приемную щетку - со второй, то аппарат 1 на
передающей станции окажется связанным с аппаратом 2 на приемной
станции, передающий аппарат 2 - с приемным аппаратом 3 и т. д.

Вращение щеток с одной и той же скоростью называется синхрон-
ным (от греческого cruy/pvo^ - одновременный), а при совпадении
их начальных положений еще и синфазным.

Обратите внимание, скорость передачи двоичных цифр в теле-
графном проводе возросла, она стала больше той, которая имела бы
место при подключении к проводу только одного передатчика и одно-
го приемника (в примере на рис. 6.1 - в 4 раза).

Сколько телеграфных аппаратов можно подключить таким спосо-
бом к одному проводу или, иными словами, до какой степени можно
«укорачивать» передаваемые импульсы? Это определяется несколь-
кими факторами. Прежде всего, тем, какой длительности импульсы
способно зарегистрировать приемное устройство. Во времена Ж. Бо-
до в приемниках телеграфных аппаратов использовались электро-
магниты. Ясно, что эти электромеханические приборы не могли фик-
сировать очень короткие импульсы, поэтому к проводу нельзя было
подключать более 5-9 телеграфных аппаратов. Скорость передачи
двоичных цифр в линии была невысока - 75...100 бит/с. Вот и успева-
ли за минуту передать лишь 800...1200 букв или других знаков. Со-
временные же электронные устройства регистрации умеют «ловить»
чрезвычайно короткие импульсы, например такие, которые образуют-
ся при скоростях в сотни мегабит в секунду.

Кроме того, для распространения по линии очень коротких импуль-
сов (а это значит - передача высокоскоростная) она должна быть ши-
рокополосной, скажем, такой, как спутниковая или оптическая. Нако-
нец, когда с линией соединено очень много аппаратов, механические
распределители не будут успевать «обслуживать» их. Нужны быстро-
действующие «электронные щетки». Вернемся теперь к принципу
объединения цифровых потоков. Он достаточно прост: сначала пере-
дается бит одного потока, затем следующего потока и так до тех пор,
пока не будут пропущены в линию по одному биту каждого потока.
Затем все повторяется сначала. Этот принцип называется чередова-
нием битов.
Мультиплексирование первичных цифровых потоков. Ж. Бодо
организовал для каждой пары телеграфных аппаратов свой канал
связи. На рис. 6.1 таких каналов четыре. Канал не существует посто-
янно: связь между аппаратами периодически прерывается. Канал воз-
никает только в строго определенные, отведенные для данной пары
аппаратов, промежутки времени, которые так и называют «канальные».

Попробуем реализовать идею Ж. Бодо - передачу по одной линии
связи потоков цифр от нескольких телеграфных аппаратов - на осно-
ве современных технических средств (рис. 6.2).

Прежде всего, для организации каналов нам потребуются «элек-
тронные щетки», которые будут подключать по очереди телеграфные
аппараты к линии. Подобные устройства выпускаются промышленно-
стью, и мы можем воспользоваться готовыми изделиями. Это -
мультиплексоры. Выполняются они в виде микросхем, а их функции -
как раз те, что заложены в механических распределителях Бодо: под-
ключать то или иное из соединенных с его входами устройств к об-
щему выходу. Поэтому в корпусе микросхемы предусмотрены ножки,
которые являются входными шинами (в зависимости от типа микро-
схемы число этих ножек может быть разным), и одна ножка - выход-
ная шина.

Но иметь мультиплексоры - еще полдела. Образно говоря, они
подобны помещению с несколькими входными дверями и одной вы-
ходной. Кто-то еще должен открывать двери. В распределителе Бодо
эту «миссию» брал на себя мотор - он «вел» щетку по ламелям.
В мультиплексоре этим занимаются специальные управляющие им-
пульсы. Они-то и приоткрывают на миг каждую его «входную дверь»,
пропуская «томящийся» за ней импульс.

Рис. 6.2. Мультиплексирование четырех цифровых потоков
Система управления мультиплексором заслуживает того, чтобы
немного на ней задержаться. Для подачи управляющих импульсов
в корпусе микросхемы предусмотрены дополнительные ножки. Управ-
ление «дверями» осуществляется двоичным кодом, и для каждого
разряда нужна своя ножка.

Представьте, что мультиплексор имеет четыре входа. Тогда для
перебора всех входов достаточно использовать 2-разрядный двоич-
ный код, дающий четыре комбинации цифр: 00, 01, 10, 11, и, значит,
для организации управляющих шин в корпусе нужны всего две допол-
нительные ножки - по числу разрядов. Соединение аппаратов с линией
происходит по очень простому правилу. На управляющих шинах ком-
бинация 00 - к выходу мультиплексора подключен его первый вход,
комбинация 01 - подключен только второй вход, комбинация смени-
лась на 10 - только третий вход и, наконец, при комбинации 11 - под-
ключен только четвертый вход. Если входов не четыре, а восемь, для
управления достаточно иметь три двоичных разряда, в случае 16 вхо-
дов - четыре разряда, а для 32 входов - всего пять разрядов.

Промышленностью выпускаются самые разнообразные двоичные
счетчики. Все они «умеют» считать двоичные числа: одни - от 0 до 3,
другие - от 0 до 7, третьи - от 0 до 15 и т. д. Счетчик «называет» сле-
дующую цифру только при получении разрешения. Это делает еще
одна, третья по счету, микросхема - тактовый генератор, который такт
за тактом выдает один за другим импульсы, «разрешающие» счет.

«Электронные щетки» на приемной станции не отличаются от сво-
их собратьев, «работающих на передачу»: они аналогичным путем
подключают линию поочередно к приемным аппаратам. Только назы-
вают их демультиплексором, подчеркивая приставкой «де» обратную
по сравнению с мультиплексором функцию: подключать не аппара-
ты - к линии, а линию - к аппаратам. В качестве линии связи выберем
самую современную - одно из волокон в оптическом кабеле связи.
Ввести в него луч света проще всего с помощью светодиода, а управ-
лять его светопотоком будут сами передаваемые импульсы: есть им-
пульс на выходе мультиплексора - светодиод излучает свет, нет им-
пульса - и светодиод «молчит». Проект готов - с помощью современ-
ного оборудования организовано четыре канала для передачи циф-
ровых потоков между телеграфными аппаратами.

Таким путем можно создавать каналы не только для телеграфных
сообщений. В схеме ничего не изменится, если вместо них на входы
мультиплексора будут поступать двоичные импульсы, например, рече-
вых сигналов. Правда, скорости цифровых потоков при разговорной
речи в сотни раз выше, чем при телеграфировании, и это требует более
частого открывания «дверей» мультиплексора. Но данная проблема
решается довольно просто: нужно только повысить в соответствую-
щее число раз частоту следования импульсов тактового генератора.
Принцип чередования кодовых комбинаций. Можно подать в
линию целиком кодовую комбинацию буквы текста или элемента изо-
бражения, или отсчета микрофонного тока (смотря, что передается -
текст, изображение или речь), взяв ее из первого потока, следом вы-
пустить в линию аналогичную кодовую комбинацию из второго потока,
затем - из третьего и т. д. Иногда бывает важно сохранить, не разби-
вая, двоичный код элемента сообщения. Такое объединение потоков
следовало бы назвать чередованием кодовых комбинаций.

Последний принцип также не нов. Его применил в одном из своих
телеграфных аппаратов все тот же Ж. Бодо (рис. 6.3). Используемый
для этих целей распределитель состоял уже не из сплошных ламе-
лей, а поделенных на пять сегментов каждая - по числу разрядов в
кодовой комбинации (в коде Бодо каждая буква телеграфного текста
кодировалась пятью двоичными символами). Щетка распределителя,
скользя по сегментам первой ламели, «считывала» в линию целиком
кодовую комбинацию с первого телеграфного аппарата. При движе-
нии щетки по сегментам второй ламели в линию «шла» буква от вто-
рого аппарата. И так до последней ламели.

Код буквы появлялся одновременно на всех сегментах. В первых
аппаратах Бодо телеграфисты кодировали текст непосредственно во
время передачи.

Для этого на передатчике имелись пять клавиш (по сути, пять те-
леграфных ключей). Нажимая их в нужной комбинации, сразу полу-
чали код буквы. Каждая клавиша (или ключ) была подключена к сво-
ему сегменту. Таким образом, кодовая комбинация появлялась на
всех сегментах одновременно. Весьма важно нажать на клавиши как
раз в то время, когда щетка подойдет к ламели данного телеграфно-
го аппарата. Для этого в нужный момент раздавался акустический
сигнал, и только тогда телеграфист нажимал клавиши. Специальная
блокировка удерживала их в этом положении до конца передачи
комбинации.

Рис. 6.3. Принципы чередования кодовых комбинаций,
предложенный Ж. Бодо
По принципу чередования кодовых комбинаций можно объединить
поток и с помощью мультиплексоров. В этом случае очередная
«дверь» мультиплексора должна оставаться открытой до тех пор, пока
не будет передана вся кодовая комбинация. Правда, аппаратуру при-
дется сделать сложнее. Поскольку биты из каждого цифрового потока
поступают на входы мультиплексора непрерывно, то в каждом канале
потребуется устройство памяти (запоминающее устройство - ЗУ),
в котором биты кодовой информации будут накапливаться и ждать,
когда для них откроются «двери» мультиплексора. Итак, пока код бук-
вы, то есть группа 0 и 1, одного из потоков пропускается через муль-
типлексор в линию, коды букв других потоков записываются в свои ЗУ.

(Давайте представим, что нам поручили спроектировать цифровую
систему передачи речевых сообщений (например, телефонных) по
одной линии связи, причем тип линии для нас сейчас не важен.
Вспомнив, что речевое сообщение нужно сначала перекодировать
в последовательность 0 и 1, подключим к выходу каждого телефонно-
го аппарата АЦП (рис. 6.4). Разрядность АЦП, мы уже знаем, нужно
выбрать равной 8. Для существования принципа чередования кодо-
вых комбинаций осталось добавить в каждом канале ЗУ. Остальная
часть многоканального передатчика нам хорошо знакома: это мульти-
плексор (М), счетчик (Сч) и генератор тактовых импульсов (ГТИ). При-
емник многоканальной системы передачи отличается только тем, что
вместо АЦП используются ЦАП (цифро-аналоговые преобразовате-
ли), а вместо мультиплексора - демультиплексор. Проект готов.

На рис. 6.5 показано мультиплексирование двух цифровых потоков
по принципу чередования байтов.

Не кажется ли вам, что система получилась довольно сложной?
Ведь каналов может быть не два и не четыре, а, скажем, 30. Между
тем существует более простое решение. Оно уже было воплощено
в первых разработках ИКМ-систем.

Рис. 6.4. Цифровая система передачи речевых сообщений
Н-------- Слово 1 -----*+•------- Слово 2 -----Н

Сигнал А |1|0|0|1|1|1|0|0|1|1|1|0|0|1|1|1|

Мульти-	—Слово АД—•+•—Слово В,1—•+•—Слово А,2—•+*—Слово В,2—Н

"ванной’ Н010ШЛ1]010ПП1010|0|1|1|1|1|1|1|010ГТО10|1|1|1|1|0|0ГП
сигнал

Н-------- Слово 1------*+*------- Слово 2 -----Н

Сигнал В | 1 | 1 | 0 । 0 । 0 f~l | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 , О Г~П

Рис. 6.5. Мультиплексирование цифровых потоков
по принципу чередования байтов

Замену непрерывного тока кодированной комбинацией импульсов
назвали импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), поэтому цифровые
системы передачи во всем мире называют еще системами передачи
с импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ-системами.

Разработка техники ИКМ началась в европейских странах, но
разразившаяся в 1939 г. вторая мировая война прервала этот про-
цесс, и центр научных исследований переместился в Америку.
В 1947 г. ученые лабораторий фирмы «Bell» опубликовали первые
сообщения о полностью работоспособной системе с ИКМ. Однако
до широкого внедрения цифровых систем передачи оставалось
еще около 15 лет. Такая задержка объяснялась тем, что не была
готова соответствующая элементная база, в частности отсутство-
вал подходящий маломощный переключающий прибор. В то время
в качестве переключающих элементов могли использоваться элек-
тронные лампы, но они отличались большими габаритами, малой
надежностью, большой потребляемой мощностью. В результате
аппаратура с ИКМ на основе технологии 1947 г. была громоздкой,
ненадежной, сильно нагревалась. Важное изобретение, изменив-
шее данное положение, было сделано в тех же исследовательских
лабораториях приблизительно в то же время, когда была создана
первая ИКМ-система. Это было изобретение транзистора. Для его
разработки потребовалось еще 10 лет. К 1957 г. был получен почти
идеальный коммутирующий прибор: небольшой, очень быстродей-
ствующий, надежный и потребляющий незначительную энергию.
Через пять лет после этого, в 1962 г., появилась первая коммерче-
ская система передачи ИКМ-24, основная конструкция которой была
очень похожа на первоначальную, предложенную 15 лет назад. Сис-
тема оказалась очень удачной и нашла широкое применение. Циф-
ра 24 указывает на число каналов в этой аппаратуре. После объе-
динения 24 исходных потоков скорость цифрового потока на выходе
системы составляла 1,544 Мбит/с.
Городские телефонные кабели пригодны для передачи цифровой
информации со скоростью около 2 Мбит/с. При более высоких скоро-
стях между парами кабеля возникают электромагнитные влияния.
В американской системе возможности кабеля были использованы не
до конца. Поэтому в 1968 г. Франция вышла в международный коми-
тет с предложением унифицировать ИКМ-системы на базе цифровой
системы передачи ИКМ-30, содержащей 30 каналов и имеющей ско-
рость объединенного потока 2,048 Мбит/с. Теперь возможности го-
родских кабелей использовались полнее.

6.2.	Синхронизация

Тактовая синхронизация. Итак, совершенно ясно, что такие уст-
ройства, как АЦП и ЦАП, должны работать, как говорится, в такт, син-
хронно. Если, скажем, АЦП выдает 8-разрядные кодовые слова:

10011010 | 01011101 | 10010101 | 00011010 ...,

где каждый бит появляется через строго определенные интервалы
времени - такты, то, чтобы ЦАП расшифровывал именно эти кодовые
комбинации, он должен «выбирать» биты из последовательности точ-
но через те же интервалы, в те же такты. Генераторы тактовых им-
пульсов (ГТИ) имеются как на передающей, так и на приемной сторо-
нах. Это они дают «указания», когда АЦП выдавать, а ЦАПу соответ-
ственно принимать очередной бит. Но как согласовать действия этих
генераторов, если передающая и приемная станции разделены тыся-
чами километров, а на работу генераторов влияют температура окру-
жающего воздуха, его влажность, изменение напряжения питания и
другие факторы. В результате интервалы между управляющими (так-
товыми) импульсами на передающей и приемной станциях могут су-
щественно отличаться друг от друга, и, следовательно, ЦАП декоди-
рует совсем не ту последовательность, которая передана. К сожале-
нию, искажение информации случается даже при очень небольших
расхождениях длин тактовых интервалов, так как с течением време-
ни все равно наступит момент, когда ЦАП начнет «ошибаться» в вы-
боре битов.

Несинхронность генераторов тактовых импульсов передающей и
приемной станций скажется также и на том, что «двери» мультиплек-
сора будут открываться не в такт друг с другом. Как в случае несов-
падения скоростей вращения щеток в распределителях Бодо, инфор-
мация из одного канала передающей станции будет попадать совсем
в другой канал приемной станции. Вывод из всего сказанного один:
нужно синхронизировать работу генераторов передающей и прием-
ной станций на каждом такте. Для этого достаточно знать на прием-
ной стороне частоту следования тактовых импульсов, и управлять
генератором приемной станции так, чтобы он выдавал импульсы с
той же частотой (такое же количество в секунду). И, конечно же,
управление генератором должно производиться автоматически, без
участия человека.

В главе, посвященной спектрам сигналов, мы отмечали, что в спек-
тре импульсной последовательности присутствуют основная и выс-
шие гармоники тактовой частоты. Значит, с помощью электрического
фильтра можно выделить из цифрового потока колебание тактовой
частоты и затем сформировать из него тактовые импульсы (рис. 6.6).

Электрический фильтр подключают на приемной станции к линии
связи параллельно с приемником, чтобы он не мешал цифровому по-
току попадать в приемник и в то же время сам мог анализировать
частотное «содержание» этого потока. Поскольку фильтр изготавли-
вается заранее настроенным на частоту тактовых колебаний, он и
выделяет из поступающего на его вход цифрового потока колебание
именно данной частоты. Но колебание одной частоты - это всегда
синусоидальное колебание. Однако с помощью специальных уст-
ройств - усилителя и ограничителя - из него легко «изготовить» ко-
лебания в виде последовательности тактовых импульсов. Они-то и
будут управлять генератором приемной станции, заставляя его выда-
вать импульсы с точно таким же интервалом.

Может возникнуть мысль отказаться от генератора на приемной
станции, поскольку тактовые импульсы получены из цифрового потока.

Случайная составляющая
цифрового сигнала

Рис. 6.6. Выделение тактовых импульсов
из цифрового потока
Однако это не разумно. Если по каким-либо причинам система син-
хронизации даст сбой и тактовые импульсы на какое-то время пропа-
дут, то связь по всем каналам мгновенно нарушится, что недопусти-
мо. Наличие же генератора на приемной станции дает гарантию, что
нарушения связи не произойдет: пройдет какое-то, время, прежде чем
генератор выйдет из синхронизма, а за это время тактовые импульсы
могут вновь появиться.

Сбой в синхронизации может произойти по многим причинам. Вот
одна из них. Глубокой ночью, когда большинство абонентов спит и,
естественно, не пользуется услугами связи, в подавляющем боль-
шинстве каналов информация не передается, и в цифровом потоке
появляются очень длинные последовательности нулей. Не исключено
появление длинных последовательностей нулей в цифровом потоке
и в любые другие часы.

Устранить эти «белые пятна» в цифровом потоке можно с помо-
щью следующего приема. К двоичным символам цифрового потока
прибавляется по правилам двоичной арифметики некоторая случай-
ная двоичная последовательность:

•	Цифровой поток 01110000000000000000011

•	Скремблер	10101010101010101010101

•	Потокв линии	11011010101010101010110

Как видите, в цифровом потоке исчезли длинные последователь-
ности нулей. Теперь из него снова можно выделить тактовые импуль-
сы. А чтобы вернуться к исходному потоку, перед тем как подать его в
приемник, нужно снова сложить его по законам двоичной арифметики
с той же двоичной последовательностью. Убедитесь в этом сами, без
нашей помощи.

Подобная операция получила у специалистов название «скремб-
лирование» (от английского слова scramble - перемешивать). Выпол-
няется она довольно просто с помощью микросхем, «умеющих» скла-
дывать двоичные цифры по нужным правилам. Это так называемые
«сумматоры по модулю 2», которые выпускаются промышленностью.
Цифровой поток, перед тем как отправить его в линию, подают на
один из входов этого сумматора, на второй его вход поступает двоич-
ная последовательность выбранной структуры. Результат суммирова-
ния - «скремблированный» цифровой поток - направляется в линию
связи. Он уже не содержит длинных последовательностей нулей. Точно
такой же сумматор есть и на приемной станции. Через него «пропуска-
ются» выходящий из линии цифровой поток и та же последователь-
ность, что и на передаче. Происходит «дескремблирование», и восста-
новленный в первоначальном виде поток обрабатывается приемником.
Естественно, что для выделения тактовых импульсов используют циф-
ровой поток, еще не подвергшийся процедуре восстановления.
Итак, синхронизация цифровой системы передачи на каждом такте
ее работы осуществлена. Но этого недостаточно. Хотя теперь на при-
емной станции подключение линии к каналам и происходит в такт с
передающей станцией, нужно еще знать, к какому конкретному каналу
следует в данный момент подключить линию связи. Другими словами,
речь идет о том, что приемная и передающая «электронные щетки» -
мультиплексор и демультиплексор, как и в системе Бодо, должны на-
чинать свое «вращение» с одного и того же положения, например с
первого канала.

Как же решил эту проблему в своем изобретении Ж. Бодо? Он при-
менил оригинальное и довольно простое устройство синхронизации.
Если вы посмотрите внимательно на рис. 6.3, на котором изображена
система Бодо с «чередованием кодовых комбинаций», то обратите
внимание, что на распределителях кроме четырех ламелей (по пять
сегментов в каждой), соединенных с четырьмя телеграфными аппа-
ратами, есть еще совершенно отдельный, не связанный ни с одной
ламелью, 21-й сегмент. На передающем распределителе к нему под-
ключена батарея, а на приемном - электромагнит тормозного устрой-
ства. Мотор приемного распределителя вращается чуть быстрее, чем
передающего. Теперь представим, что щетка на приемной станции
находится в конце упомянутого нами 21-го сегмента. Пусть в это вре-
мя из-за меньшей скорости работы мотора щетка на передающей
станции только-только вступает на такой же сегмент. Заметьте, цепь
электромагнита тормозного устройства замкнулась. В результате мо-
тор приемного распределителя притормозился, и его щетка застыла
на месте. Она останется неподвижной до тех пор, пока щетка пере-
датчика не совершит весь свой путь по 21-му сегменту. Миг довольно
краткий, но его хватает, чтобы выровнять положение щеток и начать
их движение и на приеме, и на передаче с одной и той же позиции,
а именно с самого первого в распределителях сегмента. Синхрон-
ность начала движения щеток (еще говорят: их синфазность) дости-
гается в системе Бодо за счет притормаживания приемного распре-
делителя и установки его тем самым в начальное положение. Если
один оборот щеток считать за один цикл передачи информации от
всех телеграфных аппаратов, то можно сказать, что каждый новый
цикл щетки обоих распределителей начинают одновременно. Такой
вид синхронизации называется синхронизацией по циклам.

Взглянем на устройство синхронизации, предложенное Ж. Бодо,
с несколько более общих позиций. Когда щетка передающего распре-
делителя скользила по сегменту, соединенному с батареей, в линию
посылается «отрезок» постоянного Тока, то есть импульс. Этот импульс
является ничем иным, как синхросигналом, дающим приемнику указа-
ние «начинаем новый цикл!», и приемник исполнял эту директиву, при-
тормаживая распределитель с тем, чтобы сразу же после окончания
Рис. 6.7. Цикл передачи в системе Бодо
синхросигнала начать новый цикл. Таким образом, один цикл работы
системы Бодо включает в себя (рис. 6.7) передачу в линию сначала
сигнала синхронизации, а затем поочередно 5-разрядных кодовых ком-
бинаций букв от каждого телеграфного аппарата. Длится такой цикл по
современным понятиям невероятно долго - около 200 мс. Это и понят-
но, ведь мотору приходится совершать около 5 об/с (300 об/мин), а для
небольших моторов это и сейчас едва ли не предел.

Схему, предложенную Бодо, можно считать прямой предшествен-
ницей схем цикловой синхронизации, применяемых в современных
цифровых системах передачи, поскольку и во всех современных сис-
темах, перед тем как объединять цифровые потоки различных каналов,
в приемник посылается сигнал о начале цикла. Приемное устройство
«знает»: поступил такой синхронизирующий сигнал - распахивай «две-
ри» демультиплексора для цифрового потока первого канала. Затем
под «руководством» тактовых импульсов открываются следующие
«двери» для цифровых потоков остальных каналов. С приходом нового
синхросигнала начинается все сначала, опять с первых «дверей».

Синхросигнал нужно как-то отличать от других принятых комбина-
ций. Для этого ему присваивают вполне определенную комбинацию
нулей и единиц. Например, в разработанной российскими специали-
стами системе передачи ИКМ-30 для синхросигнала принята сле-
дующая комбинация: 0011011 (рис. 6.8). Но где гарантия, что подоб-
ная комбинация импульсов не встретится и в цифровом потоке како-
го-либо канала? Конечно, такое может произойти, но только не так
часто. Вероятность данного события чрезвычайно мала. А вот син-
хросигнал такой структуры встречается с завидной регулярностью -
через каждые 250 мкс. Это его свойство - повторяемость - использу-
ется для «узнавания». Необходимо каждую принятую кодовую комби-
нацию сравнивать с комбинацией синхросигнала, которая на приеме
известна и хранится в ячейке памяти. Специальное устройство сле-
дит за тем, регулярно ли появляется такая комбинация. Если через
каждые 250 мкс, то все в порядке - мы имеем дело с синхросигналом.
Решение принимается обычно после нескольких его повторений.

При включении аппаратуры в работу цикловой синхронизм уста-
навливается не сразу, а через определенный промежуток времени,
Синхросигнал	Кодовая комбинация в канале

Рис. 6.8. Цикл передачи в системе ИКМ-30

который называется временем вхождения в синхронизм. Это время
должно быть достаточно малым (не более нескольких миллисекунд).
В противном случае при случайной потере синхронизма может про-
изойти разъединение абонентов.

Поиск состояния синхронизма осуществляется последовательным
контролем и сравнением кодовых групп группового сигнала с этало-
ном синхросигнала, который вырабатывается генераторным оборудо-
ванием (ГО) приемной станции. Если кодовая группа не соответствует
эталону, приемник синхросигнала осуществляет сдвиг («торможе-
ние») последовательности управляющих импульсов, вырабатывае-
мых ГО приема, на один период тактовой частоты. Такое «торможе-
ние» приемного ГО по отношению к передающему продолжается до
тех пор, пока между сравниваемой кодовой группой и эталоном син-
хросигнала не установится однозначное соответствие, фиксирующее
состояние синхронизма в системе.

Все кодовые комбинации в объединяемых цифровых потоках име-
ют по восемь разрядов, а синхросигнал - только семь. Значит, комби-
нацию синхросигнала можно дополнять до «стандартного» числа раз-
рядов, то есть до восьми, передавая в «пустом» промежутке времени
биты, например, от персональных компьютеров. Скорость передачи
таких данных достигает при этом 8 кбит/с.

Получается, что с вводом сигнала синхронизации в цифровой сис-
теме передачи, по сути, организован еще один «стандартный» канал,
в котором скорость передачи битов (вместе с битом компьютерных
данных) оказывается равной 64 кбит/с и который, следовательно, ни-
чем не отличается от основных, или информационных, каналов. Он
не относится к информационным каналам, а является служебным и
создан для обслуживания самой системы передачи. Цифра же 30
в названии системы передачи указывает на количество только ин-
формационных каналов. Существует еще один служебный канал, 32-й
(по счету, но не по расположению его среди других), который тоже
является стандартным, со скоростью 64 кбит/с. Правда, предназна-
чен он уже не для обслуживания цифровой системы передачи. По
нему передают различные служебные сигналы, без которых невоз-
можно установление связи, например: импульсы от номеронабира-
теля, сигнал о том, что абонент занят (короткие гудки), и многие дру-
гие, используемые на телефонных станциях для управления ее при-
борами.

6.3.	Регенерация цифровых сигналов

'Цифровой сигнал, проходя по линии связи, ослабляется, искажа-
ется и подвергается воздействию различных помех, что приводит к
изменению формы и длительности импульсов, уменьшению их ам-
плитуды и случайным временным сдвигам. Поэтому, как только поя-
вилась первая линия связи (телеграфный провод), так сразу перед
связистами встала задача - направить все свои силы на борьбу с ис-
кажениями, которые есть всегда. Не существует такой линии связи,
которая не вносила бы искажений в передачу информации. Правда,
чем короче линия, тем эти искажения менее заметны. Искажения ог-
раничивают дальность связи и иногда весьма существенно, поскольку
на приеме из-за них бывает очень трудно определить, какая инфор-
мация передавалась.

Для восстановления параметров цифрового сигнала в линейном
тракте СП с ИКМ через определенные расстояния устанавливаются
регенераторы, т. е. устройства, восстанавливающие параметры циф-
рового сигнала.

В процессе регенерации (восстановления) цифрового сигнала вы-
полняются следующие основные операции:

-	усиление восстанавливаемых импульсов, так как при прохождении
по линии связи они испытали затухание;

-	коррекция формы импульсов, так как при прохождении цифрового
сигнала по линии связи из-за неидеальности амплитудно-
частотных и фазочастотных характеристик форма импульсов ли-
нейного сигнала искажается;

-	сравнение усиленных и откорректированных импульсов с порого-
вым значением для определения наличия или отсутствия сигнала
на фоне помех;

-	стробирование импульсов, в результате которого создаются такие
условия, при которых импульсы цифрового сигнала на выходе ре-
генератора формируются в строго определенные моменты;

-	формирование новых импульсов с заданными параметрами и в
определенные моменты.
Структурная схема регенератора и временные диаграммы, пояс-
няющие его работу, приведены на рис. 6.9 и 6.10 соответственно, где
приняты следующие обозначения:

Рис. 6.9. Структурная схема регенерации

На выходе оконечной станции или предыдущего регенератора

На входе регенератора

б	*

На выходе порогового устройства

На выходе выделителя тактовой частоты - ВТЧ

На выходе решающего устройства - РУ

:	:	е	: t

На выходе формирователя выходных импульсов - ФВИ

t
КУ - корректирующий усилитель, предназначенный для компенсации
затухания регенерационного участка и коррекции амплитудно-
частотных искажений, вносимых линией, и тем самым коррекции
формы импульсов для полного или частичного устранения влияния
одних импульсов на другие;

РУ - решающее устройство, необходимое для опробывания (строби-
рования) в каждом такте поступающих символов; если в момент
прихода на РУ стробирующего импульса с выхода ВТЧ поступает
импульс с выхода ПУ, то на выходе РУ появляется импульс, т. е.
фиксируется «1» информационного сигнала; если же в момент по-
ступления стробирующих импульсов с выхода ВТЧ на вход РУ им-
1 пульс не поступает, то на выходе РУ импульс не появляется, т. е.
фиксируется «О» информационного сигнала;

ПУ - пороговое устройство, предназначенное для определения пре-
вышения сигнала над помехами; если амплитуда импульса больше
Unop, то на выходе порогового устройства появляется импульс, если
же амплитуда импульса меньше 1/пор, то на выходе порогового уст-
ройства импульс не появляется; импульсы с выхода ПУ подаются
на решающее устройство (РУ);

ВТЧ - выделитель тактовой частоты, предназначенный для форми-
рования коротких стробирующих импульсов; стробирующие им-
пульсы фазируются относительно входных символов таким обра-
зом, что в середине тактовых интервалов, где амплитуда входных
импульсов максимальна; стробирующие импульсы подаются на
второй вход решающего устройства;

ФВИ - формирователь выходных импульсов, т. е. формирование их
амплитуды, длительности и взаимного временного соотношения
между символами линейного цифрового сигнала, следующих с так-
товой частотой.

Линейный цифровой сигнал (рис. 6.10, а) с выхода тракта переда-
чи оконечной станции или предыдущего регенератора поступает в
линию. При своем прохождении по линии сигнал испытывает затуха-
ние, искажения и воздействие помех. Сигнал на входе корректирую-
щего усилителя регенератора или регенератора тракта приема око-
нечной станции имеет вид, показанный на рис. 6.10, б. Отметим, что
регенераторы тракта приема оконечных станций называются станци-
онными регенераторами, а регенераторы, устанавливаемые по линии
связи, называются линейными регенераторами. Сигналы на выходе
корректирующего усилителя показаны на рис. 6.10, в. Если на входе
порогового устройства (ПУ) сигнал превышает пороговое значение
Unop, то на выходе ПУ появляется сигнал, условно показанный на рис.
6.10, г. С выхода ПУ сигналы поступают на один из входов решающе-
го устройства (РУ), на другой вход которого поступают стробирующие
импульсы с выхода выделителя тактовой частоты (ВТЧ). При совпа-
дении символов «1» на входе РУ со стробирующими импульсами на
выходе РУ появляются символы, соответствующие «1» (рис. 6.10, е).
Эти символы поступают на вход формирователя выходных импульсов
(ФВИ), где восстанавливаются первоначальные амплитуда и дли-
тельность импульсов линейного цифрового сигнала (рис. 6.10, ж).

Для качественной работы регенератора очень важен выбор вели-
чины порога срабатывания. Если порог выбран небольшим, то ПУ бу-
дет уверенно обнаруживать каждый переданный импульс, даже очень
сильно «изъеденный» помехой (при условии, конечно, что он не исчез
совсем). Но зато при этом нет никакой гарантии, что из-за частого
превышения шумом невысокого порога не будут пропущены те мо-
менты, когда передавались нули, и, следовательно, импульсы в ли-
нии отсутствовали. Наоборот, если пороговую «планку» поднять
очень высоко, то ПУ не пропустит почти ни одного 0 (кроме тех редких
случаев, когда шум будет очень большим). Но вместе с тем он не бу-
дет «замечать» большое число импульсов, амплитуды которых
уменьшились из-за воздействия помех и оказались ниже порогового
уровня. На рис. 6.11, показано влияние величины порога на вероят-
ность ошибочных решений. С увеличением порогового значения
растет вероятность пропуска 1, но одновременно уменьшается ве-
роятность пропуска 0. Пересечение этих кривых - вот «соломоново
решение»! При пороговом значении, равном как раз половине высо-
ты импульса, риск пропустить ту или другую цифру (0 или 1) будет
одинаковым.

Синхронизация работы ФВИ от ВТЧ обеспечивает устранение
флуктуации временного положения импульсов, возникающих в про-
цессе их передачи. Эти флуктуации называются фазовыми дро-
жаниями.

Величина порога в долях амплитуды импульса

Рис. 6.11. Влияние величины порога на вероятность ошибочных решений
Регенераторами снабжаются все цифровые системы передачи,
работающие по электрическим и оптическим кабелям, радиорелей-
ным и спутниковым стволам. На радиорелейных линиях связи реге-
нераторы размещаются вместе с приемной аппаратурой на промежу-
точных и оконечных башнях (или мачтах), а на спутниковых линиях -
на самом спутнике и на приемных земных станциях. А вот на кабель-
ных магистралях их даже закапывают в землю, то есть на этих линиях
регенераторов ставят так много, что их приходится «врезать» прямо
в кабель, лежащий в земле.

Как часто следует включать в телефонный кабель регенераторы?
Очевидно, это зависит от того, какую вероятность ошибки можно до-
пустить при приеме цифровой информации.

6.4.	Помехоустойчивое кодирование

Передачу информации на расстояние люди осуществляли с глубо-
кой древности. Естественно, зажигая цепочки сигнальных костров,
посылая вдаль звуки барабана, сигнализируя дымом, нужно было од-
новременно проявлять заботу и о том, чтобы помехи не сорвали пе-
редачу: дождь не залил костры, ветер не отнес звуки в противопо-
ложную сторону, туман не скрыл дым.

Со временем люди стали нуждаться в более совершенных формах
обмена информацией. Появилась письменность. Она совершенство-
валась в течение многих поколений, и на всем этом долгом пути про-
слеживалось противоборство двух тенденций. Первая из них отража-
ла стремление к более краткой передаче информации (с помощью
небольшого количества знаков) и привела, в конечном счете, к иерог-
лифическому письму. Каждый иероглиф обладает большой информа-
тивностью, запись с их помощью занимает небольшое пространство.
Но вместе с тем, небольшая ошибка в начертании иероглифа приво-
дит к тому, что информация воспринимается неверно. Так, увеличе-
ние информативности знаков повышает вероятность ошибочного их
понимания. (За все нужно платить!) Вторая тенденция в развитии
письменности заключалась в стремлении к безошибочной передаче
содержания текста. Результатом явилось создание буквенного, или
алфавитного, письма. Эта система письма позволяет в большинстве
случаев правильно понять текст, даже если в нем пропущено или ис-
кажено несколько букв. Такое свойство алфавитного письма называ-
ют «избыточностью». Конечно, избыточность удлиняет запись (неко-
торые буквы можно было бы выкинуть из нее без ущерба для содер-
жания), но зато она уменьшает вероятность ошибочного понимания
текста при его искажении.

В некоторых языках (как древних, так и сохранившихся поныне)
для записи слов используются только согласные буквы. Считается,
что необходимые гласные звуки добавит при чтении сам читающий.
Ясно, что подобное устранение избыточности из языка делает его
более уязвимым перед искажениями.

Все, что мы говорили о письменности, относится и к другим ви-
дам информации. Чем больше ее избыточность, тем более помехо-
устойчивой она является. А нельзя ли искусственно ввести избыточ-
ность в цифровую информацию, представленную двоичными циф-
рами 0 и 1? Можно, но за это придется «платить». Поясним, в чем
тут дело. Например, в коде Бодо каждая буква заменяется 5-
разрядным двоичным кодом, то есть пятью битами 0 и 1. Данный код
не является избыточным. При этом искажение любого бита приводит
к декодированию вместо переданной другой буквы, т. е. к ошибке.
Сделать код избыточным можно одним путем: добавить дополни-
тельные биты к уже имеющимся. Но это приведет к тому, что каждая
буква будет теперь передаваться медленнее. Так, введение в ин-
формацию избыточности влечет за собой снижение скорости ее пе-
редачи. Вот об этой «плате» и шла речь выше. Тем не менее, раз-
работчики цифровых систем передачи часто вполне сознательно
идут на такой шаг - делают информацию «избыточной» с тем, чтобы
обнаружить ошибки в принятых комбинациях двоичных символов, а
если возможно, то и исправить их.

Возможность обнаружения и исправления ошибок определяется
кодовым расстоянием. Для того чтобы исправить, скажем, одиночную
ошибку в кодовой комбинации (т. е. определить прежде всего ее место-
положение) кодовое расстояние должно быть не менее трех (до 3).

Попробуем разобраться, что такое кодовое расстояние.

Пусть требуется передать с использованием двоичного кода одно
из восьми возможных сообщений. Очевидно, что для этого достаточ-
но использовать трёхэлементный код, кодовые комбинации которого
имеют вид 000,001,010, 011, 100,100,110,111.Здесь комбинация 000
отличается от комбинации 111 в трёх элементах, а комбинация 000 от
100 всего в одном элементе. Это различие называется расстоянием
Хемминга. Итак, для данного кода расстояние Хемминга может быть
от одного до трех. Такой код не содержит избыточности и имеет ми-
нимальное значение расстояния Хемминга равное единице, т. е. у
данного кода кодовое расстояние равно единице. Кодовым расстоя-
нием называется для данного кода минимальное Хеммингово рас-
стояние. Код, у которого расстояние Хемминга равно единице не спо-
собен ни обнаруживать ошибки, ни тем более их исправлять. Из жиз-
ненного опыта вы знаете, что всегда легче обнаружить чужую ошибку,
чем подсказать, как ее можно исправить.

Так код с кодовым расстоянием d0 = 2 способен только обнаружи-
вать ошибки. Покажем, что при кодовом расстоянии d0 = 3 можно уже
исправлять ошибки (в частности, можно исправить одиночную ошибку).
Рис. 6.12. Исправление одиночной ошибки

На рис. 6.12: Ai и А2 две «разрешенные» кодовые комбинации (ком-
бинации, используемые для передачи информации).

Расстояние Хемминга между ними равно трем. Кодовое расстоя-
ние пусть также равно трем. Пусть передается комбинация А,, и про-
изошла одиночная ошибка, в результате мы получили комбинацию
А\. Поскольку комбинация А\ отстоит от А, на расстоянии единицы
(обличается от А, всего одним элементом), то это «запрещенная»
комбинация, что сигнализирует о появлении ошибки. Поскольку А{
больше похожа на Аь чем на А2, то мы говорим, что передавалась
комбинация А,. Код с кодовым расстоянием d0 = 3 исправляет только
одиночные ошибки.

Если произойдет двукратная ошибка, то мы получим при передаче
комбинации Ау комбинацию А', которая будет на приеме расшифро-
вана уже как комбинация А2. Для исправления двукратной ошибки ко-
довое расстояние уже должно быть равно пяти. Таким образом, в за-
висимости от того, какой кратности мы хотим исправлять ошибки,
должен быть выбран код с тем или иным кодовым расстоянием.
В простейшем случае при выборе кода придется действовать мето-
дом перебора, что возможно только в случае, когда кодовая комбина-
ция содержит мало элементов. Сегодня создана строгая теория коди-
рования, позволяющая выбрать коды с минимальной избыточностью
для заданных требований к помехоустойчивости и сложности реали-
зации устройств кодирования и декодирования. Соответствующие
ссылки на первоисточники вы можете найти в прилагаемом к книге
списке литературы.

6.5.	Цифровые иерархии

6.5.1.	Плезиохронная цифровая иерархия

Потребности людей в общении, в обмене различного рода инфор-
мацией очень индивидуальны. Изучение информационных потоков
позволяет выяснить, сколько требуется для общения людей каналов
связи. Для различных населенных пунктов это число разное. Напри-
мер, в таком крупном городе, как Москва, междугородная телефонная
станция вынуждена предоставлять своим абонентам несколько де-
сятков тысяч только телефонных каналов с разными городами, а,
кроме того, есть запросы на междугородные каналы для телеграфа,
видеотелефона, ЭВМ и т. п. В то же время в небольшом районном
центре оказалось достаточным иметь десятка два-три телефонных
каналов, да с десяток телеграфных.

Цифровые потоки - это последовательности 0 и 1, передаваемых
по линии связи. Нули и единицы могут нести информацию о речи,
тексте, изображении и т. д. При этом скорости потоков будут, естест-
венно, отличаться: для текста - 50...100 бит/с, для компьютерных дан-
ных - тысячи кбит/с, для речи - 64 кбит/с, для подвижной «картинки» -
более 100 Мбит/с.

Как же «строить» цифровые системы передачи? Сколько цифро-
вых потоков можно объединять и направлять в одну линию связи -
провод в электрическом кабеле, ствол в радиорелейной или спутни-
ковой линиях, волоконный световод в оптическом кабеле? Можно ли
стандартизировать скорости передачи?

Начнем с того, что узлы различных систем передачи должны быть
однотипными, или унифицированными.

Цифровые системы передачи создают во всем мире; коммуника-
ции связи не знают государственных границ. Каждая страна должна
выпускать аппаратуру, согласовывая ее со стандартами, принятыми
в других странах. Государства должны договориться, на каких прин-
ципах строить аппаратуру. С этой целью создан межгосударственный
орган - Международный союз электросвязи (МСЭ). Он рекомендует
строить цифровые системы передачи по иерархическому принципу.

Примером иерархического построения системы является кален-
дарь. Иерархия календаря состоит в следующем. За единицу измере-
ния выбраны сутки. Семь суток объединяются в неделю. Из четырех
или четырех с половиной недель образуется месяц. Три месяца со-
ставляют квартал. Четыре квартала - это год (рис. 6.13). Годы скла-
дываются в десятилетия и века, а века - в тысячелетия. При необхо-
димости эту иерархию можно продолжить и «вниз» от суток: сутки со-
стоят из 24 ч, час - из 60 мин и т. д.

Месяц

Рис. 6.13. Иерархия календаря

Год
Иерархия, рекомендованная для цифровых систем передачи, чем-
то похожа на иерархию календаря. Прежде всего, необходимо было
выбрать некоторую единицу измерения - «элементарную» скорость
цифрового потока, единую для всех стран и предприятий, выпускаю-
щих аппаратуру систем передачи, и позволяющую измерять скорость
суммарных цифровых потоков. Такая «единичная» скорость во всем
мире - скорость передачи цифровой речи, равная, как вы помните,
.64 кбит/с. Выбор этой величины в качестве единицы объединения
цифровых потоков связан, скорее, с традициями, нежели с какими-то
другими соображениями.

Канал, в котором биты передаются со скоростью 64 000 цифр/с
(6(1 кбит/с), получил название основного цифрового канала (ОЦК). Воз-
можности любой цифровой системы передачи оцениваются числом
организованных с ее помощью именно таких стандартных каналов.

На какое же число каналов рассчитаны современные системы пе-
редачи?

Чем выше ступень иерархии, тем больше организуется каналов и
тем мощнее цифровой поток или, другими словами, тем выше его
скорость. К системам передачи, стоящим в самом низу иерархиче-
ской лестницы, относится аппаратура ИКМ-30. У подобных систем
передачи сравнительно невысокая скорость цифрового потока (око-
ло 2 Мбит/с), что делает их пригодными для организации связи меж-
ду АТС по обычным городским и сельским кабелям связи, образую-
щим довольно обширную сеть подземных магистралей. Объедине-
ние цифровых потоков в этих системах осуществляется, как мы ви-
дели, по принципу «чередования кодовых комбинаций». Введение
в них синхросигнала и различных служебных символов потребовало
дополнительных каналов и привело к тому, что скорость объединен-
ного цифрового потока стала больше суммы скоростей объединяе-
мых потоков.

Скорость передачи по междугородным симметричным кабелям
связи может быть увеличена до 8 Мбит/с. По каждой паре этих кабе-
лей могут работать четыре системы ИКМ-30 или пять систем ИКМ-24.
Чтобы обеспечить одновременную работу этих систем, нужно объе-
динять их выходные потоки. Аппаратура, осуществляющая это объе-
динение, называется по числу образованных каналов - ИКМ-120.
Скорость потока на выходе этой аппаратуры 8,448 Мбит/с.

Более мощные потоки цифровой информации можно передавать
по коаксиальным кабелям, волокнам оптических кабелей, стволам
спутниковых и радиорелейных линий связи. Для образования высоко-
скоростных потоков объединяют цифровые потоки четырех систем
ИКМ-120. В результате скорость передачи в линии возрастает до
34,368 Мбит/с. Число каналов в новой системе равно 480, поэтому
она получила название ИКМ-480.
Рис. 6.14. Иерархия плезиохронных цифровых систем передачи

Поступая далее аналогичным образом, получаем при слиянии че-
тырех потоков систем передачи ИКМ-480 суммарный цифровой поток
со скоростью 139,264 Мбит/с. Это уже аппаратура ИКМ-1920.

Только с помощью одной коаксиальной пары или одного оптиче-
ского волокна можно связать друг с другом почти 2000 телефонных
аппаратов в одном городе с таким же количеством аппаратов в дру-
гом городе. А ведь в кабелях не одна такая пара и не одно такое во-
локно. Но на этом иерархия цифровых систем передачи (рис 6.14) не
заканчивается. Можно продолжать укрупнять потоки и дальше.

Принципы синхронизации остаются неизменными для систем пе-
редачи всех ступеней иерархии, сколько бы их не было: точно так же
выделяются из цифрового потока тактовые импульсы и точно так же
для обеспечения синхронной (а, если точнее, синфазной) работы
мультиплексоров и демультиплексоров посылаются в линию комби-
нации импульсов цикловой синхронизации. Правда, некоторые отли-
чия все же есть. О них и пойдет речь дальше.

Дело в том, что в системах передачи, начиная со второй ступени
иерархии (это аппаратура ИКМ-120, -480, -1920 и т. д.), объединение
потоков выполняется по принципу чередования битов (на рис. 6.15
дан пример объединения двух потоков). Таких потоков - четыре, и
скорость каждого из них 2,048 Мбит/с. Четыре «двери» мультиплексо-
ра передающей станции поочередно открываются и пропускают в ли-
нию по одному биту из каждого цифрового потока. Разумеется, что
они должны успеть это сделать за время, пока данные биты не успе-
ли смениться следующими. Затем все снова повторяется.

Понятно, что объединение потоков становится возможным только
за счет укорочения в 4 раза длительности передаваемых импульсов,
Сигнал 1

Т[7] о|Т| o[i|i|о|i|111|11о|о| ОрГ]

Рис. 6.15. Формирование «пустых» интервалов в цифровом потоке

Мультиплек-
сированный
сигнал

Сигнал 2

т. е. фактически за счет уменьшения в 4 раза времени передачи каж-
дого из них. Но как же в этом случае ввести в цифровой поток сигнал
цикловой синхронизации, ведь места-то для него нет? Вероятно, путь
только один - укоротить информационные импульсы еще чуть-чуть.
Пусть они немного потеснятся, тогда в цикле передачи появятся «пус-
тые» временные интервалы, в которые и можно будет вставлять син-
хросигнал.

Вот как это делается практически. Приходящие на вход системы
передачи биты из четырех информационных потоков записываются в
ячейки памяти ЗУ, а затем считываются с них и направляются в ли-
нию. Зачем так делать? Казалось бы, ничего не изменилось, только
усложнилась аппаратура. Но это не так. Поскольку шины записи и
считывания ЗУ независимы друг от друга, становится возможным за-
писывать биты с одной скоростью, а считывать - с другой, чуть чаще.
«Прочитали» содержимое ячеек памяти быстрее - вот и появилась во
времени «дырка» для вставки синхроимпульсов (рис. 6.16). Если им-
пульсы считывания не «отстают» и не «убегают вперед», а «идут»
весьма стабильно, то в каждом потоке регулярно появляются «пус-
тые» интервалы. В системе передачи ИКМ-120 таким «пустым» ин-
тервалом, не несущим никакой информации, является во всех пото-
ках каждый 33-й интервал. При объединении потоков в линию пооче-
редно посылаются импульсы каждого из них, а так как на указанных
«пустых» интервалах ни в одном из потоков никаких информационных
импульсов нет, то в общем потоке периодически образуются «дырки»
шириной в четыре интервала. В них-то и «вставляют» синхроимпуль-
сы, а так же другую служебную информацию. Напомним, что строгая
периодичность синхросигнала - это одно из важнейших свойств, ис-
пользуемое для его распознавания.

Совсем иная картина будет наблюдаться, если местный генератор
окажется не очень стабильным. В этом случае главные «часы» циф-
ровой системы передачи (тактовые импульсы) могут «отставать» или
«убегать вперед» по сравнению с их нормальным «ходом». В свою
очередь, это будет вызывать смещение во времени «пустых» интер-
Импульсы
считывания

Импульсы
записи

Биты в ячейках
памяти

Рис. 6.16. Формирование «пустых» интервалов в цифровом потоке

Считываемый
цифровой поток

валов в каждом цикле передачи, и, значит, нарушится строгая перио-
дичность их повторения. На каком-то этапе может произойти полный
сбой в работе системы синхронизации и, как следствие, всей аппара-
туры в целом. Чтобы такого не случилось, местные «часы» (тактовые
импульсы) нужно систематически «подводить». Подобная процедура
реализована практически во всех современных системах передачи
высших (начиная со второй) иерархий и называется «согласованием»,
а иногда «выравниванием», скоростей цифровых потоков, или скоро-
стей следования тактовых импульсов записи и считывания.

Как же все происходит? Специальное устройство из нескольких
микросхем (так сказать, «группа контроля») следит за взаимным по-
ложением импульсов записи и считывания. Пусть расстояние между
соседними парами этих импульсов постепенно начинает уменьшать-
ся. Значит, местный генератор ускорил свой бег, и импульсы считы-
вания начали следовать быстрее. Как только контролируемый интер-
вал уменьшится до критической величины, наш строгий контролер
подаст сигнал тревоги: «пустой» интервал появился раньше времени.
Поскольку ему еще не время появляться, другое устройство (тоже
группа микросхем) введет в этот пустой интервал ложный импульс, не
несущий никакой информации. Все происходит так же, как и в случае
с нашими часами, когда, подводя их вперед, мы добавляем потерян-
ные секунды. Вот и здесь мы тоже добавляем как бы потерянный им-
пульс. Так достигается согласование, или выравнивание, скоростей
записи и считывания цифровых потоков, которое в данном случае на-
зывается положительным (рис. 6.17).

Почему же обязательно нужно вставлять ложный импульс, не лучше
ли взять да и притормозить чуть-чуть генератор тактовых импульсов?
Запись отстает
от считывания

Положительное
согласование

Вставлен ложный импульс

Исключен информационный импульс

Запись опережает
считывание

Отрицательное
согласование

Рис. 6.17. Согласование скоростей цифровых потоков

Нет, этого делать нельзя. Дело в том, что тактовые импульсы разных
цифровых потоков могут, в принципе, и не совпадать точно друг с дру-
гом, а генератор - один на всю систему передачи. Представим, что бу-
дет, если начать его непрерывно «дергать», подстраивая то под один
цифровой поток, то под другой. Тут единственный путь - вставлять по
мере необходимости в каждый из потоков ложные импульсы.

В американской технической литературе описанная выше проце-
дура согласования скоростей называется коротко одним словом:
«staffing» что по-русски произносится как стаффинг, а переводится
как «вставка».

После того, как в цифровой поток введен ложный импульс, нужно
передать на приемную станцию команду: «Внимание! Произошло со-
гласование скоростей». Она служит сигналом для ликвидации на
приеме ложного импульса. Такой командой может служить, например,
посылка по служебному каналу единичного бита. В качестве служеб-
ного канала можно договориться использовать один из «законных»
пустых интервалов, не занятый синхроимпульсом. Итак, если на при-
емной стороне в служебном интервале объединенного цифрового
потока появляется 1, это означает, что из выделенного низкоскорост-
ного потока нужно исключить очередной импульс - он ложный. А пока
по служебному каналу поступают нули, исключать импульсы не на-
до - они все информационные.
Посылать по линии команду, состоящую всего из одного бита,
крайне неосторожно. Под воздействием помех 1 может превратить-
ся в 0, а 0 в 1, и тогда случится непоправимое - информация будет
декодирована неправильно. Поэтому для большей надежности ко-
манду согласования скоростей многократно дублируют, например,
посылая ее 3 раза. В данном случае она будет иметь вид 111. Те-
перь, если в ней после воздействия помех останется только одна 1,
команда все равно будет воспринята. Комбинация же ООО говорит
о том, что согласование скоростей не производилось и пока все идет
нормально.

До сих пор речь шла о том, что местный генератор может только
«убежать вперед». Но с таким же успехом он может и «отставать»,
вырабатывая импульсы считывания реже, чем необходимо. Может
случиться так, что в цифровом потоке уже должен появиться «пустой»
интервал, а тактовые импульсы из-за замедленной их скорости до сих
пор еще не считали из ЗУ предшествующий ему информационный
импульс. Что делать в таком случае? Придется исключить из цифро-
вого потока этот «неудачливый» бит и предоставить временнбй ин-
тервал «по расписанию» для передачи очередной порции служебной
информации (скажем, синхроимпульса). Только так можно согласовать,
или выровнять, скорости тактовых импульсов записи и считывания. Та-
кое согласование получило название отрицательного (рис. 6.17).

Если местные «часы» системы передачи (тактовые импульсы) под-
водятся и в ту, и в другую сторону, то одной команды: «Внимание!
Произошло согласование скоростей» будет мало. Нужно еще сооб-
щить на приемную станцию, какое согласование произошло: положи-
тельное или отрицательное, вставлен ложный импульс или исключен
информационный. Для этой цели вводят команду «Вид согласова-
ния», посылая по другому служебному каналу 1 при положительном
согласовании и 0 при отрицательном. Для надежности ее также по-
вторяют 3 раза. Комбинация 111 во втором служебном канале (орга-
низованном также за счет части «пустых» интервалов) будет воспри-
нята как сигнал о том, что в цифровой поток вставлен ложный им-
пульс, а комбинация ООО - что из потока «вырезан» информационный
бит. Устройства распознания команд выполнены таким образом, что
они сработают даже в том случае, когда в командах «выживут» всего
по одному биту, а остальные «погибнут» в борьбе с помехами.

Так что же, исключенный на передаче информационный бит про-
падет совсем? Нет. Его посылают вдогонку по третьему служебному
каналу, причем для верности тоже повторяют 3 раза. Итак, приемник
цифровой системы передачи по первой команде (комбинация 111)
узнает, что произошло согласование, по второй команде поймет, что
нужно или ликвидировать ложный импульс (комбинация 111), или
восстановить пропущенный информационный (комбинация ООО), а по
информации, взятой из третьего служебного канала, определит, какой
бит пропущен - 1 (комбинация 111) или 0 (комбинация - ООО).

Объединение потоков с выравниванием скоростей получило на-
звание плезиохронного (почти синхронного), а существующая иерар-
хия скоростей передачи цифровых потоков, а, значит, и систем пере-
дачи типа ИКМ - плезиохронной цифровой иерархией (в англоязыч-
ном написании Plesiohronous Digital Hierarhy - PDH).

Плезиохронная цифровая иерархия была разработана в начале
80-х гг. прошлого столетия. На системы передачи данной иерархии
возлагались большие надежды. Однако она оказалась очень негиб-
кой: чтобы вводить в цифровой поток высокоскоростной или выводить
ир него низкоскоростные потоки, необходимо полностью «расши-
вать», а затем снова «сшивать» высокоскоростной поток. Это требует
установки большого числа мультиплексоров и демультиплексоров.
Ясно, что делать эту операцию часто весьма дорого. На рис. 6.18 по-
казана операция выделения потока со скоростью 2 Мбит/с из PDH
потока со скоростью 140 Мбит/с.

В этом случае пришлось один поток со скоростью 140 Мбит/с де-
мультиплексировать в четыре потока со скоростями 34 Мбит/с; затем
один поток в 34 Мбит/с - в четыре потока 8 Мбит/с и только после это-
го «расшить» один поток 8 Мбит/с на четыре потока со скоростями
2 Мбит/с. Только таким сложным путем можно вывести или ввести
поток пользователя в PDH-системах передачи.

Недостатком систем передачи плезиохронной цифровой иерархии
является также то, что при нарушении синхронизации группового сиг-
нала восстановление синхронизации первичных цифровых потоков
происходит многоступенчатым путем, а это занимает довольно много

Рис. 6.18. Выделение сигнала со скоростью 2 Мбит/с
из плезиохронного цифрового потока 140 Мбит/с
времени. В настоящее время среди систем передачи PDH «выжива-
ют» только системы первого уровня иерархии, снабженные новой ап-
паратурой так называемого гибкого мультиплексирования, которая
обеспечивает кроссовые соединения каналов 64 кбит/с; выделение и
ввод отдельных каналов 64 кбит/с в любом наборе; пользовательские
интерфейсы от двухпроводных окончаний для телефона до оконча-
ний базового доступа в цифровую сеть с интеграцией услуг; видео-
конференцсвязь и многое другое. Можно сказать, что гибкие мультип-
лексоры немного продлили жизнь PDH систем.

Но самое главное, что заставило уже в середине 80-х гг. XX в. ис-
кать новые подходы к построению цифровых иерархий систем пере-
дачи, это почти полное отсутствие возможностей автоматически кон-
тролировать состояние сети связи и управлять ею. А без этого соз-
дать надежную сеть связи с высоким качеством обслуживания прак-
тически невозможно. Все эти факторы и побудили разработать еще
одну цифровую иерархию.

6.5.2.	Синхронная цифровая иерархия

Синхронные транспортные модули. Новая цифровая иерархия
была задумана как скоростная информационная автострада для
транспортирования цифровых потоков с разными скоростями. В этой
иерархии объединяются и разъединяются потоки со скоростями
155,520 Мбит/с и выше. Поскольку способ объединения потоков был
выбран синхронный, то данная иерархия получила название синхрон-
ной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy - SDH).

Для транспортирования цифрового потока со скоростью
155 Мбит/с создается синхронный транспортный модуль (Synchronous
Transport Module) STM-1. Его упрощенная структура дана рис. 6.19.

9 байт

261 байт

V
3
строки

1
строка

RSOH

PTR

Полезная нагрузка

9
строк

5
строк

MSOH

Цикл передачи рамки 125 мкс

Рис. 6.19. Структура синхронного транспортного модуля STM-1
Модуль представляет собой фрейм (рамку) 9 • 270 = 2430 байт. Кроме
передаваемой информации (называемой в литературе полезной на-
грузкой), он содержит в 4-ой строке указатель (Pointer, PTR), опре-
деляющий начало записи полезной нагрузки.

Чтобы определить маршрут транспортного модуля, в левой части
рамки записывается секционный заголовок (Section Over Head, SOH).
Нижние 5 • 9 = 45 байтов (после указателя) отвечают за доставку ин-
формации в то место сети, к тому мультиплексору, где этот транспорт-
ный модуль будет переформировываться. Данная часть заголовка так
и называется: секционный заголовок мультиплексора (MSOH). Верхние
3 • 9 = 27 байтов (до указателя) представляют собой секционный заго-
ловок регенератора (RSOH), где будут осуществляться восстановление
потока, «поврежденного» помехами, и исправление ошибок в нем.

Один цикл передачи включает в себя считывание в линию такой
прямоугольной таблицы. Порядок передачи байтов - слева направо,
сверху вниз (так же, как при чтении текста на странице). Продолжи-
тельность цикла передачи STM-1 составляет 125 мкс, т. е. он повто-
ряется с частотой 8 кГц. Каждая клеточка соответствует скорости пе-
редачи 8 бит • 8 кГц = 64 кбит/с. Значит, если тратить на передачу
в линию каждой прямоугольной рамки 125 мкс, то за секунду в линию
будет передано 9 • 270 • 64 кбит/с = 155520 Кбит/с, т. е. 155 Мбит/с.

Для создания более мощных цифровых потоков в SDH-системах
формируется следующая скоростная иерархия (табл. 6.1): 4 модуля
STM-1 объединяются путем побайтового мультиплексирования в мо-
дуль STM-4, передаваемый со скоростью 622,080 Мбит/с; затем 4 мо-
дуля STM-4 объединяются в модуль STM-16 со скоростью передачи
2488,320 Мбит/с; наконец 4 модуля STM-16 могут быть объединены
в высокоскоростной модуль STM-64 (9953,280 Мбит/с).

На рис. 6.20 показано формирование модуля STM-16. Сначала ка-
ждые 4 модуля STM-1 с помощью мультиплексоров с четырьмя вхо-
дами объединяются в модуль STM-4, затем четыре модуля STM-4
мультиплексируются таким же 4-входовым мультиплексором в мо-
дуль STM-16. Однако существует мультиплексор на 16 входов, с по-
мощью которого можно одновременно объединить 16 модулей STM-1
в модуль STM-16.

Таблица 6.1. Синхронная цифровая иерархия

Уровень иерархии	Тип синхронного транспортного модуля	Скорость передачи, Мбит/с
1	STM-1	155,520
2	STM-4	622,080
3	STM-16	2488,320
4	STM-64	9953,280
STM-4

STM-16

STM-1

Рис. 6.20. Формирование синхронного транспортного модуля STM-16

Формирование модуля STM-1. В сети SDH применены принци-
пы контейнерных перевозок. Подлежащие транспортировке сигналы
предварительно размещаются в стандартных контейнерах (Con-
tainer- С). Все операции с контейнерами производятся независимо
от их содержания, чем и достигается прозрачность сети SDH, т. е.
способность транспортировать различные сигналы, в частности,
сигналы PDH.

Наиболее близким по скорости к первому уровню иерархии SDH
(155,520 Мбит/с) является цифровой поток со скоростью 139,264 Мбит/с,
образуемый на выходе аппаратуры плезиохронной цифровой иерар-
хии ИКМ-1920. Его проще всего разместить в модуле STM-1. Для это-
го поступающий цифровой сигнал сначала «упаковывают» в контей-
нер (т. е. размещают на определенных позициях его цикла), который
обозначается С-4.

Рамка контейнера С-4 содержит 9 строк и 260 однобайтовых
столбцов. Добавлением слева еще одного столбца - маршрутного
или трактового заголовка (Path Over Head, РОН) - этот контейнер
преобразуется в виртуальный контейнер VC-4.

Наконец, чтобы поместить виртуальный контейнер VC-4 в модуль
STM-1, его снабжают указателем (PTR), образуя, таким образом, ад-
министративный блок AU-4 (Administrative Unit), а последний поме-
щают непосредственно в модуль STM-1 вместе с секционным заго-
ловком SOH (рис. 6.21. и рис. 6.19).
RSOH

261 байт

STM-1

AU-4

PTR

1
байт

260 байт

VC-4

260 байт

С-4

MSOH

Р
0
Н



Полезная
нагрузка

Рис. 6.21. Размещение контейнеров в модуле STM-1

Синхронный транспортный модуль STM-1 можно загрузить и пле-
зиохронными потоками со скоростями 2,048 Мбит/с. Такие потоки
формируются аппаратурой ИКМ-30, они широко распространены в
современных сетях. Для первоначальной «упаковки» используется
контейнер С12. Цифровой сигнал размещается на определенных по-
зициях этого контейнера. Путем добавления маршрутного или транс-
портного заголовка (РОН) образуется виртуальный контейнер VC-12.
Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в
точках окончаниях трактов.

В модуле STM-1 можно разместить 63 виртуальных контейнера
VC-12. При этом поступают следующим образом. Виртуальный кон-
тейнер VC-12 снабжают указателем (PTR) и образуют тем самым
транспортный блок TU-12 (Tributary Unit). Теперь цифровые потоки
разных транспортных блоков можно объединять в цифровой поток
155,520 Мбит/с (рис. 6.23). Сначала три транспортных блока TU-12
путем мультиплексирования объединяют в группу транспортных бло-
ков TUG-2 (Tributary Unit Group), затем семь групп TUG-2 мультиплек-
сируют в группы транспортных блоков TUG-3, а три группы TUG-3
объединяют вместе и помещают в виртуальный контейнер VC-4. Да-
лее путь преобразований известен.

На рис. 6.22 показан также способ размещения в STM-1 трех пото-
ков от аппаратуры плезиохронной цифровой иерархии ИКМ-480
(34,368 Мбит/с).

Плезиохронные цифровые потоки всех уровней размещаются в
контейнерах С с использованием процедуры выравнивания скоростей
(положительного, отрицательного и двухстороннего).

Наличие большого числа указателей (PTR) позволяет совершенно
четко определить местонахождение в модуле STM-1 любого цифро-
вого потока со скоростями 2,048; 34,368 и 139,264 Мбит/с. Выпускав-
155,520 Мбит/с

139,264 Мбит/с

Рис. 6.22. Ввод плезиохронных цифровых потоков в синхронный
транспортный модуль STM-1

мые промышленностью мультиплексоры ввода-вывода (Add/Drop
Multiplexer - ADM) позволяют ответвлять и добавлять любые цифро-
вые потоки.

Важной особенностью аппаратуры SDH является то, что в тракто-
вых и сетевых заголовках помимо маршрутной информации создается
много информации, позволяющей обеспечить наблюдение и управле-
ние всей сетью в целом, дистанционные переключения в мультиплек-
сорах по требованию клиентов, осуществлять контроль и диагностику,
своевременно обнаруживать и устранять неисправности, реализовать
эффективную эксплуатацию сети и сохранить высокое качество пре-
доставляемых услуг.

6.5.3.	Асинхронный режим переноса

В последнее десятилетие к передаче информации стали предъяв-
ляться более широкие требования. Одному и тому же абоненту могут
быть переданы различные по характеру сообщения: движущиеся изо-
бражения (видеотелефон, видеоконференция); компьютерные дан-
ные (файлы); электронная почта; информация из системы дистанци-
онного обучения (в том числе, мультимедийная); фильмы по кабель-
ному телевидению и др. Причем источники этой информации являют-
ся, как правило, асинхронными. Информация от одних источников
может поступать непрерывно, от других - время от времени. Скорость
поступления информации от различных источников различная. Так,
речевой поток поступает со скоростью 64 кбит/с, а передача движу-
щегося изображения требует скорости от 1,5 до 100 Мбит/с.

Для согласования всех этих различных требований в 80-х...90-х гг.
была предложена новая технология передачи, получившая название
1-ячеика

*- 5 байт-*-		 48 байт 	►
Заголовок	Полезная информация (нагрузка)

Рис. 6.23. Структура АРП-ячейки

асинхронного переноса (Asynchro-
nous Transfer Mode - ATM). Эта
технология (АРП в русской транс-
крипции) предполагает запись лю-
бого вида информации в ячейки
(Cells) фиксированной длины. Ячей-
ки содержат (рис. 6.23) полезную
информацию и заголовок (Header).
Для заголовка отводится 5 байт,

для полезной информации - 48 байт.

Цифровая информация от источников сообщений заполняет ячей-
ки. Поскольку ячейки имеют фиксированную длину, то нет необходи-
мости отделять их друг от друга (т. е. определять их начало и конец)
с помощью служебной информации. Если у источника отсутствует
потребность в передаче информации, то передаются пустые ячейки.
Небольшие объемы информации, появляющиеся через большие
временные интервалы, могут быть собраны для наполнения ячеек
либо могут передаваться в отдельных ячейках. В последнем случае
в полупустые ячейки добавляется «наполнитель». Ячейки формиру-
ются источниками по мере потребности. В случае непрерывной пере-
дачи (речь, видеоконференция и т. п.) ячейки следуют через строго
определенное время.

Потоки ячеек от различных источников могут быть объединены с
помощью временного мультиплексирования (рис. 6.24). Обратите
внимание, что здесь в отличие от синхронной передачи на выходе
мультиплексора ячейки от разных источников не занимают строго
фиксированные позиции на временной оси, а появляются по мере их
поступления от источников сообщений. В синхронной системе мы
имели бы АВС, АВС, АВС и т. д. В этом как раз и заключается отличие
асинхронного режима передачи от синхронного. Если при синхронном
режиме передачи местоположение пакета на временной оси факти-
чески является его адресом, то при ATM требуется иметь указатель
того, какому источнику принадлежит та или иная ячейка.

Поток А

Г~Н Г~Д___ПП.

Поток В

___________Г~П1~П Мульти-
плексор

Поток С
JZZO__________EZD_

АСААВАВС

1 И II и u ш тг~п

Поток ячеек в соедини-
тельном кабеле
Для того чтобы знать, куда направляется АРП-ячейка, в ее заго-
ловке отводится 2 байта под идентификацию виртуального канала
(Virtual Channel Identifier - VCI). Виртуальный канал - это фиксиро-
ванный маршрут движения всех ячеек во время сеанса связи от одно-
го пользователя к другому. Он состоит из последовательности портов
коммутаторов, через которые эти ячейки проходят.

Преимуществом АРП-ячеек является то, что ячейки очень легко
обрабатывать, при прохождении через коммутатор. Прочитав иденти-
фикатор канала в заголовке ячейки, коммутатор переправляет ее из
одного порта в другой, совершенно не задумываясь о находящейся
в ячейке информации.

Коммутатор может переключать целые группы виртуальных кана-
лов, не тратя времени на анализ информации по каждому каналу в
отдельности. Для этого несколько виртуальных каналов, проходящих
по одному и тому же направлению на каком-либо участке сети связи,
объединяют в виртуальный путь. Идентификатор виртуального пути
(Virtual Path Identifier - VPI) занимает 12 битовых позиций и распола-
гается, естественно, до идентификатора виртуального канала. VCI и
VPI образуют уникальный индивидуальный адрес маршрута на каж-
дом отдельном участке сети. Изменение идентификаторов может
происходить в каждом промежуточном коммутаторе. Назначение
маршрута передачи ячеек может быть осуществлено оператором се-
ти или сигнальной системой.

Обработка ячеек в коммутаторах ATM осуществляется аппарат-
ным способом, что обеспечивает в сочетании с используемым в ATM
асинхронным методом мультиплексирования как малые задержки
сигналов, так и малый их разброс. В свою очередь, это позволяет пе-
редавать в сетях с ATM такие чувствительные к задержке сообщения
как голосовые и видео.

Технология ATM хорошо согласуется с технологией SDH: АРП-
ячейки могут быть помещены в синхронный транспортный модуль
STM-1. Для этого они сначала «упаковываются» в виртуальный кон-
тейнер VC-4, а в заголовке (РОН) этого контейнера отмечается нача-
ло записи АРП-ячеек (рис. 6.25). Затем контейнер, как обычно, поме-
щается в модуль STM-1.

Контрольные вопросы

1.	С какой целью осуществляется мультиплексирование цифровых потоков
в системах передачи?

2.	В чем заключается принцип чередования битов при объединении цифро-
вых потоков?

3.	В чем заключается принцип чередования кодовых комбинаций при объе-
динении цифровых потоков?

4.	Зачем применяются тактовая и цикловая синхронизации в цифровых сис-
темах передачи?

5.	По какому принципу осуществляется регенерация цифрового сигнала?

6.	Зачем используется помехоустойчивое кодирование?

7.	Что такое плезиохронная цифровая иерархия?

8.	Как осуществляется согласование скоростей передачи различных потоков
при их объединении в высокоскоростной поток?

9.	Какие недостатки имеет плезиохронная цифровая иерархия систем пере-
дачи?

10.	Что такое синхронный транспортный модуль?

11.	Как транспортируются сигналы плезиохронной иерархии по сетям син-
хронной иерархии?

12.	В чем отличие асинхронной передачи цифровых сигналов с помощью
АРП-ячеек от синхронной передачи цифровых сигналов?
Глава 7. Телекоммуникационные сети.
Классическая концепция

7.1. Основные понятия и определения

С понятием системы электросвязи тесно связаны понятия сеть
электросвязи и инфокоммуникационная сеть.

Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - это техноло-
гическая система, которая состоит из линий и каналов связи, узлов,
оконечных станций и предназначена для обеспечения пользователей
электрической связью с помощью абонентских терминалов, подклю-
чаемых к оконечным станциям. Телекоммуникационная сеть (ТС) в
основном состоит из узлов, линий связи (ЛС) и терминалов (рис. 7.1).

Инфокоммуникационная сеть (ранее применялись названия «ин-
формационная сеть», «компьютерная сеть» и др.) - это технологиче-
ская система, которая включает в себя кроме сети электросвязи, так-
же средства хранения, обработки и поиска информации и предназна-
чена для обеспечения пользователей электрической связью и досту-
пом к необходимой им информации.

Процессы интеграции электросвязи и средств информатизации
будут способствовать превращению телекоммуникационных сетей в
инфокоммуникационные сети.

Заметим, что сеть - это своего рода система. Действительно, со-
гласно определению слово система [от греческого systema (целое)]
означает составленное из частей; соединение. Если сеть - это систе-
ма, то не всякая система есть сеть. Таким образом, система - это бо-
лее общее понятие, чем сеть.

Сегодня у всех на слуху понятие компьютерная сеть. Это набор
компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных
соответствующим программным обеспечением, которое предостав-
ляет пользователям доступ к ресурсам этого набора компьютеров.
Здесь для характеристики понятия сеть следует выделить слова «на-
бор» и «связанных». Компьютер - это своего рода система, значит,
речь идет о «наборе» систем, связанных друг с другом тем или иным
образом. Их можно соединить временно, т. е. на время, необходимое
для обмена информацией, а можно соединить навсегда по принципу
каждый с каждым, что, как уже было сказано, неэкономично. В по-
следнем случае число линий, связывающих компьютеры Nn, будет
определяться как

Л/ДЛ/,-1)

’	'vn 2	'

где Nk - число компьютеров в сети.

Сеть включает в себя набор различных телекоммуникационных
систем, и эта совокупность систем становится сетью только тогда,
когда появляется возможность обмена информацией между всеми
источниками в сети. Это могут быть компьютеры (компьютерная сеть),
телефонные аппараты (телефонная сеть), телеграфные аппараты (те-
леграфная сеть). Существуют сети, в которых одна центральная сис-
тема передает информацию множеству периферийных. Примером та-
кого рода сетей являются сети звукового и телевизионного вещания.

Инфокоммуникационные сети предназначены для предоставления
пользователям услуг, связанных с обменом информацией, ее потреб-
лением, обработкой, хранением и накоплением. Потребитель инфор-
мации, получивший доступ к информационной сети, становится ее поль-
зователем (user). В качестве пользователей могут выступать как физи-
ческие, так и юридические лица (фирмы, организации, предприятия).

Оконечные системы инфокоммуникационной сети могут быть
классифицированы как:

-	терминальные (terminal system), обеспечивающие доступ к сети и
ее ресурсам;

-	рабочие (server, host system), представляющие информационные
и вычислительные ресурсы;

-	административные (management system), реализующие управле-
ние сетью и ее отдельными частями.

Ресурсы сети подразделяются на информационные, обработки
и хранения данных, программные и коммуникационные.

Информационные ресурсы - информация и знания, накапливае-
мые во всех областях науки, культуры и жизнедеятельности общест-
ва, а также продукция индустрии развлечений. Все это систематизи-
руется в сетевых базах данных, с которыми взаимодействуют пользо-
ватели сети. Эти ресурсы определяют потребительскую ценность ин-
формационной сети и должны не только постоянно создаваться и
расширяться, но и вовремя обновляться, устаревшие данные при
этом сбрасываются в архивы. Пользование сетью обеспечивает воз-
можность получать актуальную информацию тогда, когда в ней возни-
кает необходимость.

Ресурсы обработки и хранения данных определяются производи-
тельностью процессоров сетевых компьютеров и объемом их запоми-
нающих устройств (ЗУ), а также временем, в течение которого они
используются. Сетевые компьютеры называют серверами (server).
Различают серверы файловые, пунктов управления услугами и т. д.

Программные ресурсы представляют собой программное обеспе-
чение (ПО), участвующее в предоставлении услуг пользователям,
а также программы сопутствующих функций. К последним относятся:
выписки счетов, учет оплаты услуг, навигация (обеспечение поиска
информации в сети), обслуживание сетевых электронных почтовых
ящиков, организация моста для телеконференций, преобразование
форматов передаваемых информационных сообщений, криптозащита
информации (кодирование и шифрование), аутентификация (элек-
тронная подпись документов, удостоверяющая их подлинность).

Коммуникационные ресурсы участвуют в транспортировке информа-
ции и перераспределении потоков в узлах коммутации (УК). К ним отно-
сятся емкости линий связи, коммутационные возможности узлов, а также
время их занятия при взаимодействии пользователя с сетью. Коммуни-
кационные ресурсы классифицируются в соответствии с типом ТС: ком-
мутируемая телефонная сеть общего пользования, сеть передачи дан-
ных с коммутацией пакетов, сеть мобильной связи, теле- и радиовеща-
тельные сети, цифровая сеть интегрального обслуживания и т. д.

Телекоммуникационные сети принято оценивать рядом показате-
лей, отражающих возможность и эффективность транспортировки
информации. Возможность передачи информации в ТС связана со
степенью ее работоспособности, т. е. выполнением заданных функ-
ций в установленном объеме на требуемом уровне качества в тече-
ние определенного периода эксплуатации сети или в произвольный
момент. Работоспособность сети связана с понятиями надежности
и живучести. Различие этих понятий обусловлено, прежде всего, раз-
личием причин и факторов, нарушающих нормальную работу сети, и
характером нарушений.

Надежность сети связи характеризует ее свойство обеспечивать
связь, сохраняя во времени значения установленных показателей
качества в заданных условиях эксплуатации. Она отражает влияние
на работоспособность сети главным образом внутренних факторов -
случайных отказов технических средств, вызываемых процессами
старения, дефектами технологии изготовления или ошибками обслу-
живающего персонала. Показателями надежности являются, напри-
мер, отношение времени работоспособности сети к общему времени
ее эксплуатации, число возможных независимых путей передачи ин-
формационного сообщения между парой пунктов, вероятность безот-
казной связи и т. д.

Живучесть сети связи характеризует ее способность сохранять
полную или частичную работоспособности при воздействии причин,
находящихся за пределами сети и приводящих к разрушениям или
значительным повреждениям некоторой части ее элементов (пунктов
и линий связи). Подобные причины можно разделить на два класса:
стихийные и преднамеренные. К стихийным факторам относятся та-
кие, как землетрясение, оползни, разливы рек и т. п., а к преднаме-
ренным - ракетно-ядерные удары противника, диверсионные дейст-
вия и др. Показателями живучести могут выступать:

-	вероятность того, что между любой парой пунктов сети можно пе-
редать ограниченный объем информации после воздействия по-
раженных факторов;

-	среднее число пунктов, остающихся связными при одновременном
повреждении нескольких линий связи и т. п.

При анализе пропускной способности ТС весьма важными являют-
ся понятия вызова и сообщения. Вызов - это требование на соедине-
ние между двумя пользователями сети для передачи сообщения. Со-
общение - информация пользователя, преобразованная в сигналы
электросвязи. Учитывая разницу между вызовом и сообщением, мож-
но сказать, что поток вызовов поступает в узел сети или какую-то его
часть, а поток сообщений циркулирует в сетях связи в процессе пере-
дачи информации пользователей. Потребность в доставке сообщений
из одного пункта сети в другой можно выразить тяготением между
этими пунктами. Тяготение характеризует оценку потребности в раз-
личных видах связи между двумя пунктами сети и определяется объ-
емом сообщений, которые необходимо доставить за некоторый отре-
зок времени из одного пункта в другой. От тяготения, выраженного
объемом сообщений или объемом информации, можно перейти к тя-
готению, выраженному временем занятия линий связи, а от него - к
количеству необходимых ЛС. Тяготение, определяемое объемом ин-
формации, удобно для передачи данных, а определяемое временем
занятия каналов, - для телефонии и разного рода вещания. Время
занятия каналов выражается часозанятиями за год, сутки или час.
Тяготение зависит от вида информации, территориального распреде-
ления пользователей, их особенностей, хозяйственных, культурных
и других взаимосвязей. Однозначно определить тяготение невозмож-
но, так как на него влияет очень много факторов, поэтому точность
оценок тяготения обычно невелика.

Объем информации, переданной между двумя пунктами за какой-
то период времени, определяется суммой объемов всех сообщений
(с учетом повторных) или произведением числа переданных сообще-
ний на средний объем одного сообщения. Время занятия линий или
приборов, выраженное в часозанятиях, определяет нагрузку на эти
линии или приборы как произведение общего числа поступивших вы-
зовов на среднюю продолжительность занятий. Интенсивность на-
грузки - это число часозанятий за определенный промежуток време-
ни, например, час наибольшей нагрузки (ЧНН). Под ЧИН понимают
60-минутный интервал времени, в течение которого нагрузка больше,
чем в любом другом аналогичном периоде. Обычно оперируют поня-
тием интенсивности нагрузки, хотя для упрощения ее часто называют
просто нагрузкой. Безразмерная единица интенсивности нагрузки на-
звана Эрлангом. Один Эрланг - это интенсивность нагрузки одного
прибора, непрерывно занятого в течение часа. Зная нагрузку, задав-
шись качеством обслуживания, можно определить число необходи-
мых ЛС или обслуживающих приборов.

В случаях, когда сеть не может обслужить поступающую нагрузку,
имеет смысл говорить об объеме реализованной нагрузки в сети. Ве-
личина реализованной нагрузки определяется пропускной способно-
стью сети связи. В ряде случаев пропускную способность оценивают
количественно. Например, оценивают величину максимального пото-
ка информации, который можно пропустить между некоторой парой
пунктов или определяют пропускную способность сечения сети, яв-
ляющегося самым узким местом при разделении сети между источни-
ком и получателем на две части.

Поток сообщений между двумя пунктами - это последователь-
ность сообщений, передаваемых из одного пункта в другой. Кроме
полезной информации в сети передаются сообщения управления и
сигнализации, не имеющие ценности для пользователя. Существенно
загружают сети связи (не давая полезного эффекта) и повторные
вызовы, возникающие в случае отказа при первичном вызове. Поток
сообщений характеризуется последовательностью моментов поступ-
ления каждого следующего сообщения. Можно охарактеризовать по-
ток и через интервалы времени между этими моментами. Вид потока
сообщений может быть описан также и распределением длительно-
стей занятий приборов каждым поступающим сообщением. Все пото-
ки, циркулирующие в сетях связи, делятся на детерминированные,
случайные и смешанные. Детерминированными называются потоки,
моменты поступления и объемы сообщений в которых известны зара-
нее. К таким потокам относятся почти все потоки вещания (как звуко-
вого, так и телевизионного), регулярные передачи различных сводок
и т. п. У случайных потоков моменты поступления, объемы отдельных
сообщений и их адрес заранее не определены и являются случайны-
ми величинами, описываемыми с помощью вероятностных распреде-
лений. К таким потокам относятся потоки телефонных сообщений.
В зависимости от конкретных условий случайные потоки могут быть
самыми разнообразными, однако для большинства практических слу-
чаев возможна аппроксимация (описание) длительностей промежут-
ков между поступлением двух соседних сообщений известными веро-
ятностными законами распределения, позволяющими получить мате-
матическую модель потока. В смешанном потоке имеются как детер-
минированные, так и случайные составляющие.

Для расчета оборудования сетей связи рассматривают взаимо-
связь между нагрузкой, объемом оборудования (необходимым, чтобы
обслужить эту нагрузку), дисциплиной и качеством обслуживания. На-
грузка определяется произведением ct, где с - среднее число вызо-
вов в ЧНН от одного источника (пользователя ТС), t- среднее значе-
ние длительности занятий (в часах). Для определения нагрузки необ-
ходимо измерить длительность и число занятий приборов. Получив
значения с и t, определяют интенсивность удельной нагрузки у = ct,
т. е. нагрузки, создаваемой одним источником. Умножая у на число
источников N, получим величину интенсивности средней нагрузки
у = Ny = Net.

Дисциплина обслуживания вызовов может быть с отказами (с яв-
ными потерями), с ожиданием (с условными потерями) или комбини-
рованной. Качество обслуживания вызовов задается вероятностью
того, что поступивший вызов будет обслужен. В системах с отказами
вызов должен быть обслужен немедленно; при невозможности не-
медленного обслуживания вызов получает отказ. Количество отказов
по отношению к общему количеству поступивших вызовов определяет
явные потери - потери вызовов: Рв = Соп /Спост. Под нормой потерь
вызовов понимают среднестатистическое значение допустимых по-
терь при числе вызовов, стремящемся к бесконечности. Потери вызо-
вов нормируются в долях от целого - в процентах или промилле
(промилле - десятая часть процента или 1/1000, обозначаемая %о).
Потери вызовов Рв =0,005 или 5%о означают, что из тысячи посту-
пивших вызовов пять получат отказ. В системах с ожиданием вызов
должен быть обслужен не позднее обусловленного времени. Здесь
качество обслуживания оценивается вероятностью ожидания Р (д > 0)
и вероятностью ожидания свыше заданного допустимого времени
Р (д > /доп). где д - время ожидания.

Рентабельность и стоимость. Телекоммуникационная сеть рен-
табельна, если затраты на ее организацию и обеспечение работоспо-
собности окупаются тем экономическим эффектом, который дают ус-
луги, предоставляемые пользователям с ее помощью. Основной эко-
номической характеристикой сети связи являются приведенные затра-
ты, определяемые стоимостью сети, ее эксплуатации и управления.

Конечная цель развития инфокоммуникационных сетей - создание
глобальной информационной инфраструктуры (ГИИ) (Global Informa-
tion Infrastructure, GII), предоставляющей пользователям набор услуг,
обеспечивающих открытое множество приложений и охватывающих
все виды информации и возможность ее получения в любом месте,
в любое время, по приемлемой цене и с приемлемым качеством. Соз-
данию ГИИ способствует сближение технологий, используемых в об-
ласти телекоммуникаций, компьютеров и потребительской электрони-
ки, а также новые возможности для бизнеса. Основополагающие
принципы, на которых должно базироваться развитие ГИИ:

-	обеспечение открытого доступа к сетям;

-	гарантия всеобщего обеспечения доступа к услугам, а именно мо-
бильности - возможности доступа к услугам из различных мест и во
время движения и возможности перемещения из одного места в
другое; при этом сохраняется доступ к услугам вне зависимости от
доступности или недоступности этих услуг в местной среде, т. е.
непрерывность доступа в пространстве и во времени;

-	обеспечение равных возможностей для пользователей с учетом
культурного и языкового многообразия;

-	необходимость международного сотрудничества с наименее разви-
тыми странами;

-	содействие открытой конкуренции и поощрение частных инвестиций.

Эти принципы будут реализованы посредством развития глобаль-
ных рынков для сетей, услуг и приложений; гарантии конфиденциаль-
ности и защиты данных; защиты прав интеллектуальной собственно-
сти; сотрудничества в научно-исследовательской деятельности и в
разработке новых приложений.

7.2.	Топология и организационная структура
телекоммуникационных сетей

Топология. На уровне самого общего представления любая сеть со-
стоит из совокупности пунктов и соединяющих их линий. Взаимное рас-
положение пунктов и линий характеризует связность сети и способность
к обеспечению доставки информации в различные пункты. Структура,
отображающая взаимосвязь пунктов (конфигурацию линии), называется
топологией. Различают физическую и логическую топологию. Физиче-
ская топология показывает размещение сетевых пунктов и конфигура-
цию линий связи. Логическая топология дает представление о пути,
по которому передаются потоки информации между пунктами.

Для исследования топологических особенностей сети ее удобно
изобразить в виде точек и соединяющих их дуг. Такая геометрическая
фигура носит название граф. Точки графа именуются вершинами,
а дуги, если не учитывается их направленность, - ребрами. Граф яв-
ляется топологической моделью структуры сети. Выбор топологии
сети является первой задачей, решаемой при ее построении, и опре-
деляется такими требованиями, как экономичность и надежность связи.
О-------------------О

-----Основная связь
-----Резервная связь

Рис. 7.2. Топология
«точка - точка»

Задача выбора топологии сети решается
сравнительно несложно, если известен набор
стандартных топологий, из которых она может
быть составлена. Рассмотрим ряд базовых
топологий и их особенности.

Топология «Точка - точка» является

наиболее простым примером базовой топологии и представляет со-
бой сегмент сети, связывающий физически и логически два пункта
(рис. 7.2). Надежность в таком сегменте может быть повышена вве-
дением резервной связи, обеспечивающей стопроцентное резервиро-
вание, называемое защитой типа 1+1. При выходе из строя основ-
ной связи сеть автоматически переводится на резервную. Несмотря
на всю простоту, именно эта базовая топология наиболее широко ис-
пользуется при передаче больших потоков информации по высоко-
скоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским
подводным кабелям, обслуживающим телефонную нагрузку. Она же
используется как составная часть радиально-кольцевой топологии
(в качестве радиусов). Топология «точка - точка» с резервированием
типа 1+1 может рассматриваться как вырожденный вариант тополо-
гии «кольцо» (см. ниже).

Древовидная топология может иметь различные варианты
(рис. 7.3). Особенностью сегмента сети, имеющего древовидную то-
пологию любого из перечисленных вариантов, является то, что связ-
ность п пунктов на уровне физической топологии обеспечивается
числом ребер R = л-1. На логическом уровне допустима организация
топологий «точка - точка» (point - to-point) и «точка - многоточка»
(point - to multipoint), когда от одного пункта можно организовать связь
сразу к нескольким (или ко всем остальным) пунктам сети. Количество
связывающих путей передачи информации между каждой парой пунк-
тов в таком сегменте всегда равно 1. С точки зрения надежности это
достаточно низкий показатель.

Повышение надежности в таких сетях достигается введением ре-
зервных связей (например, защиты типа 1+1). Древовидная тополо-
гия находит применение в локальных сетях и сетях абонентского
доступа.

Рис. 7.3. Древовидная топология: а - дерево; б - звезда; в - цепь
Рис. 7.4. Топология Рис. 7.5. Топология Рис. 7.6. Полносвязная
«кольцо»	«двойное кольцо»	топология

Топология «кольцо» (рис. 7.4) широко используется в локальных
сетях межузловых соединений, опорных высокоскоростных сетях, а
также в сетях абонентского доступа, организуемых на базе оптическо-
го кабеля. Число ребер графа, отображающего физическую тополо-
гию, равно числу вершин: Я = л. На логическом уровне допустимы то-
пологии «точка-точка», «точка - много точек».

Между каждой парой пунктов могут быть организованы h = 2 не-
зависимых связывающих пути (прямой и альтернативный), что
обеспечивает повышение надежности связи в таком сегменте, осо-
бенно при использовании резервирования типа 1+1, так называе-
мого двойного кольца (рис. 7.5). Двойное кольцо образуется физи-
ческими соединениями между парами пунктов, при которых ин-
формационный поток направляется в двух противоположных на-
правлениях, причем одно направление используется как основное,
второе - как резервное.

Полносвязная топология (рис. 7.6) обеспечивает физическое и
логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым».
Граф, включающий л вершин, содержит Я = л(л-1)/2 ребер. Количе-
ство независимых связывающих путей между каждой парой пунктов
в таком сегменте сети Ъ = л-1. Полносвязная топология обладает
максимальной надежностью связи благодаря большому числу обход-
ных путей. Такая топология характерна для глобальных распреде-
ленных сетей при формировании опорного сегмента (магистральной
сети). Максимальная надежность связи в сегменте достигается при
использовании на обходных направлениях альтернативных сред рас-
пространения сигналов (например, волоконно-оптический кабель и
радиорелейная линия).

Ячеистая топология. Каждый пункт сегмента имеет непосредст-
венную связь с небольшим числом пунктов, ближайших по расстоя-
нию (рис. 7.7). При большом числе вершин число ребер R = r-n/2,
где г - число ребер, примыкающих к каждой вершине. Ячеистые сег-
менты обладают высокой надежностью связи при меньшем числе ре-
бер по сравнению с полносвязным сегментом. Использование полно-
связной и ячеистой топологией целесообразно лишь в сегментах с
высокой концентрацией трафика, так как их реализация связана со
значительными затратами.
Организационная структура. Организационная структура ото-
бражает устройство сети в целом, а именно типы, назначение, основ-
ные характеристики ее элементов и композиционные принципы объе-
динения элементов в структурные компоненты, которые можно рас-
сматривать как отдельные подсети, так называемые сегменты теле-
коммуникационной сети.

Элементами любой сети являются пункты и связывающие их ли-
нии, Пункты сети подразделяются на оконечные и узловые. В оконеч-
ных пунктах (ОП) размещаются оконечные системы инфокоммуника-
ционных сетей. Функциональное назначение ОП определяется типом
оконечной системы. Оконечные пункты, в которых устанавливаются
терминальные системы, предназначены для обеспечения доступа к
сети. При этом функция доступа может рассматриваться в двух ас-
пектах: обеспечение доступа пользователя к сети и организация дос-
тупа при соединении различных сегментов сети. Терминальные сис-
темы пользователей осуществляют ввод-вывод информации путем
преобразования информационных сообщений в сигналы и наоборот.
Оконечные пункты, в которых устанавливаются терминальные систе-
мы пользователей, называются абонентскими пунктами (АП). Пунк-
ты, в которых размещаются системы, являющиеся поставщиками ос-
новных информационных или вычислительных ресурсов (организуют-
ся информационные банки, телевизионные и радиовещательные сту-
дии, центры служб новостей, обучения, справочных служб и т. п.),
также являются оконечными пунктами. Оконечные пункты, где распо-
лагаются административные системы, называются центрами управ-
ления сетью.

Пункт, в котором устанавливается оконечное оборудование кон-
кретной сети, является ее оконечным пунктом и называется узлом
доступа (Access node) данной сети. В нем может быть установлено
коммутационное оборудование, а также специальное оборудование,
выполняющее функции межсетевого преобразователя (шлюза) при
сопряжении сегментов, отличающихся по технологическим признакам.
Узловой пункт или сетевой узел представляет собой пункт, в кото-
ром сходятся три и более линии связи и который является промежу-
точным (транзитным) на пути следования потоков информации.

Назначение узла в сети определяется выполняемыми им функ-
циями. В качестве функций узла могут рассматриваться коммутация,
концентрация и мультиплексирование. Коммутация представляет
собой процесс установления соединения между сходящимися в узле
линиями при распределении информационных потоков в сети в соот-
ветствии со схемой маршрутизации. Коммутация может быть опера-
тивной (на время одного сеанса связи между парой абонентов) и дол-
говременной, осуществляемой путем кроссирования сходящихся в
узле линий либо группы каналов. Узел, выполняющий функцию опе-
ративной коммутации, будем называть узлом коммутации, а узел,
в котором осуществляется долговременная коммутация (кросс), -
распределительным узлом. Концентрация подразумевает объеди-
нение нескольких входных небольших по мощности информационных
потоков с целью получения более мощного выходного потока, обес-
печивающего эффективную загрузку линии. Пункт, выполняющий та-
кую функцию, называется концентратором. Мультиплексирование
обеспечивает возможность передачи нескольких потоков информации
по одной линии путем закрепления за каждым из них фиксированной
части ресурса линии. Такое фиксированное распределение линейного
ресурса остается неизменным даже в периоды отсутствия информа-
ции некоторого из них (т. е. функция концентрации здесь отсутствует).
Такой пункт сети называется соответственно мультиплексором. В уз-
ловом пункте сети могут совмещаться одновременно несколько пере-
численных функций.

Линии передачи обеспечивают передачу информационных потоков
в форме сигналов и представляют собой сооружения, включающие
среду распространения сигналов и комплекс каналообразующего
оборудования. В качестве физической среды могут использоваться
медные пары проводов, оптическое волокно, эфир. В зависимости от
среды, по которой передаются сигналы, все существующие типы ли-
ний связи принято делить на две группы: проводные и беспроводные.
К проводным относятся все типы линий, в которых сигналы распро-
страняются вдоль искусственно создаваемой направляющей среды.
В простейшем случае - это физическая цепь, образуемая парой про-
водов, по которой передается сигнал в виде электрического тока.
Для обеспечения требуемой дальности передачи сигналов, а это мо-
гут быть тысячи километров, в кабельных магистралях организуются
усилительные пункты, расположенные по трассе через определенные
интервалы.

К проводным относятся также линии, использующие в качестве
среды распространения диэлектрические материалы, в частности,
тонкие стеклянные волокна.

Термин радиолиния распространяется на все типы линий, в которых
сигналы передаются в открытом пространстве без искусственных на-
правляющих сред в виде радиоволн. Ценное качество радиолиний-
возможность их быстрой организации и сравнительно невысокая стой-
мость. Немаловажным является также факт использования радиолиний
для организации мобильной связи (с подвижными объектами: автомо-
билями, самолетами, поездами, кораблями, космическими летатель-
ными аппаратами). Линии радиосвязи, состоящие из нескольких или
многих участков, в пределах которых происходит прием сигнала, его
усиление и передача в следующий пункт, называются распределенны-
ми линиями. К ним относятся спутниковые радиолинии.

Композиционные принципы объединения элементов сети в отно-
сительно самостоятельные структурные компоненты ее (сегменты)
базируются, как правило, на представлении о масштабности сег-
мента, а также на используемой в нем сетевой технологии (теле-
коммуникационной технологии). Классификация сегментов сети по
территориально-функциональному принципу может быть представле-
на иерархией сетей, имеющих аббревиатуры LAN, MAN, WAN
(рис. 7.8). Локальная сеть (Local Area Network, LAN) - сеть, в которой
основная часть потоков замыкается внутри небольшой территории,
учреждения, промышленного предприятия и т. п. К сетям типа LAN
могут быть отнесены сети, образованные как совокупность нескольких
локальных сетей.

Аббревиатура MAN расшифровывается как «Metropolitan Area Net-
work», что переводится как «городская сеть, общегородская сеть, ре-
гиональная вычислительная сеть». Иногда в литературе такая сеть
интерпретируется как местная сеть, т. е. сеть, охватывающая, ска-
жем, территорию города либо сельского района.

WAN (Wide Area Network) переводится как глобальная, широко-
масштабная сеть, территориально распределенная сеть. Чаще всего
в литературе используется термин глобальная сеть. Она предназна-
чена для объединения сетей LAN, MAN и прочих сегментов, располо-
женных на территории большого региона, государства, континента,
а также на различных континентах.

Одним из фундаментальных принципов построения телекоммуника-
ционной системы является деление сетей на транспортные (первич-
ные) сети и коммутируемые (вторичные) сети. Термин «первичная

Рис. 7.8. Территориально-функциональная иерархия
сегментов информационной сети
Рис. 7.9. Транспортная и коммутируемые сети

сеть» был предложен российскими учеными в начале шестидесятых
годов прошлого века. Он был введен как название совокупности кана-
лов и трактов, ресурсы которых используются вторичными сетями -
телефонной, телеграфной и другими. В англоязычной технической ли-
тературе им соответствуют термины «Transport Network» и «Switched
Network». В качестве иллюстрации к данной терминологии на рис. 7.9
представлена модель гипотетической городской сети, из которой ста-
новится понятными принципы использования ресурсов транспортной
сети для организации телефонной связи и передачи данных (ПД).

Рис. 7.9 состоит из двух фрагментов. Левый фрагмент иллюстри-
рует принципы построения гипотетической городской телефонной се-
ти (ГТС), состоящей из четырех местных станций (МС). Правый фраг-
мент показывает идею построения сети ПД, образуемой тремя цен-
трами коммутации пакетов (ЦКП).

Нижние части левого и правого фрагмента идентичны, так как ото-
бражают общую транспортную сеть, которая состоит из двух основ-
ных элементов - сетевых узлов (СУ) и объединяющих их линий пере-
дачи. Исторически сложилось так, что оборудование СУ располагает-
ся в тех же зданиях, где устанавливается коммутационное оборудо-
вание телефонных сетей общего пользования (ТфОП). По этой при-
чине число СУ в рассматриваемой модели равно числу МС. На
рис. 7.9 показана кольцевая структура транспортной сети, но это не
единственно возможное решение. В нашей модели предполагается,
что СУ построены на базе цифровых кроссовых узлов (ЦКУ). Важная
особенность ЦКУ - возможность оперативного установления полупо-
стоянных соединений для того, чтобы всем коммутируемым сетям бы-
ли предоставлены необходимые ресурсы для обмена информацией.

ЦКУ позволяют формировать коммутируемые сети любой структу-
ры. Левый фрагмент рис. 7.9 показывает структуру ГТС, в которой все
МС связаны между собой по принципу «каждая с каждой». Гипотети-
ческая сеть ПД - правый фрагмент рис. 7.9 содержит три ЦКП, кото-
рые образуют структуру типа «звезда».

В заключение раздела приведем определение терминов, исполь-
зованных выше:

1.	Сетевой узел (Network Node) - комплекс технических средств, ко-
торый обеспечивает формирование и полупостоянную коммутацию ка-
налов и трактов, используемых коммутируемыми сетями электросвязи.

2.	Линия передачи (Transmission Line) - совокупность каналов
и/или трактов, соединяющих сетевые узлы между собой.

3.	Транспортная сеть (Transport Network) - совокупность СУ и ли-
ниг) передачи, которая обеспечивает коммутируемые сети необходи-
мыми ресурсами для обмена информацией.

4.	Коммутационная станция (Switching Exchange) - совокупность
аппаратно-программных средств, обеспечивающих установление со-
единений для обмена информацией.

5.	Местная станция (Local Exchange) - коммутационная станция,
обеспечивающая подключение абонентских терминалов.

6.	Коммутируемая сеть (Switched Network) - определенная сово-
купность коммутационных станций и часть ресурсов транспортной
сети, которые предназначены для обмена одним или более видами
информации.

7.3.	Коммутация в сетях электросвязи

Существует два метода организации сквозной связи через сеть - с
соединением и без соединения. В первом случае между передатчиком
и приемником устанавливается определенный маршрут передачи
информации. Примером сетей первого типа является телефонная
сеть. Во втором случае информация упаковывается в объекты, назы-
ваемые пакетами, которые могут прокладывать путь к приемнику че-
рез сеть без установки соединения. Аналогией для сетей такого типа
являются почтовые службы.

Коммутация может быть долговременной или оперативной. Долго-
временная (кроссовая) коммутация выполняется сетевым оператором
заблаговременно и не связана с поступлением заявки на обслуживание,
поэтому она не зависит от потоков передаваемых сообщений и сущест-
вует в течение значительно большего времени, чем время передачи од-
ного сообщения. Оперативная коммутация выполняется в соответствии
с поступившей заявкой и существует в течение времени, необходимого
для передачи данного сообщения. Основными видами оперативной
коммутации являются коммутация каналов и коммутация пакетов.

Кроссовая коммутация. Образование прямых каналов. Крос-
сирование (долговременное подключение) осуществляется чаще
всего вручную. Изменение установленных кроссировок может про-
изводиться:

-	одноразово - при вводе в строй новых абонентов или участков сети;
- эпизодически - по специальному указанию (для перераспределе-
ния каналов в случае повреждения какого-либо участка сети), а
также в зависимости от изменения интенсивности потоков посту-
пающих сообщений;

-	по расписанию - переключение группы каналов в определенное
время суток.

В некоторых случаях путем установки кроссировок на УК создают-
ся прямые каналы связи между оконечными пунктами (ОП) для непо-
средственного обмена сообщениями. Прямые каналы могут предос-
тавляться в аренду. Использование прямого канала целесообразно,
если между ОП постоянно существует большой поток сообщений и
канал загружен не менее чем 40% времени, а также при большой
важности и срочности сообщений. Применение кроссовой коммутации
целесообразно только в тех случаях, когда требования пользователей
исключительно высоки, и они не могут быть удовлетворены при при-
менении оперативной коммутации. При этом следует учитывать, что с
ростом количества ОП число необходимых линий и объем оборудо-
вания на УК растут очень быстро, поэтому в целом сеть с кроссовой
коммутацией является самой неэкономичной. Наиболее эффектив-
ными способами повышения производительности сети - применение
одного из способов оперативной коммутации.

Коммутация каналов. При коммутации каналов (КК) на время пе-
редачи сообщения между пользователями создается последователь-
ное соединение каналов или линий, называемое соединительным
трактом. Все создаваемые соединения - дуплексные (двусторон-
ние). На каждом УК для установления соединения выбирается один
из свободных каналов нужного направления связи и осуществляется
соединение его с предыдущим и последующим каналами или с або-
нентом. На рис. 7.10 показан пример коммутации каналов для уста-
новления прямого и обходного соединения. Жирной линией выделен
соединительный тракт связи между вызывающим (А) и вызываемым (Б)
оконечными пунктами. Соединение от УК-1 непосредственно к УК-2
называется прямым направлением. При отсутствии свободных кана-
лов в прямом направлении может быть использовано обходное на-
правление связи через промежуточный (транзитный) УК-3. Коммута-
ция каналов применяется в сетях, где информация передается в ре-
альном масштабе времени (телефонные сети, сети абонентского те-
леграфа, некоторые сети ПД). Процесс обслуживания при КК можно
разделить на три стадии: сигнализация для установления соедине-
ния; обмен полезной информацией по установленному соединению;
сигнализация для разъединения.
Недостатки КК:

-	возможность отсутствия свободных каналов в требуемом направ-
лении, что приводит к возникновению повторных вызовов или к
увеличению времени ожидания установления соединения;

-	большое время установления соединения, снижающее надежность
связи тем больше, чем больше последовательно включенных точек
коммутации в соединительном тракте;

-	скорость передачи информации на цифровых участках сети жестко
задана;

-	высокие требования к синхронизации сети.

Несмотря на указанные недостатки, этот вид коммутации широко
применяется. При КК абоненты на определенное время получают
двусторонний канал связи, по которому можно вести обмен информа-
цией. Информация во время обмена между пользователями достав-
ляется практически без задержки, так как не требуется ее обработки
в УК. Управляющие устройства узлов КК участвуют в обслуживании
вызова только на стадии сигнализации, т. е. при установлении и раз-
рушении соединения. Это обуславливает высокую пропускную спо-
собность систем управления узлов КК.

Коммутация пакетов. В том случае, когда нужно передавать толь-
ко не очень большое количество информации, установка канала для
передачи данных оказывается чрезвычайно неэффективной. Лучший
подход состоит в том, чтобы добавлять к данным адресную информа-
цию и посылать их в отдельном блоке, известном под названием па-
кет (данных). Пакет передается соответствующему адресату через
различные узлы сети. Преимуществом пакетной коммутации является
то, что сеть используется только тогда, когда имеется информация
Флажок	Адрес	Информация	Флажок

Рис. 7.11. Пакет данных

для передачи, тогда как при коммутации каналов линия устанавлива-
ется независимо от того, имеется ли информационный поток в соот-
ветствующей точке в данный момент или нет. Это важно для некото-
рых служб, таких, например, как передача данных с пульсирующим
трафиком.

Основная форма пакета показана на рис. 7.11. В начало и конец
пакета добавляется служебная информация - заголовок, содержащий
информацию, которая идентифицирует источник и адресат пакета, а
также биты синхронизации, которые указывают начало или конец па-
кета. Пакет передается через сеть поэтапно, сохраняясь в буфере,
пока соответствующее звено пути не освободится. Дополнительная
информация, присоединяемая к пакету для идентификации его ис-
точника, адресата или сетевого маршрута, относительно невелика по
сравнению с самим сообщением.

Существует два специальных типа систем пакетной коммутации.
В системе с коммутацией сообщений (КС), схема которой показана
на рис. 7.12, пакет включает все сообщение целиком. Системы с ком-
мутацией сообщений часто называют системами хранения и отправ-
ки сообщений. Хотя коммутация сообщений позволяет избежать раз-
деления передаваемой информации на меньшие по размеру пакеты
и последующую их сборку в приемнике, все же можно отметить не-
сколько недостатков, связанных с использованием этого вида комму-
тации в коммутационных сетях:

-	размеры сообщений изменяются от десятков байтов до десятков
тысяч байтов, а аппаратное оборудование должно иметь возмож-
ность сохранять все сообщения. Очевидно, что это неэффективно
и существенно удорожает сетевые ресурсы;

-	длинные сообщения приводят к недопустимым задержкам, кото-
рые могут также влиять и на задержки коротких сообщений.

Рис. 7.12. Схема коммутации сообщений
Системы с КС применяются на телеграфных сетях общего пользо-
вания. Второй специальный тип пакетной коммутации называется ком-
мутацией ячеек. В системе коммутации ячеек все пакеты, которые на-
зываются здесь ячейками, имеют фиксированную длину. Такой формат
позволяет уменьшить объем работ, который сетевые узлы должны вы-
полнять над пакетами, сохранить сложность системы на достаточно
низком, а скорость передачи - на довольно высоком уровне. Однако
существует определенный компромисс, связанный с длиной ячеек. Ко-
роткие ячейки уменьшают задержку, потому что перед обработкой и
отправкой каждая ячейка считывается узлом. Однако, если ячейка
слишком мала, то служебная информация (заголовки и окончания па-
кетов) будет составлять существенную часть потока данных, что не-
эффективно. С другой стороны, более длинная ячейка будет увеличи-
вать задержку, что приведет к трудностям с низкоскоростными служба-
ми передачи данных, такими, например, как передача речи, поскольку
многие из ячеек останутся неиспользованными, что снова приведет
к неэффективности системы. В асинхронном режиме передачи (ATM)
используется коммутация ячеек с 48-байтовым полем информации и
5-байтовым полем заголовка. Различают два способа (режима) пере-
дачи пакетов: режим виртуальных соединений и датаграммный.

Виртуальные соединения. По сути, это коммутация каналов, но
не напрямую, а через память управляющих компьютеров в центрах
коммутации с использованием пакетов при передаче сообщений.
В виртуальной сети, прежде, чем начать передачу пакетов, абоненту-
получателю направляется служебный пакет, прокладывающий вирту-
альное соединение. В каждом узле этот пакет составляет распоряже-
ние вида: пакеты k-го виртуального соединения, пришедшие из /-го
канала, следует направлять в /-й канал. Таким образом, виртуальное
(условное) соединение существует только в памяти управляющего
компьютера. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет за-
прашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем
памяти понадобится для приема. Если его компьютер располагает
такой памятью и свободен, то посылается согласие абоненту-
отправителю (также в виде специального служебного пакета) на пе-
редачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель
приступает к передаче сообщения обычными пакетами. Пакеты бес-
препятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению
(в каждом узле их ждет инструкция, которая обрабатывается управ-
ляющим компьютером) и в том же порядке попадают абоненту-
получателю. Виртуальное соединение может существовать до тех пор,
пока отправленный одним из абонентов, специальный служебный па-
кет не сотрет инструкции в узлах. Режим виртуальных соединений
эффективен при передаче больших массивов информации и облада-
ет всеми преимуществами методов коммутации каналов и пакетов.
Датаграммный режим. Для коротких сообщений более эффекти-
вен датаграммный режим, не требующий громоздкой процедуры ус-
тановления виртуального соединения между абонентами. Термин
«датаграмма» применяют для обозначения самостоятельного пакета,
движущегося по сети независимо от других пакетов. Получив дата-
грамму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла,
максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел под-
тверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей
памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправ-
ляет пакет в другой смежный узел и т. д., до тех пор, пока пакет не
будет принят. Все узлы, окружающие данный, ранжируются по близо-
сти к адресату. Первый ранг получает ближайший к адресату узел,
второй - ближайший из остальных и т. д. Пакет посылается сначала
в узел первого ранга, при неудаче - в узел второго ранга и т. д. Опи-
санная процедура известна как алгоритм маршрутизации. Кроме
детерминированных алгоритмов маршрутизации, где перспективность
узла для передачи датаграммы оценивается с помощью конкретного
решающего правила, существуют вероятностные алгоритмы, где узел
передачи выбирается случайно. Очевидно, что при такой маршрути-
зации каждая датаграмма будет идти по случайной траектории, и,
следовательно, момент поступления ее к адресату будет случайным.
При этом свойствами случайности можно управлять, т. е. добиваться,
чтобы среднее время доставки не превышало заданного, а вероят-
ность того, что какая-то датаграмма задержится более наперед за-
данного числа секунд, была бы достаточно малой. Датаграммный ре-
жим используется, в частности, Internet, в протоколах UDP (User Data-
gram Protocol) и TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Очевидно, что у каждого из рассмотренных методов коммутации
имеется своя область применения, обусловленная его особенностя-
ми. Отсюда следует целесообразность сочетания разных методов
коммутации на сетях, объединяющих большое число абонентов с от-
личающимися друг от друга величинами нагрузки, характером ее рас-
пределения во времени, объемами сообщений, используемой око-
нечной аппаратурой. На таких сетях при небольшой средней нагрузке
и передаче сообщений большими массивами в небольшое число ад-
ресов доля потери времени на установление соединения сравнитель-
но невелика, и предпочтительнее использовать систему с КК. При пе-
редаче же многоадресных сообщений, необходимости обеспечения
приоритетности сообщениям высокой категории срочности и при
большой загрузке абонентских установок более эффективно исполь-
зовать системы КС. При передаче коротких сообщений в интерактив-
ном (диалоговом) режиме наиболее целесообразно использовать
системы КП.
7.4.	Узлы коммутации каналов и пакетов

Узлы в сетях с коммутацией каналов. Основное назначение УК -
обеспечивать соединение входящих и исходящих линий. Соединение
может осуществляться с любым свободным выходом, с одним из сво-
бодных выходов заданной группы или с каким-то конкретным выходом
в соответствии с указанным адресом. Следовательно, УК должен со-
стоять из устройств для приема адреса, устройств, управляющих ус-
тановлением соединения, и устройств, осуществляющих коммутацию.
Кроме того, в состав УК входят станционные и линейные комплекты,
устройства контроля, сигнализации, источники электропитания и дру-
гое оборудование.

1	Устройства, осуществляющие соединение, называются коммутаци-
онными приборами (КПр). Коммутационный прибор обеспечивает ком-
мутацию (замыкание и размыкание) электрических цепей под воздей-
ствием управляющих сигналов. В состав КПр всегда входят коммута-
ционные и управляющие элементы. Коммутационные элементы (КЭ) -
это контакты, обеспечивающие электрическое соединение входа с вы-
ходом. Совокупность коммутационных элементов составляет комму-
тационное поле (КП), имеющее множество входов и множество выхо-
дов. Выходы коммутационного поля могут объединяться в направле-
ния. Соединение входа с выходом осуществляется в точке коммутации,
т. е. коммутационный прибор предназначен для замыкания и размыка-
ния точек коммутации. Входы, выходы и точки коммутации имеют оп-
ределенную проводность. Проводностью называют число одновре-
менно коммутируемых проводов. Выражение «трехпроводная точка
коммутации» означает, что для осуществления одного соединения в
один и тот же момент под воздействием одного управляющего сигнала
осуществляется замыкание одновременно трех проводов.

С помощью коммутационных приборов управляющие устройства
(УУ) обеспечивают установление соединения между входящими и
исходящими линиями.

Коммутация может быть пространственной и временной. Комму-
тационное поле пространственной коммутации представляет собой
пересечение в пространстве множества входов с множеством выхо-
дов. Их электрическое соединение осуществляется в точках коммута-
ции. При временной коммутации не происходит электрического со-
единения входа с выходом. Временная коммутация используется
только в цифровых системах коммутации (ЦСК), где сигналы комму-
тируются в цифровой форме. При этом информация переносится из
одного временного интервала (канала) в другой. Точка коммутации в
таких КП эквивалента одной ячейке запоминающего устройства (ЗУ).
В одном КП могут сосуществовать блоки как пространственной, так и
временной коммутации.
Таблица 7.1. Классификация АТС

Тип АТС	Коммутационный прибор	Коммутационный элемент
Декадно-шаговые АТС (АТСДШ)  Координатные АТС (АТСК)  Квазиэлектронные АТС (АТСКЭ)  Электронные АТС (АТСЭ)	Шаговые и декадно- шаговые искатели  Многократный коорди- натный соединитель  Многократные ферридо- вый и интегральный со- единители  Электронные коммута- ционные приборы	Щетка - ламель  Струна - подвижная пружина  Г ерметизированный контакт (геркон)  Электронные КЭ

Однако для осуществления разговора недостаточно просто вы-
полнить электрическое соединение двух АЛ между собой. Для того
чтобы абоненты могли разговаривать, необходимо подать питание на
микрофоны их телефонных аппаратов, а до этого принять адресную
информацию у вызывающего абонента, послать вызов вызываемому
абоненту, и осуществить еще много других вспомогательных дейст-
вий. Поэтому кроме КП АТС имеет-много других устройств, описание
которых можно найти в литературе, приведенной в конце книги.

Если в УК включаются не только линии связи (ЛС), но и абоненты,
его называют коммутационной станцией, частным случаем которой
являются автоматические телефонные станции (АТС), предназначен-
ные для установления соединений между включенными в них абонен-
тами или подключения этих абонентов к другим АТС или УК.

Классификация АТС в соответствии с типом используемых комму-
тационных приборов приведена в табл. 7.1.

Декадно-шаговые, координатные и квазиэлектронные системы АТС
имеют электромеханические коммутационные элементы, т. е. основой
каждого из КЭ этих станций является механический контакт между ме-
таллическими проводниками. Поэтому все эти станции называют
электромеханическими системами АТС. В электронных АТС коммута-
ционные элементы используют различные электронные контакты.

Управление установлением соединения может осуществляться
аппаратными средствами или программно. Заметим, что квазиэлек-
тронные и электронные узлы коммутации используют программное
управление. Цифровые технологии появились в первую очередь в
управляющей части УК, так как первые электронные системы комму-
тации были аналоговыми. Программно-управляемые УК (Stored Pro-
gram Control, SPC) функционируют под управлением программного
обеспечения, записанного в процессоре. Рис. 7.13 дает представле-
ние о четком делении на управляющую и коммутационную части,
свойственную программному управлению. Программы содержат не-
Рис. 7.13. Структура УК при централизованном управлении

обходимые алгоритмы, используемые процессором для формирова-
ния функций управления. С появлением программно-управляемых УК
связывались большие ожидания. Некоторые из них сбылись, некото-
рые - нет. Например, скоро стало очевидным, что ранние системы не
обеспечивали необходимой гибкости. Программное обеспечение бы-
ло комплексным, и небольшое вмешательство могло стать причиной
эффекта, полностью противоположного ожидаемому. Сегодня все
функции ПО разделены на четко определенные модули. Модульность
делает системы простыми для обслуживания или необходимого рас-
ширения. В некоторой степени системы могут самостоятельно исклю-
чать из функционирования поврежденные модули или предлагать
техническому персоналу мероприятия, которые необходимо выпол-
нить для устранения повреждений. В большинстве случаев все
управление и обслуживание осуществляется персоналом с помощью
терминала техобслуживания. Современные программно-
управляемые системы характеризуются простым управлением; гибкой
структурой; низкими общими затратами; расширенными функциями;
высокой степенью надежности.

Узлы пакетной коммутации. До появления пакетного режима для
передачи данных на длинные расстояния применялись телефонные
сети с коммутацией каналов. При этом используется модем, подсое-
диненный к телефонной розетке для вызова компьютера, с которым
осуществляется соединение, после чего начинается компьютерный
диалог. При использовании приложений, где соединения часто уста-
навливаются к одному и тому же получателю, абонент обычно требу-
ет более быстрого установления соединения, чем может дать теле-
фонная сеть. Альтернативой является постоянное соединение, кото-
рое можно использовать для пересылки данных. Но этот способ пло-
хо использует сетевые ресурсы и поэтому очень дорог. Недостатком
использования телефонных сетей для передачи данных является
низкая скорость передачи данных.

В сетях с КП информация передается в пакетах различной длины
(рис. 7.14). Поэтому задачей УК является распределение пакетов к
Рис. 7.14. Передача с установлением и без установления
логического соединения

нужному получателю. Узел коммуникации - это как бы почтовый тер-
минал, где персональные пакеты направляются в соответствии с до-
бавленными к ним адресными заголовками. Адрес пакета определяет
логический канал, по которому пользователь посылает данные полу-
чателю. Когда начинается передача данных, стартовый пакет посы-
лается через сеть получателю. В каждом встречающемся на пути УК
процессор считывает информацию как маршрутизировать все сле-
дующие пакеты, относящиеся к этому соединению. Поэтому осталь-
ные пакеты сообщения используют только номер логического канала
(Logical channel number, LCN), определяющего, к какому виртуально-
му соединению относится пакет.

На УК пакеты сначала записываются во входном буфере. Это де-
лается для того, чтобы дать процессору время обработать пакеты
(прочитать адрес и т. д.). Центральное место УК занимает подсистема
процессора (сортировщик пакетов), которая извлекает пакеты из вхо-
дящего буфера и после анализа их адреса (чтения LCN) размещает
пакеты в буфер исходящего потока (рис. 7.15). Сортировка пакетов -



I Буфер исходящего
потока

Буфер исходящего
потока *





Буфер исходящего
потока

Буфер исходящего

W потока j

Рис. 7.15. Структура узла коммутации пакетов
это функция коммутации, исполняемая ПО. Адреса анализируются
с помощью таблиц, содержащих маршрутную информацию. Данные,
в таблицах создаются стартовыми пакетами различных соединений.
Функция маршрутизации относится к третьему сетевому уровню мо-
дели ВОС. Все пакеты проходят через подсистему процессора УК, где
они обрабатываются различными модулями ПО (по различным алго-
ритмам программного обеспечения). Коммутация занимает 15...20 мс.
Исходящие буферы необходимы для запоминания копии каждого па-
кета в случае запроса на повторную передачу.

Как уже упоминалось, в этом случае нет арендованных каналов,
соединяющих отдельных пользователей. Передача данных исполь-
зует любой необходимый ресурс внутри ограничений системы. При
повреждении исходящих линий пакеты будут оставаться в буфере
до тех пор, пока не будет восстановлена адекватная полоса частот.
В результате этого возможны задержки передачи, величина которых
заранее неизвестна, что является одной из причин, почему сети
с КП не пригодны для синхронных служб, таких как передача речи
и видео. На УК, работающем по методу КП, всегда выполняется про-
верка правильности переданных пакетов. Функция проверки отно-
сится ко второму канальному уровню модели ВОС. Если с помощью
переданных проверочных битов в пакете находят ошибки, то дела-
ется запрос на повторную передачу пакетов, что приводит к допол-
нительной задержке.

Программное обеспечение. Важнейшие функции узлов комму-
тации выполняются с помощью ПО. Некоторые функции вводятся с
использованием комбинации аппаратных и программных средств;
некоторые содержатся только в ПО (например, функция анализа
номера). Общий объем ПО в УК может быть огромным - до мил-
лиона команд. Это определяет необходимость осторожности при
разработке структуры для координации выполнения всех этих ко-
манд - структуры программ, которая будет определять исполнение
и гибкость системы. Мощность управляющего процессора также
должна отвечать определенным требованиям. Чем больше услуг
обеспечивает ТС, и чем чаще эти услуги запрашиваются пользова-
телями, тем больше работает процессоров. Мобильная телефония,
узко- и широкополосная ЦСИО и интеллектуальные сети являются
примерами платформ предоставления услуг, требующих большой
мощности процессоров. Увеличение мощности процессоров идет
в ногу с развитием новых услуг. Если сохранится эта тенденция,
мощность центрального процессора в обычной телефонной систе-
ме коммутации должна будет увеличиваться в 200 раз в течение
каждых десяти лет.
Локальный процессор

Отображение состояния
групповой коммутации

Коммутационное
оборудование

Отображение состояния
абонентских линий

Запись в контрольную точку

Считывание из точки
тестирования аппаратного
обеспечения ____________

Центральный процессор
Анализ ошибок

Анализ номера

Программный анализ

Анализ сигнальных
сообщений

Рис. 7.16. Разделение задач между центральным и локальным ПО

Обычно ПО разделяется на функциональные блоки с четко опре-
деленными интерфейсами. Один блок отслеживает вызовы, другой -
анализирует номер, третий - управляет коммутацией через коммута-
ционное поле и т. д. Рис. 7.16 показывает примеры разделения задач.
В УК с централизованным иерархическим управлением ПО разделено
на региональное и центральное. Один функциональный блок на стан-
ции может содержать аппаратное обеспечение и как региональные,
так и центральные компоненты ПО. Центральное ПО используется
для наиболее сложных задач, тогда как региональное - для управле-
ния рутинными (часто повторяющимися) функциями.

Блоки ПО хранят данные о структуре УК и о вызовах, находящихся
на обслуживании. Эти области данных могут изменяться в соответст-
вии с потребностями. Если результаты процесса требуют взаимодей-
ствия с другими блоками ПО, осуществляется переход к этим блокам
(рис. 7.17).

Программный комплекс

База данных

Сигнал
ПО

Функциональный
блок 1

Доступ
к данным

Блок
данных 2

Функциональный
блок 2

Функциональный
блок п

Блок
данныхп

Блок
данных 1

Рис. 7.17. Пример структуры ПО
7.5.	Сигнализация в телефонных сетях общего пользования

По образному выражению Р. Мантерфилда сигнализация - это
кровеносная система сетей электросвязи, которая поддерживает со-
вместное существование коммутационных узлов и станций в сети для
обеспечения функций обслуживания абонентов. Без сигнализации
сеть мертва, а с введением эффективных систем сигнализации сеть
становится мощным средством, с помощью которого абоненты могут
общаться друг с другом и пользоваться все расширяющимся спек-
тром услуг электросвязи. Характерной особенностью протоколов сиг-
нализации является их быстрая эволюция.

Совокупность электрических сигналов, используемых на сети для
управления установлением соединения, называется системой те-
лефонной сигнализации. Телефонной сигнализации посвящены ре-
комендации ITU-T серии Q.

В систему телефонной сигнализации обычно входят следующие
виды сигналов.

Линейные сигналы отмечают основные этапы установления со-
единения (занятие, отбой, разъединение и др.).

Сигналы управления передаются между управляющими устройст-
вами (УУ) коммутационных узлов и станцией и между УУ и телефон-
ным аппаратом (ТА) абонента. Основные сигналы управления - сиг-
налы набора номера, так называемая адресная информация. В ряде
систем также передаются сигналы о категории вызова, запроса аппа-
ратуры автоматического определения номера (АОН) вызывающего
абонента, виде устанавливаемых соединений, способе передачи
управляющей информации и т. д.

Информационные акустические сигналы передаются от АТС к те-
лефонному аппарату и служат для информирования абонента о со-
стоянии устанавливаемого соединения. К ним относятся:

-	ответ станции;

-	занято;

-	посылка вызова;

-	контроль посылки вызова.

В АТС с электронными УУ может передаваться сигнал предупреж-
дения о междугородном вызове.

Состав сигналов системы сигнализации зависит от типа исполь-
зуемого коммутационного оборудования, типа используемых систем
передачи, структуры сети и т. п. Различают следующие основные ти-
пы систем сигнализации:

-	системы абонентской сигнализации, которые определяют порядок
обмена сигналами между абонентской установкой (телефонным
аппаратом, факсом и т. п.) и АТС;

-	системы межстанционной сигнализации, которые определяют по-
рядок обмена сигналами между станциями; для местных, внутри-
зоновых, междугородных и международных сетей могут использо-
ваться различные системы межстанционной сигнализации.

Абонентская сигнализация. Как известно, оконечные абонент-
ские установки телефонии (телефонные аппараты) подключаются
к АТС с помощью двухпроводной абонентской линии. Отдельных про-
водов для сигнализации не предусматривается по экономическим со-
ображениям. АЛ используется для передачи и речевых сигналов и
сигнализации.

В настоящее время широко применяется передача линейных сиг-
налов от абонента шлейфным методом (loop-start). Основные сигналы
(занятие, ответ, отбой) формируются путем изменения сопротивления
АЛ постоянному току.

Передача адресной информации (номера вызываемого абонента)
может осуществляться двумя способами.

1.	С помощью дискового номеронабирателя путем замыкания и
размыкания шлейфа на короткое время (так называемый шлейфовый
или импульсный способ набора - pulse). Количество циклов замыка-
ний и размыканий соответствует передаваемой цифре плюс один
стартовый цикл. Длительность одного цикла составляет 100 мс: 60 мс
АЛ находится в замкнутом состоянии и 40 мс - в разомкнутом. Дан-
ный способ прост в технической реализации и широко распространен.
Однако он является медленным и неудобным при необходимости на-
бора значительной длительности (например, междугородного или
международного).

2.	Второй способ получил название многочастотного или то-
нального набора (tone) и применяется в телефонных аппаратах с тас-
татурными номеронабирателями. Передача каждой цифры осуществ-
ляется за 40 мс с помощью многочастотного кода «2 из 7», т. е. пере-
даче одной цифры соответствует одновременная передача двух гар-
монических сигналов определенных частот (табл. 7.2). Этот код обес-
печивает 16 комбинаций сигнальных частот, 10 из которых использу-
ются для набора номера. Клавиши * и # используются для дополни-
тельных услуг. Межсерийная пауза составляет также 40 мс. В зару-
бежных источниках код обозначается DTMF (Dual Tone Multi Fre-
quency). Возможность посылки тональных сигналов абонентом ис-
пользуется для построения систем с удаленным управлением и рече-
вым ответом типа речевой почты и т. п.

Таблица 7.2. Частоты тонального набора

Частоты первой группы, Гц	Частоты второй группы, Гц		
	1209	1336	1477
697	1	2	3
770	4	5	6
852	7	8	9
941	*	0	#
1 Вызов станции

3 Набор номера

7 Удержание

9 Отбой А

АЛ

2 Ответ станции__________

5 Контроль посылки вызова

12	Отбой Б ______________

13	Занятость Б

4 Вызов Б

10 Отбой А

АЛ
б Ответ Б

8 Удержание

11 Отбой Б

АЛ

Сигналы
1,3, 7, 9

а

За Набор номера

Сигналы
4,10

Сигналы
2, 5,12,13

Сигналы
6,8,11

АЛ





АЛ - абонентская линия; СЛ - соединительная линия

Рис. 7.18. Типичный порядок обмена сигналами систем абонентской (а)
и межстанционной (6) сигнализации

Типичный порядок обмена сигналами системы абонентской сигна-
лизации показан на рис. 7.18, а.

Межстанционная сигнализация. Межстанционная сигнальная
информация передается различными способами, которые можно раз-
делить на три основных класса:

1.	Способы передачи сигналов непосредственно по телефонному
каналу (разговорному тракту), называемые иногда внутриполосными
(in-band) системами сигнализации. В этом случае сигналы могут пе-
редаваться постоянным током, токами тональной частоты, индуктив-
ными импульсами и пр.

2.	Сигнализация по индивидуальному выделенному сигнальному
каналу (ВСК) (Channel Associated Signaling - CAS). Как правило, в та-
ких системах обеспечиваются выделенные средства передачи сиг-
нальной информации (выделенная емкость канала) для каждого раз-
говорного канала. Это может быть 16-й канальный интервал цифро-
вого потока Е1, частотный канал вне полосы канала ТЧ на частоте
3825 Гц и др.
Рис. 7.19. Представление сигнализации непосредственно
по телефонному каналу

3.	Системы общеканальной сигнализации (ОКС) (Common Channel
Signaling - CCS). Сигнальная информация передается по отдельной
сети передачи данных, причем одним каналом ОКС обслуживается
пучок телефонных каналов.

Типичный порядок обмена сигналами систем межстанционной сиг-
нализации при установлении телефонного соединения показан на
рис. 7.18, б.

Системы сигнализации первых двух классов разработаны для
применения в аналоговых сетях. Протокол ОКС оптимален для ис-
пользования в сетях, основанных на цифровой коммутации.

Системы сигнализации первого класса применяются на аналого-
вых декадно-шаговых АТС, реализующих принципы непосредственно-
го управления (рис. 7.19). Для этих станций в процессе обслуживания
вызова линейные и разговорные сигналы проходят один и тот же путь
как внутри станции, так и во вне ее. Наиболее широко распространен
батарейный способ, при котором сигналы передаются по проводам
межстанционных соединительных линий (СЛ) с использованием стан-
ционных батарей АТС и земли в качестве обратного провода.

Следующий этап развития коммутационных станций показан на
рис. 7.20. Наиболее характерным представителем таких станций яв-
ляются координатные АТС. Коммутация выполняется коммутацион-
ными блоками, а управление установлением соединения производит-
ся с помощью УУ, отделенных от коммутационных приборов. Пути

Рис. 7.20. Упрощенное представление сигнализации по выделенному
сигнальному каналу с раздельными блоками коммутации и управления
прохождения линейных и разговорных сигналов совпадают вне АТС,
но различаются внутри нее. Появление этого поколения АТС вызва-
ло более активное использование способов сигнализации перемен-
ным током.

Внутриполосная сигнализация предусматривает передачу сиг-
нальной информации в полосе частот 300...3400 Гц по тому разго-
ворному каналу, к которому эта информация относится. В межстанци-
онных трактах передачи эти сигналы обрабатываются так же, как
обычные речевые сигналы - для обработки используются те же необ-
служиваемые (обслуживаемые) усилительные пункты, что приводит к
гораздо большей дальности сигнализации, чем это возможно в сис-
темах сигнализации с постоянным током. Могут использоваться не-
прерывные или импульсные тональные сигналы.

Внутриполосная сигнализация может осуществляться двумя мето-
дами: от звена к звену и из конца в конец. В первом случае вся ад-
ресная информация обрабатывается в каждой АТС, этот метод наи-
более предпочтителен для цифровых АТС. Во втором случае сигналы
между исходящей и входящей АТС передаются по разговорному тракту
без преобразования и анализа в промежуточных коммутационных уз-
лах, при этом сигналы (например, ответа) могут передаваться через
сеть быстрее, чем в случае сигнализации от звена к звену. Данный ме-
тод используется на сетях координатных и декадно-шаговых АТС.

Внеполосные системы сигнализации используются при организа-
ции СП с помощью аналоговых систем передачи с ЧРК. Для сигнали-
зации используется диапазон 3400...4000 Гц (обычно 3825 Гц). Пре-
имущества внеполосной сигнализации включают возможность пере-
дачи сигнала одновременно с передачей речи и отсутствие необхо-
димости принятия мер от имитации сигналов обычной речью.

Системы сигнализации первых двух классов (рис. 7.19 и 7.20) об-
ладают ограниченными возможностями, в том числе ограниченным
объемом сигнальной информации (например, ограниченное число
состояний шлейфа постоянного тока или ограниченное число комби-
наций частот) и ограниченными возможностями передачи (например,
невозможно передавать сигналы внутриполосной сигнализации на
стадии разговора, не вызывая неудобств у абонентов). Данные огра-
ничения послужили предпосылкой создания третьего способа - обще-
канальной сигнализации, в которой сети передачи речи и сигнализа-
ции разделены (рис. 7.21).

Межстанционная сигнализация по общему каналу (или метод out-
band) представляет собой сеть передачи данных, построенную по-
верх коммутируемой сети операторов связи, и обеспечивает внедре-
ние последними новых типов услуг. Этот метод сигнализации был
разработан с целью увеличения эффективности использования сети
при помощи передачи служебных сигналов по отдельным каналам
Рис. 7.21. Упрощенное представление общеканальной сигнализации
связи, а позднее стал основой построения интеллектуальных сетей.
Информация о маршрутах сети, базы данных и специализированные
программы размещаются на компьютерах, подключенных к сетям
операторов связи.

Поскольку базы данных и программы обработки расположены не на
коммутаторах телефонных станций, а на отдельных компьютерах, при
внедрении новых интеллектуальных услуг не всегда нужно обновлять
все коммутаторы в сети. Это способствует достаточно быстрому появ-
лению новых услуг в сети общего пользования. Кроме того, специали-
зированные серверы и базы данных обслуживают сразу несколько те-
лефонных станций. Таким образом, при обновлении серверов или их
ПО новые услуги становятся доступными сразу нескольким АТС.

Ниже перечислены примеры услуг, появившихся в сети общего
пользования благодаря сигнализации по общему каналу.

-	Голосовая почта, обеспечиваемая телефонными и сотовыми ком-
паниями. Подключение телефонных станций к системам голосовой
почты осуществляется по каналам сигнализации.

-	Голосовой набор номера для автомобильных и домашних телефо-
нов. Эта возможность обеспечивается сетевыми системами распо-
знавания голоса.

-	Система выбора разрешенных/запрещенных телефонных номе-
ров. Операторы сотовой связи предоставляют услугу, позволяю-
щую потребителю выбирать телефонные номера, с которых можно
звонить на его сотовый телефон. Звонки с запрещенных номеров
перенаправляются в систему голосовой почты.

-	Автоматический роуминг в сотовых сетях. Регионы, в которых
роуминг разрешен, записаны на подключенных к сети компьютерах.

-	Несколько телефонных номеров, приписанных одной абонентской
линии. Звонки по разным номерам отличаются различными сигна-
лами вызова. Информация об этом находится в базах данных.

-	Различные возможности, обеспечиваемые местными телефонны-
ми компаниями, такие как переадресация звонков и проведение
конференций по телефону.

-	Автоматическое определение номера и имени вызывающего
абонента.
-	Персональные телефонные номера, которые «следуют» за клиен-
том, так что ему всегда можно звонить по одному и тому же теле-
фонному номеру независимо от того, находится ли он дома, на ра-
боте или в машине.

В настоящее время широкое распространение получила система
сигнализации по общему каналу № 7 (ОКС-7). Система сигнализа-
ции № 7 представляет собой отдельную сеть, предназначенную для
передачи сигналов между сетями операторов связи. Эффективность
сигнализации по общему каналу достигается за счет обслуживания
нескольких телефонных разговоров при помощи одного канала пе-
редачи сообщений. Кроме того, поскольку один канал сигнализации
обслуживает несколько транков (физических каналов между комму-
таторами или магистралей), необходимо обеспечить его надеж-
ность. Если отказывает один канал сигнализации, перестают рабо-
тать сразу несколько транков. Обеспечение отказоустойчивости яв-
ляется важным фактором при проектировании сетей сигнализации
операторов связи (на рис. 7.22 показаны избыточные каналы сигна-
лизации).

Коммутатор
телефонной
станции № 2

Коммутатор
телефонной
станции № 3

Рис. 7.22. Сигнализация по общему каналу
Компоненты ОКС-7. Сигнальная система № 7 состоит из коммута-
торов пакетов или транзитных пунктов сигнализации, которые позво-
ляют коммутаторам телефонных станций обращаться к пунктам
управления обслуживанием, содержащим специализированные базы
данных с информацией об абонентах и счетах. Компоненты SS7 пока-
заны на рис. 7.23.

Транзитные пункты сигнализации (signal transfer point, STP)
представляют собой коммутаторы пакетов. Они маршрутизируют сиг-
налы между телефонными станциями и специализированными база-
ми данных. Сообщения пересылаются от одного узла сети SS7 до
другого в виде пакетов переменной длины, снабженных адресами.
(Пакет можно представить себе как конверт, который содержит опре-
деленную информацию, например телефонные номера вызывающего
и вызываемого абонентов, биты коррекции ошибок и последователь-
ные номера, необходимые для сбора пакетов в нужном порядке в точ-
ке приема). Транзитные пункты сигнализации пользуются только ад-
ресной информацией пакета для его отправки.

Передача сигналов в пакетном формате является решающим фак-
тором в обеспечении способности ОКС-7 обслуживать несколько те-
лефонных звонков при помощи одного канала передачи. Пакеты, со-
ответствующие нескольким разговорам, пересылаются по одной ли-
нии связи со скоростью 64 кбит/с или более.

Пункты коммутации услуг связи (service switching points, SSP) по-
зволяют телефонным станциям передавать запросы к базам данных и
специализированным компьютерам. Они состоят из ПО, способного
отправлять сообщения в пункты управления обслуживанием.

Рис. 7.23. Компоненты ОКС-7
Пункты коммутации услуг связи переводят запросы из формата
машинного языка телефонной станции на язык ОКС-7. При получении
информации из сети системы сигнализации пункт коммутации услуг
связи осуществляет обратный перевод из формата ОКС-7 в формат,
понятный коммутатору телефонной станции.

В пунктах управления обслуживанием (service control point, SCP)
находятся специализированные базы данных, содержащие инструк-
ции по маршрутизации каждого звонка в зависимости от номеров вы-
зывающего и вызываемого абонентов. В сетях сотовой связи пункты
управления обслуживанием содержат информацию о роуминге, кото-
рая передается оператору беспроводной связи того региона, где в
данный момент находится абонент.

Такие услуги, как голосовая почта, рассылка факсов и голосовой
набор номера, также обеспечиваются пунктами управления обслу-
живанием.

В заключение заметим, что в начале своей работы ITU-T сосредо-
точивался на стандарте международных систем сигнализации, допус-
кая развитие национальных систем сигнализации независимо друг от
друга. В наибольшей степени это отразилось на отечественной теле-
фонной сети. Существующие специфические межстанционные прото-
колы сигнализации и процедура вызовов на телефонной сети Россий-
ской Федерации вызывают существенные затруднения при внедрении
современных, стандартных в международном масштабе телекомму-
никационных технологий.

7.6. Единая сеть электросвязи России

Общие положения. За последние 40 лет связь в России прошла
два больших этапа. Первый этап характеризуется созданием Единой
автоматизированной сети связи (ЕАСС), существовавшей с 1963 г. по
1992 г. Второй этап (1992-2004 гг.) - это создание и развитие взаимо-
увязанной сети связи (ВСС). Новый этап в развитии российских теле-
коммуникаций - это этап превращения российского общества в элек-
тронно-информационное общество. Федеральный закон «О связи»,
принятый Государственной Думой 18 июня 2003 г. и вступивший в си-
лу с 1 января 2004 г., создает юридическую и правовую основу для
успешного функционирования связи в новом периоде. Сетевой осно-
вой российских телекоммуникаций определена Единая сеть электро-
связи (ЕСЭ). ЕСЭ входит в Федеральную связь Российской Федера-
ции (рис. 7.24) и объединяет все сети электросвязи, расположенные
на территории России. ЕСЭ предназначена для обеспечения потреб-
ности населения, органов государственной власти и управления, обо-
роны, безопасности, охраны правопорядка, а также хозяйствующих
субъектов в услугах электросвязи.
Рис. 7.24. Единая сеть электросвязи Российской Федерации

ЕСЭ совместно со средствами вычислительной техники и инфор-
мационных технологий составляет техническую основу инфраструк-
туры информатизации российского общества и технологическую ос-
нову будущего «электронного» общества России.

ЕСЭ связана с сетями электросвязи других стран и должна занять
важное место в мировом информационном пространстве, в разви-
вающейся Глобальной информационной инфраструктуре (ГИИ).

Генеральной задачей развития ЕСЭ является способствование
преобразованию российского общества в высокоразвитое постинду-
стриальное «электронное» общество.

Сопутствующими целями являются обеспечение недискриминаци-
онного доступа для предприятий, организаций и граждан к телеком-
муникационным сетям и обеспечение услугами связи органов госу-
дарственной власти, обороны, охраны правопорядка в условиях фор-
мирующегося «электронного» общества.

Основными задачами развития ЕСЭ являются достижение коли-
чественных показателей развития сети в соответствии с парамет-
рами «электронного» общества и обеспечение предоставления по-
стоянно возрастающего объема услуг связи с нормированным ка-
чеством.

Количественные показатели должны соответствовать потребности
в тех или иных сетях и их услугах в рамках «электронного» общества,
исходя из исторического опыта развития мирового сообщества, пере-
довых стран, уже прошедших путь к начальной фазе «электронного»
общества, с учетом российского опыта развития связи.

Задачами последующего развития ЕСЭ также являются:

-	усиление роли телекоммуникаций в обеспечении национальной
безопасности при различных угрозах мирового и национального
характера;

-	обеспечение интеграции российской телекоммуникационной ин-
фраструктуры в международные телекоммуникационные сети и
рынок услуг связи.

Исходя из сегодняшних воззрений, основным видом телекоммуни-
кационной сети, отвечающей поставленным задачам, является муль-
тисервисная сеть связи с использованием преимущественно пакет-
ных методов передачи. Теоретической предпосылкой является кон-
цепция сетей нового поколения (NGN). Она позволяет сформировать
общие системные решения, обеспечивающие совместимость и взаи-
модействие существующих и будущих сетей.

Принципы построения и функционирования ЕСЭ. Следует вы-
делить три важных группы принципов, которые лежат в основе по-
строения и функционирования всех сетей электросвязи и одновре-
менно учитывают особенности ЕСЭ: базовые и структурные принци-
пы; организации служб и систем связи.

Базовые принципы определяют общие основы построения сетей
связи. К ним относятся:

-	принцип организации сети как совокупности узлов распределения
потоков сообщений и линий передачи между ними;

-	принцип взаимоувязки и взаимодействия сетей различных типов
и назначений;

-	принцип иерархического построения сетей;

-	принцип разделения сетей на сети общего и ограниченного поль-
зования;

-	принцип организации транспортных сетей и сетей доступа;

-	принцип устойчивого и безопасного функционирования сетей;

-	принцип соответствия международным и национальным стандар-
там и рекомендациям.

Структурные принципы определяют основы построения струк-
турных элементов сетей. К ним, в частности, относятся:

-	территориальное разделение сетей на магистральные, внутризо-
новые и местные;

-	разделение узлов сети в зависимости от назначений на классы и типы;

-	комплексное использование различных линий и средств связи (ка-
бельных, радио, в том числе спутниковых);

-	построение трехсвязной топологии магистральной первичной сети,
при которой между любой парой узлов обеспечивается три пути,
проходящих по трем географически разнесенным трассам;
-	взаимоувязка сетей, принадлежащих различным операторам, пу-
тем организации общих узлов и линий связи;

-	охват сетей системами управления и мониторинга.

К принципам организации служб и систем связи относятся:

-	организация служб переноса (без функций оконечных абонентских
устройств) и телеслужб (с функциями оконечных абонентских уст-
ройств);

-	организация служб доступа к сетевым информационным ресурсам
(информационно-справочные службы);

-	организация системы нумерации;

-	организация систем управления соединениями, маршрутизации
вызовов,сигнализации;

-	организация абонентских и клиентских служб;

-	организация службы универсального обслуживания;

-	перманентное обновление и расширение номенклатуры служб и
услуг, развитие мультимедийных служб;

-	организация систем тарификации услуг и проведения взаиморас-
четов между участниками процесса предоставления услуг;

-	организация систем оценки качества предоставляемых услуг;

-	организация систем маркетинга.

Классификация сетей. На ЕСЭ имеется множество сетей, разли-
чающихся по назначению, типам, характеристикам и размерам.

В целях упорядочения управления сетями электросвязи, монито-
ринга их состояния и обеспечения их согласованного взаимодействия
необходима классификация сетей электросвязи по разным сущест-
венным признакам (критериям), которая позволит определить место
каждой сети во всей системе электросвязи, выявить свойства сетей с
разных точек зрения на основе системного подхода. Это позволит на
практике сопоставлять сети между собой; конструировать требования
к сетям и создавать сети с заданными характеристиками по желанию
операторов и проектировщиков.

Процессы интеграции и конвергенции связи и средств информати-
зации будут способствовать в период до 2015 г. превращению теле-
коммуникационных сетей в инфокоммуникационные сети.

ЕСЭ в соответствии со ст. 12 ФЗ «О связи» состоит из сетей сле-
дующих категорий (рис. 7.24):

-	сеть связи общего пользования;

-	выделенные сети связи;

-	технологические сети связи;

-	сети специального назначения.

Сеть связи общего пользования (ОП) предназначена для предос-
тавления услуг электросвязи любому пользователю на территории
Российской Федерации. Сеть связи ОП включает сети с географиче-
ской (АВС) и негеографической (DEF) системой нумерации. Сеть свя-
зи представляет собой комплекс взаимодействующих сетей связи,
включая сети связи для распространения программ телевизионного и
радиовещания. Сети общего пользования Российской Федерации
имеют присоединение к сетям связи общего пользования иностран-
ных государств.

Выделенные и технологические, а также сети связи специально-
го назначения образуют группу сетей ограниченного пользования
(ОгП), так как контингент их пользователей ограничен корпоративны-
ми клиентами.

Выделенные сети связи - это сети, предназначенные для предос-
тавления услуг ограниченному кругу пользователей. Такие сети могут
взаимодействовать между собой, но не имеют присоединения к сетям
общего пользования ЕСЭ, а также к сетям связи общего пользования
иностранных государств. Выделенная сеть может быть присоединена
к сети общего пользования ЕСЭ с переводом в категорию сети обще-
го пользования, если она соответствует ее требованиям.

Технологические сети связи предназначены для обеспечения
производственной деятельности организаций и управления техноло-
гическими процессами. При наличии свободных ресурсов эти сетевые
ресурсы могут быть присоединены к сети общего пользования ЕСЭ с
переводом в категорию сетей общего пользования и использованы
для предоставления возмездных услуг любому пользователю.

Сети связи специального назначения предназначены для обеспе-
чения нужд государственного управления, обороны, безопасности и
охраны правопорядка в Российской Федерации. Такие сети не могут
использоваться для возмездного оказания услуг связи, если иное не
предусмотрено законодательством Российской Федерации.

Следует отметить, что приведенные категории сетей отличают-
ся от тех, которые применялись в ВСС на основании закона
«О связи» 1995 г. Напомним, что в состав ВСС входили сеть связи
ОП, ведомственные сети связи и сети связи специального назна-
чения. Таким образом, появилась новая категория сетей связи -
выделенные сети, а ведомственные сети связи получили наимено-
вание технологических.

По функциональному признаку сети ЕСЭ разделяются на сети дос-
тупа и транспортные сети.

Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет
функции переноса (транспортирования) потоков сообщений от их ис-
точников из одной сети доступа к получателям сообщений другой се-
ти доступа путем распределения этих потоков между сетями доступа.

Сетью доступа сети связи является та ее часть, которая связы-
вает источник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся
граничным между сетью доступа и транспортной сетью.
По типу присоединяемых абонентских терминалов сети ЕСЭ раз-
деляются на:

-	сети фиксированной связи, обеспечивающие присоединение ста-
ционарных абонентских терминалов;

-	сети подвижной связи, обеспечивающие присоединение подвиж-
ных (перевозимых или переносимых) абонентских терминалов.
Сети традиционно разделяются на первичные и вторичные.

Первичная сеть представляет собой совокупность каналов и трак-
тов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи
(или физических цепей), соединяющих эти узлы. Первичная сеть пре-
доставляет каналы передачи (физические цепи) во вторичные сети
для образования каналов связи.

Вторичная сеть представляет собой совокупность каналов связи,
образуемых на базе первичной сети путей коммутации (маршрутиза-
ции) в узлах коммутации и организации связи между абонентскими
устройствами пользователей.

По территориальному делению сети разделяются на:

-	магистральную сеть - это сеть, связывающая между собой узлы
центров субъектов Российской Федерации и центра Российской
Федерации. Магистральная сеть обеспечивает транзит потоков со-
общений между зоновыми сетями и связанность ЕСЭ, она является
стратегически важным компонентом ЕСЭ;

-	зоновые (или региональные) сети - сети связи, образуемые в пре-
делах территории одного или нескольких субъектов Федерации
(регионов);

-	местные сети - сети связи, образуемые в пределах администра-
тивной или определенной по иному принципу территории и не от-
носящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразде-
ляются на городские и сельские;

-	международная сеть - сеть общего пользования, присоединенная
к сетям иностранных государств.

По кодам нумерации сети разделяются на два класса:

-	сети кода АВС - это сети стационарной связи, охватывающие тер-
риторию 8-миллионной зоны нумерации АВС;

-	сети кода DEF - это сети мобильной связи, которым определен
код DEF.

По организационно-техническому построению магистральные сети
ЕСЭ разделяются на два класса:

-	магистральные сети I класса - сети, удовлетворяющие всем орга-
низационно-техническим требованиям ЕСЭ в части обеспечения
устойчивости и живучести сети, защищенности от информацион-
ных угроз и воздействия дестабилизирующих факторов;
-	магистральные сети II класса - сети, не полностью удовлетворяю-
щие этим требованиям.

По числу служб электросвязи сети бывают:

-	моносервисные, предназначенные для организации одной службы
электросвязи (например, радиовещания);

-	мультисервисные, предназначенные для организации двух и более
служб электросвязи (например, телефонной, факсимильной и не-
скольких мультимедийных служб).

По видам коммутации вторичные сети разделяются на:

-	некоммутируемые;

-	коммутируемые - с коммутацией каналов, сообщений, пакетов.

По характеру среды распространения сети разделяются на про-
водные, радио и смешанные. В свою очередь, радиосети разделяют-
ся на спутниковые и наземные.

Сети общего пользования различаются по объему обслуживаемой
территории:

-	сеть оператора связи, занимающего существенное положение
(имеет более 25% монтированной емкости коммутации или пропус-
кает более 25% трафика);

-	сети других операторов.

Архитектура ЕСЭ. Под архитектурой системы связи обычно пони-
мается концепция построения подсистем и сетей связи, обеспечи-
вающая объединение в сеть произвольного числа разнородных эле-
ментов. Архитектура предполагает описание развития системы связи
на базе строгой иерархии, что позволяет гибко реагировать на все
изменения и дополнения в системе связи.

Единая сеть электросвязи РФ может быть представлена в виде про-
странственной конструкции, отражающей ее архитектуру (рис. 7.25).

Архитектура ЕСЭ России имеет несколько уровней: первичная
сеть, вторичные сети, система электросвязи, службы электросвязи.

Основой ЕСЭ России (первым уровнем архитектуры) является
первичная сеть, которая представляет собой совокупность сетевых
узлов, сетевых станций и линий передачи, образующих сеть типо-
вых каналов передачи и типовых групповых трактов, соединяю-
щихся аппаратурой многоканальных систем передачи. Первичная
сеть охватывает территорию всей страны и имеет трехступенчатую
структуру, объединяя магистральную, внутризоновые и местные
первичные сети.

Магистральная первичная сеть располагается на территории всей
страны и соединяет между собой типовые каналы и групповые тракты
разных внутризоновых первичных сетей в единую сеть. Она образу-
ется радиорелейными и кабельными линиями передачи протяженно-
стью 12 500 км, а при связи между континентами - 25 000 км.
Рис. 7.25. Архитектура ЕСЭ России

Внутризоновая первичная сеть располагается в пределах одной
зоны, территория которой, как правило, совпадает с административ-
ными границами области, края или республики. Каждая внутризоно-
вая первичная сеть обеспечивает соединение между собой типовых
каналов и трактов местных сетей этой зоны. Она базируется на ра-
диорелейных и кабельных линиях передачи, максимальная протя-
женность которых составляет 600 км.

Местная первичная сеть создается на территории города или
сельского района при развертывании воздушных и кабельных линий
передачи протяженностью до 100 км.

Совокупность внутризоновой и местных первичных сетей на террито-
рии, совпадающей с зоной нумерации, образует зоновую первичную сеть.

Основными элементами любой первичной сети являются сетевые
узлы, сетевые станции, линии передачи, системы управления, резер-
вирования, электропитания, тактовой синхронизации (для цифровых
сетей), а также восстановления элементов сети.
Сетевые узлы и станции наряду с выполнением общих функций по
организации типовых групповых трактов и каналов и их предоставле-
нию соответствующим вторичным сетям имеют некоторые отличи-
тельные особенности.

Сетевой узел представляет собой комплекс технических средств,
обеспечивающий образование, перераспределение и техническую
эксплуатацию сетевых трактов, типовых каналов передачи и типовых
физических цепей первичной сети, а также предоставление их вто-
ричным сетям и другим потребителям. Эти узлы обычно размещают-
ся на пересечении нескольких линий передачи. В зависимости от типа
первичной сети, к которой принадлежит сетевой узел, ему присваива-
ется название «магистральный», «внутризоновый» или «местный».
Кроме того, внутри каждого класса сетевых узлов существует их раз-
деление по назначению. На магистральной первичной сети чаще
встречаются сетевые узлы трех типов (рис. 7.26):

1.	Сетевой узел (СУ) на пересечении магистральных линий, обеспе-
чивающий соответствующие переключения трактов и каналов, ко-
торый может выполнять функции оконечной станции первичной
магистральной сети (ОМС) по предоставлению каналов передачи
во вторичные сети.

Фрагмент магистральной первичной сети Фрагмент внутризоновой первичной сети

МТС-б

МТС-8

МТС-7

Внутризоновые/
линии

МСУП

МСУП

Магистральные линии передачи

'ХМСС \
в составе*
МТС !

МСУВ

МСУП

МСУ

МСУП

МСУП

МСУП

МСУП

МСУП

МСУП

МСУП

МСУП

Субъект

МТС

Районные узлы электросвязи

^Фрагмент местной первичной сети

МРСУ

К РУЭС
Другой
зоны

МРСУ

РУЭС* I

РУЭС (ВзУП)'|
MCC f
в составе /

МТС /

-----Границы зон обслуживания

РУЭС* Внутризоновая сетевая станция в составе РУЭС

ССМ
в составе
ОЭС

ССМ
в составе
ОЭС

ССМ
в составе
ОЭС

ССМ

в составе
ОЭС

Рис. 7.26. Фрагменты первичной сети ЕСЭ России
2.	Сетевой узел выделения групп каналов передачи (СУВ), представ-
ляющий собой обслуживаемый усилительный пункт на магист-
ральной линии, на котором установлена аппаратура выделения
групповых трактов.

3.	Сетевой узел переключения (СУП), представляющий собой обслу-
живаемый усилительный пункт на пересечении магистральных ли-
ний, на котором установлена аппаратура выделения и коммутации
типовых каналов и трактов.

Сетевые узлы переключения и выделения также могут выполнять
функции сетевых станций по отношению к низшей по уровню иерар-
хии первичной сети. Например, магистральный сетевой узел пере-
ключения (МСУП) в выделенном на рис. 7.26 субъекте РФ выполняет
функции внутризоновой сетевой станции первичной сети.

На внутризоновых сетях совместно с СУ, СУП и СУВ создаются
межрайонные сетевые узлы (МРСУ), которые функционируют на раз-
ветвлении внутриобластных линий между районными узлами элек-
тросвязи (РУЭС) и обеспечивают переключения трактов, каналов на
сетевые станции местных (ССМ) райцентров. Наиболее крупные СУ
называют территориальными сетевыми узлами (ТСУ), так как они
располагаются на пересечении нескольких достаточно мощных ка-
бельных и радиорелейных магистралей и имеют свою зону ответст-
венности в пределах установленной территории. В ТСУ все линии
передачи, как правило, заканчиваются оконечной аппаратурой систе-
мы передачи (СП). СУП в отличие от ТСУ располагается на пересе-
чении линий передачи меньшей мощности. В СУП отдельные линии
передачи могут заканчиваться оконечной аппаратурой СП, а для дру-
гих линий могут быть организованы обслуживаемые усилительные
пункты. Через СУВ обычно проходит одна линия передачи и органи-
зуется выделение сетевых трактов или каналов с целью предостав-
ления их вторичным сетям и потребителям.

Сетевая станция представляет собой комплекс технических
средств, обеспечивающий образование и предоставление вторичным
сетям типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых
трактов, а также их транзит. Сетевые станции в отличие от сетевых
узлов являются оконечными точками соответствующих частей первич-
ных сетей (магистральных, внутризоновых и местных). Их основное
предназначение - предоставление каналов передачи и групповых
трактов потребителям (вторичным сетям). Они могут размещаться ли-
бо совместно с сетевыми узлами, либо на удалении от них. Следует
заметить, что соединительные линии между оконечными станциями
вторичных сетей связи в состав линий первичной сети не входят.

На базе каналов передачи и групповых трактов первичной сети ор-
ганизуются вторичные сети, каждая из которых представляет собой
совокупность коммутационных станций, узлов коммутации, оконечных
абонентских устройств и каналов вторичной сети (рис. 7.25). В зави-
симости от вида электросвязи вторичные сети носят названия теле-
фонной, телеграфной, сети передачи данных, звукового вещания, те-
левизионного вещания и т. д.

Во вторичных сетях могут осуществляться: коммутация каналов,
коммутация пакетов и коммутация сообщений. Эти способы коммута-
ции реализуются различными системами коммутации.

Каналам связи вторичной сети присваивается название в зависи-
мости от принадлежности к виду связи, например телефонный канал
связи, телеграфный канал связи, канал передачи данных и т. д. Кроме
того, в зависимости от территориального деления вторичной сети
различают междугородные, зоновые и местные каналы связи. На ме-
ждугородных телефонных сетях используются узлы автоматической
коммутации первого и второго классов (УАК-1 и УАК-2) и автоматиче-
ские междугородные телефонные станции (АМТС). На Зоновых теле-
фонных сетях применяются транзитные узлы (ТУ), центральные стан-
ции (ЦС), узловые станции (УС), оконечные станции (ОС), городские и
сельские узлы и станции и др. (рис. 7.27).

УАК - узел автоматической коммутации междугородной телефонной
сети, предназначенной для обеспечения автоматических соединений.

АМТС - автоматическая междугородная телефонная станция,
предназначенная для установления внутризоновых и междугородных
соединений.

ГТС - телефонная станция, обеспечивающая телефонную связь
абонентам города.

СТС - сельская телефонная станция, обеспечивающая телефон-
ную связь абонентам села.
АТС - телефонная станция, обеспечивающая автоматическое ус-
тановление телефонных соединений и разъединения.

УИВС - телефонный узел ГТС, предназначенный для объединения
и распределения входящих и исходящих потоков.

УС - узловая телефонная станция сельской сети, обеспечивающая
телефонной связью абонентов сельского населенного пункта между
собой и с абонентами оконечных телефонных станций, включенных
в эту станцию, их транзитные соединения, а также выход этих або-
нентов на центральную станцию данного административного района.

ЦС - центральная станция сельской телефонной сети, обеспечи-
вающая телефонной связью абонентов данного райцентра между со-
бой и с абонентами различных сельских телефонных станций района,
транзитные соединения абонентов оконечных и узловых станций, а
также выход абонентов района на внутризоновую и междугородную
телефонные сети.

ОС - оконечная станция сельской телефонной сети, обеспечи-
вающая телефонной связью абонентов сельского населенного пункта,
а также их выход на ЦС или УС.

ТУ - транзитный узел, обеспечивающий установление транзитных
соединений между телефонными станциями.

Узлы и станции вторичных сетей размещаются, как правило, со-
вместно (в одном населенном пункте или в здании) с соответствую-
щими узлами и станциями первичных сетей, которые предоставляют
необходимое число сетевых трактов и каналов передачи. Таким обра-
зом, образуются различные предприятия связи: территориальные ав-
томатизированные узлы управления и коммутации (ТАУК), эксплуата-
ционно-технические узлы связи (ЭТУС), междугородные телефонные
станции (МТС), районные узлы электросвязи и др.

На базе вторичных сетей организуются общегосударственные сис-
темы электросвязи, включающие соответствующую вторичную сеть,
подсистемы нумерации, сигнализации, тарификации, технического
обслуживания и управления и являющиеся третьим уровнем ЕСЭ
России, например системы электросвязи общего пользования: теле-
фонной связи, телеграфной связи, передачи данных, распределения
программ телевизионного вещания, распределения программ звуко-
вого вещания, передачи газет; факсимильной связи и другие.

Система электросвязи может включать в себя одну или несколько
служб электросвязи. Служба электросвязи представляет собой орга-
низационно-техническую структуру на базе сети связи (или совокуп-
ности сетей связи), обеспечивающую обслуживание связью пользова-
телей с целью удовлетворения их потребностей в определенном на-
боре услуг электросвязи. В главе 3 уже упоминалось о том, что раз-
личают два вида служб электросвязи: службы передачи и телеслужбы
(службы предоставления связи).
Рис. 7.28. Классификация служб электросвязи

Напомним, что:

Служба передачи - это служба электросвязи, обеспечивающая
только возможность передачи сигналов по сети связи между стыка-
ми сети с абонентскими оконечными устройствами (например, служ-
ба передачи данных). Такие службы регламентируются МСЭ тремя
нижними уровнями ЭМВОС. Оконечные устройства в службу пере-
дачи не входят.

Телеслужба - служба электросвязи, которая организуется с целью
непосредственного обмена сообщениями между оконечными устрой-
ствами пользователей через сети электросвязи (1-7 уровни ЭМВОС).
Телеслужба организуется на базе систем передачи и оконечных уст-
ройств. Примерами являются службы телефонной связи, телекса,
бюрофакса и др.

Службы электросвязи классифицируются по следующим призна-
кам: виду передаваемых сообщений, наличию оконечных устройств
пользователей, степени доступности для пользователей, характеру
обмена сообщениями, методу обслуживания пользователей, исполь-
зуемой среде распространения сигналов электросвязи. Классифика-
ция служб электросвязи представлена на рис. 7.28.

Вид электросвязи является классификационным признаком, опре-
деляющим характер услуг, предоставляемых пользователю, напри-
мер, телефонная связь - передача речевых сообщений между пара-
ми пользователей; факсимильная связь - передача неподвижных со-
общений; видеоконференцсвязь - передача речевых, документаль-
ных сообщений, неподвижных и подвижных изображений между дву-
мя и большим числом пользователей и т. д.

По характеру обмена сообщениями службы подразделяются на
двусторонние (диалоговые или недиалоговые) и односторонние.

Двусторонние диалоговые службы ориентированы на взаимодей-
ствие потребителей и представлены службами телефонной связи,
абонентского телеграфа, телекса, передачи данных, видеотекса и др.

Двусторонние недиалоговые - это службы, не требующие взаимо-
действия потребителей; они представлены службами передачи теле-
грамм, бюрофакса, обработки сообщений и др.

Односторонние службы обеспечивают одностороннюю передачу и
представлены службами распределения программ звукового вещания
(ЗВ) и телевидения (ТВ), передачи газетных полос, персонального
радиовызова.

По методу обслуживания пользователей службы электросвязи
классифицируются на абонентские и клиентские.

Абонентские службы предоставляют услуги пользователям в по-
мещениях абонентов с помощью оконечных устройств, находящихся
в распоряжении пользователей.

Клиентские службы предоставляют услуги пользователям с помо-
щью оконечных устройств, устанавливаемых в пунктах коллективного
пользования (приема телеграмм, телефонных переговорных, распо-
ложения таксофонов, службы бюрофакса и т. д.).

Следует заметить, что родственные (по виду передаваемых сооб-
щений) абонентские и клиентские службы должны быть взаимосвяза-
ны. Например, телеграмма, поданная в отделении связи (от клиента),
должна быть доставлена на учрежденческий телексный аппарат (або-
нентский).

По используемой среде распространения сигналов электросвязи
службы электросвязи можно подразделить на работающие по про-
водным каналам и радиоканалам. Так, выделяют службы проводного
ЗВ и кабельного ТВ, отделяя их от соответствующих служб эфирного
вещания, не входящих в состав ЕСЭ России.

Для обеспечения обслуживания пользователей службы электро-
связи могут задействовать каналы связи, организуемые во вторичной
сети (сетях), и на их основе предоставлять каналы электросвязи
пользователям.

Таким образом, формирование канала электросвязи ЕСЭ России
осуществляется на базе каналов передачи, организуемых в первич-
ной сети, коммутируемых с помощью станций и узлов коммутации
вторичной сети, на которых выполняются операции, обеспечивающие
вызов и соединение, а также обслуживание пользователей согласно
перечню востребованных услуг.
Контрольные вопросы

1.	Что такое инфокоммуникационная сеть?

2.	Перечислите показатели телекоммуникационной сети.

3.	В чем заключается различие физической и логической топологии?

4.	Перечислите базовые топологии и дайте их краткую характеристику.

5.	Что означают аббревиатуры LAN, MAN, WAN?

6.	Каковы достоинства и недостатки коммутации каналов?

7.	Каковы достоинства и недостатки коммутации пакетов?

8.	В каком случае целесообразно использовать режим виртуальных соеди-
нений?

9.	Структура узла с коммутацией каналов.

10.	Особенности построения узлов с коммутацией пакетов.

11.	Что такое сигнализация?

12.	Дайте характеристику сигнализации ОКС-7.

13.	Что собой представляет ЕСЭ?
Глава 8. Технологии локальные сетей

Принято делить сетевые технологии на технологии локальных
(LAN) и территориальных сетей. Последние в свою очередь иногда
делят на технологии городских (MAN) и глобальных сетей (WAN).
В этой связи хотелось бы обратить внимание на некоторую услов-
ность такого деления. Так технология Ethernet, которая была изна-
чально спозиционирована для использования в локальных сетях,
сейчас широко используется в территориальных.

Сетевые технологии иногда называют базовыми, имея в виду, что
на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых техно-
логий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии
локальных сетей как Token-Ring, FDDI, Arcnet, Gigabit Ethernet или
территориальных сетей Х.25, FR, ATM и другие.

8.1.	Общие положения

Стандарты локальных сетей разрабатывались организацией IEEE
и обозначается IEEE 802.Х. Различают стандарты:

802.1	- объединение сетей с помощью мостов и коммутаторов;

802.2	- управление логической связью на подуровне LLC;

802.3	- локальная сеть с методом доступа CSMA/CD и топологией
«шина» (Ethernet);

802.4	- локальная сеть с топологией «шина» и маркерным доступом
(Token-Bus);

802.5	- локальная сеть с топологией «кольцо» и маркерным доступом
(Token-Ring);

802.6	- городская сеть (Metropolitan Area Network, MAN) с расстоя-
ниями между абонентами более 5 км;

802.7	- широкополосная технология передачи данных;

802.8	- оптоволоконная технология;

802.9	- интегрированные сети с возможностью передачи речи и данных;

802.10	- безопасность сетей, шифрование данных;

801.11	- беспроводная сеть по радиоканалу (WLAN - Wireless LAN);

802.12	- локальная сеть с централизованным управлением доступом по
приоритетам запросов и топологией «звезда» (100VG-AnyLAN).

Стандарты IEEE 802.Х охватывают только два нижних уровня се-
миуровневой модели - физический и канальный. Это связано с тем,
что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику
локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значи-
тельной степени имеют общие черты, как для локальных, так и для
глобальных сетей.
Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в раз-
делении канального уровня на два подуровня: управление логической
связью (Logical Link Control, LLC) и управления доступом к среде (Me-
dia Access Control, МАС). Уровень MAC появился из существования
в локальных сетях разделяемой среды передачи данных.

Верхний подуровень (LLC) осуществляет управление логической
связью, то есть устанавливает виртуальный канал связи. Строго го-
воря, эти функции не связаны с конкретным типом сети, но часть из
них все же возлагается на аппаратуру сети (сетевой адаптер). Другая
часть функций подуровня LLC выполняется программой драйвера
сетевого адаптера. Подуровень LLC отвечает за взаимодействие с
уровнем 3.

' Нижний подуровень (МАС) обеспечивает непосредственный дос-
туп к среде передачи информации. Он напрямую связан с аппарату-
рой сети. Именно на подуровне МАС осуществляется взаимодействие
с физическим уровнем. Здесь производится контроль состояния сети,
повторная передача пакетов заданное число раз при коллизиях, при-
ем пакетов и проверка правильности передачи.

В современных LAN получили распространение несколько прото-
колов уровня МАС, реализующих различные алгоритмы доступа к
разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфи-
ку таких технологий как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token
Ring, FDDI, 10OVG-AnyLAN.

Способы администрирования локальных вычислительных
сетей (ЛВС). С точки зрения распределения функций между компью-
терами сети, все сети можно разделить на две группы:

-	одноранговые сети, состоящие из равноправных (с точки зрения
доступа к сети) компьютеров;

-	сети на основе серверов, в которых существуют только выделен-
ные (dedicated) серверы, занимающиеся исключительно сетевыми
функциями. Выделенный сервер может быть единственным или же
их может быть несколько. Сети на основе серверов часто называ-
ются клиент-серверными сетями.

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет
свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует ресурсы дру-
гих абонентов. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не
обязательно сервер - это самый мощный компьютер. Выделенный
сервер - это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Не-
выделенный сервер может заниматься помимо обслуживания сети
и другими задачами. Серверы различают по основным функциям, ко-
торые они выполняют: файловые, печати, приложений и т. д. Файло-
вый сервер служит для хранения файлов и предоставления их для
использования рабочим станциям сети. Сервер печати производит
функции сетевой печати. На сервере приложений выполняются задачи,
Клиент и сервер

Рис. 8.1. Одноранговая сеть

которые могут быть запущены с любой рабочей станции, имеющей
доступ к данному серверу.

Клиентом называется абонент сети, который только использует
сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, т. е. сеть его
обслуживает. Компьютер-клиент также часто называют рабочей стан-
цией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как
клиентом, так и сервером. Под сервером и клиентом часто понимают
также не сами компьютеры, а работающие на них программные при-
ложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс
в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользу-
ется сетевыми ресурсами, является клиентом.

Одноранговая структура хорошо подходит для небольших сетей,
у которых требования к безопасности не очень высоки. Рекомендует-
ся включать в одноранговую сеть не более 10 компьютеров. Стои-
мость данной сети невелика, и ее несложно реализовать на основе
любых операционных систем.

В одноранговых сетях (рис. 8.1) администрирование пользовате-
лей и ресурсов децентрализовано. Каждый компьютер сети может
быть как клиентом, так и сервером. Другими словами, каждый компь-
ютер сети может предоставлять свои ресурсы другим компьютерам
и получать доступ к ресурсам других.

Пользователь каждого компьютера полностью отвечает за управ-
ление доступом к своим ресурсам: он создает учетные записи поль-
зователей, создает разделяемые ресурсы и присваивает права дос-
тупа к этим ресурсам. Каждый пользователь отвечает также за ре-
зервное копирование данных на своем компьютере.

В одноранговых сетях нет центральной базы данных, в которой
хранилась бы регистрационная информация пользователей. Все
средства обеспечения безопасности в этих сетях локальны. Учетные
записи и пароли пользователей создаются и поддерживаются на каж-
дом компьютере. Это довольно неудобно, к тому же менее безопасно,
чем в централизованной модели безопасности, используемой в сетях
клиент-сервер.

Сети клиент-сервер характеризуются централизованным управле-
нием сетью (рис. 8.2). В такой сети как минимум на одном компьютере
Клиенты

Сервер

Рис. 8.2. Сеть на основе сервера

(называемом сервером) установлена сетевая операционная система,
например Windows NT. На сервере создаются учетные записи пользо-
вателей, и администратор сети может управлять ею из одного центра.

'в сетях клиент-сервер решается также проблема снижения произ-
водительности, которое происходит в компьютерах рабочей группы, ко-
гда другие пользователи загружают системные ресурсы компьютера
одного из пользователей. Производительность и пропускная способ-
ность сетей клиент-сервер в общем случае лучше, чем одноранговых.

Одна из важных особенностей данных сетей - это необходимость
в специально подготовленном сетевом администраторе. Это, конечно,
увеличивает стоимость содержания сети, однако, в конечном счете,
вследствие квалифицированного управления сетью накладные рас-
ходы все же окажутся меньше.

Сети клиент-сервер обладают большей безопасностью, чем одно-
ранговые. Чтобы зарегистрироваться в сети, пользователь должен
знать учетную запись и пароль, созданные на сервере. Когда пользо-
ватель успешно зарегистрировался, он получает доступ ко всем ре-
сурсам, на которые у него есть право. При этом от него не требуется
помнить многочисленные имена и пароли для разных компьютеров.
Сеть клиент-сервер предоставляет пользователю доступ к ресурсам
на основе аутентификации пользователя и прав доступа.

В табл. 8.1 приведены преимущества и недостатки, присущие каж-
дому из этих решений.

Среда передачи. В качестве среды передачи используются про-
вода (кабели связи), существуют и беспроводные сети. Используемые
кабели можно разделить на три большие группы:

-	кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делят-
ся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранирован-
ные (unshielded twisted pair, UTP);

-	коаксиальные кабели (coaxial cable);

-	оптоволоконные кабели (fiber optic).

Витые пары проводов используются в самых дешевых и на сего-
дняшний день, пожалуй, самых популярных кабелях. Кабель на осно-
ве витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолиро-
ванных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой)
оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки.
Таблица 8.1. Преимущества и недостатки одноранговых сетей и сетей

клиент-сервер

	Одноранговая сеть	Сеть клиент-сервер
.Преимущества I	Меньшая стоимость реализации	Обеспечивает большую безопасность
	Не требует специальной сетевой операционной системы	Легче управлять большой сетью вследствие централизации функций администрирования
	Не нужна должность сетевого администратора	Позволяет создавать резервные копии всех данных в одном центре
|	Недостатки	|	Ограниченные возможности на- ращивания из-за резкого услож- нения задач администрирования	Дорогое программное обеспечение - специальная сетевая операционная система
	Каждый пользователь должен уметь выполнять функции адми- нистрирования	Более дорогое и производительное оборудование серверного компьютера
	Меньшая безопасность	Нужен профессиональный админист- ратор
	Совместное использование ре- сурсов всеми компьютерами от- рицательно влияет на произво- дительность	Опасность выхода из строя всей системы при выходе из строя сервера, при этом данные окажутся недоступ- ными для всех пользователей

Рис. 8.3. Кабель с витыми парами

Обычно в кабель входит две (рис. 8.3) или четыре витые пары.

Неэкранированные витые пары характеризуются слабой защищенно-
стью от внешних электромагнитных помех, а также слабой защищенно-
стью от подслушивания с целью, например, промышленного шпионажа.

В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар
помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения излуче-
ний кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения
взаимного влияния пар проводов друг на друга. Естественно, экрани-
рованная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, а при
ее использовании необходимо применять и специальные экраниро-
ванные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем
неэкранированная витая пара.

Основные достоинства неэкранированных витых пар - простота
монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ремонта лю-
бых повреждений по сравнению с другими типами кабеля. Все ос-
тальные характеристики у них хуже, чем у других кабелей. Например,
при заданной скорости передачи затухание сигнала у них больше,
чем у коаксиальных кабелей. Если учесть еще низкую помехозащи-
щенность, то становится понятным, почему линии связи на основе
витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в пределах 100 м).
В настоящее время витая пара используется для передачи информа-
ции на скоростях до 10ОО Мбит/с.

Согласно стандарту EIA/TIA 568, существуют пять основных и две
дополнительные категории кабелей на основе неэкранированной ви-
той пары (UTP):

-	кабель категории 1 - это обычный телефонный кабель (пары про-
водов - не витые), по которому можно передавать только речь.
Этот тип кабеля имеет большой разброс параметров (волнового
сопротивления, полосы пропускания, перекрестных наводок);

-	(кабель категории 2 - это кабель из витых пар для передачи данных
в полосе частот до 1 МГц. Кабель не тестируется на уровень пере-
крестных наводок. В настоящее время он используется очень ред-
ко. Стандарт EIA/TIA 568 не различает кабели категорий 1 и 2;

-	кабель категории 3 - это кабель для передачи данных в полосе
частот до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками про-
водов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и
имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой тип ка-
белей, рекомендованный стандартом для локальных сетей. Еще
недавно он был самым распространенным, но сейчас повсеместно
вытесняется кабелем категории 5;

-	кабель категории 4 - это кабель, передающий данные в полосе
частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно
отличается от категории 3. (Стандартом рекомендуется вместо ка-
беля категории 3 переходить сразу на кабель категории 5.) Кабель
категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое со-
противление 100 Ом. Кабель был создан для работы в сетях по
стандарту IEEE 802.5;

-	кабель категории 5 - в настоящее время самый совершенный ка-
бель, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100
МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр
длины (8 витков на фут). Кабель тестируется на все параметры и
имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять
его в современных высокоскоростных сетях типа Fast Ethernet и
TPFDDI. Кабель категории 5 примерно на 30-50% дороже, чем ка-
бель категории 3;

-	кабель категории 6 - перспективный тип кабеля для передачи дан-
ных в полосе частот до 200 (или 250) МГц;

-	кабель категории 7 - перспективный тип кабеля для передачи дан-
ных в полосе частот до 600 МГц.

Для присоединения витых пар используются разъемы (коннекторы)
типа RJ-45, похожие на разъемы, используемые в телефонах (RJ-11),
но несколько большие по размеру. Разъемы RJ-45 имеют восемь кон-
тактов вместо четырех в случае RJ-11.

Чаще всего витые пары используются для передачи данных в од-
ном направлении, т. е. в топологиях «звезда» или «кольцо».

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель,
состоящий из центрального провода и металлической оплетки, раз-
деленных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и
помещенных в общую внешнюю оболочку (подробнее в главе 5).

Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен
наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью
(благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в
случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до
500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до
километра и выше). К нему труднее механически подключиться для
несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно
меньше электромагнитных излучений. Однако монтаж и ремонт коак-
сиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость
его выше (он дороже примерно в 1.5...3 раза по сравнению с кабелем
на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабе-
ля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Основное применение коаксиальный кабель находит в сетях с то-
пологией типа «шина». При этом на концах кабеля обязательно
должны устанавливаться терминаторы для предотвращения внутрен-
них отражений сигнала, причем один (и только один!) из терминато-
ров должен быть заземлен. Без заземления металлическая оплетка
не защищает сеть от внешних электромагнитных помех и не снижает
излучение передаваемой по сети информации во внешнюю среду.

Реже коаксиальные кабели применяются в сетях с топологией
«звезда» и «пассивная звезда» (например, в сети Arcnet). В этом слу-
чае проблема согласования существенно упрощается, так как внеш-
них терминаторов на свободных концах не требуется.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

-	тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;
- толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно
более жесткий.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстоя-
ния, чем толстый, так как в нем сигнал затухает сильнее. Зато с тон-
ким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно про-
ложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации
на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю проще и не
требует дополнительного оборудования, а для подключения к тол-
стому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие
устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие кон-
такт как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель при-
мерно вдвое дороже, чем тонкий. Поэтому тонкий кабель применя-
ется гораздо чаще.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел,
в большинстве случаев его вполне может заменить либо витая пара,
либо оптоволоконный кабель.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель - это
принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными
двумя типами кабеля. Информация по нему передается не электри-
ческим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное
стекловолокно, по которому свет проходит на большие расстояния
(до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на
структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо цен-
трального медного провода здесь используется тонкое (диаметром
порядка 1...10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции -
стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выхо-
дить за пределы стекловолокна.

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характери-
стиками по помехозащищенности и секретности передаваемой ин-
формации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не
способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально
не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться
к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети
практически невозможно, так как это требует нарушения целостности
кабеля. Полоса пропускания такого кабеля несравнимо выше, чем
у любых электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля
постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого ко-
аксиального кабеля. Однако в данном случае необходимо примене-
ние специальных оптических приемников и передатчиков, преобра-
зующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой су-
щественно увеличивает стоимость сети в целом.

Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях
на частотах, используемых в локальных сетях, составляет около
5дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических ка-
белей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при
росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается
очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше
200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспори-
мы, он просто не имеет конкурентов.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установ-
ке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стек-
ловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъ-
еме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с
помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент пре-
ломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нуж-
на высокая квалификация персонала и специальные инструменты.
Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде зара-
нее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже
установлены разъемы нужного типа.

Хотя оптоволоконные кабели и допускают разветвление сигналов
(для этого выпускаются специальные разветвители на 2...8 каналов),
как правило, их используют для передачи данных только в одном на-
правлении, между одним передатчиком и одним приемником. Ведь
любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал,
и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до
конца сети.

Оптоволоконный кабель менее прочен, чем электрический, и ме-
нее гибок (типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет
около 10...20 см). Чувствителен он и к ионизирующим излучениям, из-
за которых снижается прозрачность стекловолокна, т. е. увеличивает-
ся затухание сигнала. Чувствителен он также к резким перепадам
температуры, в результате которых стекловолокно может треснуть.

Оптоволоконные кабели чувствительны также к механическим
воздействиям (удары, ультразвук) - так называемый микрофонный
эффект. Для его уменьшения используют мягкие звукопоглощающие
оболочки.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией
«звезда» и «кольцо». Никаких проблем согласования и заземления в
данном случае не существует. В будущем этот тип кабеля, вероятно,
вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае,
сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья
для производства стекла более чем достаточно.

Кроме кабелей в локальных сетях используются также радиокана-
лы. Их главное преимущество состоит в том, что не требуется ника-
кой прокладки проводов (не надо делать отверстий в стенах, не надо
закреплять кабель в трубах и желобах, прокладывать его под фальш-
полами, над подвесными потолками или в вентиляционных люках, не
надо искать и устранять повреждения кабеля). К тому же компьютеры
сети можно в этом случае легко перемещать в пределах комнаты или
здания, так как они ни к чему не привязаны.

Особенность радиоканала состоит в том, что сигнал свободно из-
лучается в эфир, он не замкнут в кабель, поэтому возникают пробле-
мы совместимости с другими источниками радиоволн (радио- и теле-
вещательными станциями, радарами, радиолюбительскими и про-
фессиональными передатчиками и т. д.). В радиоканале используется
передачи в узком диапазоне частот и модуляция информационным
сигналом сигнала несущей частоты.
Главным недостатком радиоканала является его плохая защита от
прослушивания. Другой большой недостаток радиоканала - слабая
помехозащищенность.

Для локальных беспроводных сетей (WLAN - Wireless LAN) в на-
стоящее время применяются подключения по радиоканалу на не-
больших расстояниях (обычно до 100 метров) и в пределах прямой
видимости. Чаще всего используются два частотных диапазона -
2,4 ГГц и 5 ГГц. Скорость передачи - до 54 Мбит/. Распространен ва-
риант со скоростью 11 Мбит/с.

Сети WLAN позволяют устанавливать беспроводные сетевые со-
единения на ограниченной территории (обычно внутри офисного или
унирерситетского здания или в таких общественных местах, как аэро-
порты). Они могут использоваться во временных офисах или в других
местах, где прокладка кабелей неосуществима, а также в качестве
дополнения к имеющейся проводной локальной сети, призванного
обеспечить пользователям возможность работать, перемещаясь по
зданию.

Популярная технология Wi-Fi (Wireless Fidelity) позволяет органи-
зовать связь между компьютерами числом от 2 до 15 с помощью кон-
центратора (называемого точка доступа, Access Point, АР) или не-
скольких концентраторов, если компьютеров от 10 до 50. Кроме того,
эта технология дает возможность связать две локальные сети на рас-
стоянии до 25 километров с помощью мощных беспроводных мостов.
Для примера на рис. 8.4 показано объединение компьютеров с помо-
щью одной точки доступа. Важно, что многие мобильные компьютеры
(ноутбуки) уже имеют встроенный контроллер Wi-Fi, что существенно
упрощает их подключение к беспроводной сети.

Инфракрасный канал также не требует соединительных проводов,
так как использует для связи инфракрасное излучение (подобно пуль-
ту дистанционного управления домашнего телевизора). Главное его
преимущество по сравнению с радиоканалом - нечувствительность к
электромагнитным помехам, что позволяет применять его, например,
в производственных условиях, где всегда много помех от силового

Рис. 8.4. Объединение компьютеров с помощью технологии Wi-Fi
оборудования. Правда, в данном случае требуется довольно высокая
мощность передачи, чтобы не влияли никакие другие источники теп-
лового (инфракрасного) излучения. Плохо работает инфракрасная
связь и в условиях сильной запыленности воздуха.

Скорость передачи информации по инфракрасному каналу обычно
не превышает 5...10 Мбит/с, но при использовании инфракрасных
лазеров может быть достигнута скорость более 100 Мбит/с. Секрет-
ность передаваемой информации, как и в случае радиоканала, не
достигается. Также требуются сравнительно дорогие приемники и пе-
редатчики. Все это приводит к тому, что применяют инфракрасные
каналы в локальных сетях довольно редко. В основном они исполь-
зуются для связи компьютеров с периферией (интерфейс IrDA).

Инфракрасные каналы делятся на две группы:

-	каналы прямой видимости, в которых связь осуществляется на лу-
чах, идущих непосредственно от передатчика к приемнику. При
этом связь возможна только при отсутствии препятствий между
компьютерами сети. Зато протяженность канала прямой видимо-
сти может достигать нескольких километров;

-	каналы на рассеянном излучении, которые работают на сигналах,
отраженных от сети, потолка, пола и других препятствий. Препят-
ствия в данном случае - не помеха, но связь может осуществлять-
ся только в пределах одного помещения.

Если говорить о возможных топологиях, то наиболее естественно
все беспроводные каналы связи подходят для топологии типа «ши-
на», в которой информация передается одновременно всем абонен-
там. Но при использовании узконаправленной передачи и/или частот-
ного разделения по каналам можно реализовать любые топологии
(кольцо, звезда, комбинированные топологии) как на радиоканале, так
и на инфракрасном канале.

Аппаратура локальных сетей. Аппаратура локальных сетей
обеспечивает реальную связь между абонентами. Выбор аппаратуры
имеет важнейшее значение на этапе проектирования сети, так как
стоимость аппаратуры составляет наиболее существенную часть от
стоимости сети в целом, а замена аппаратуры связана не только с
дополнительными расходами, но зачастую и с трудоемкими работами.
К аппаратуре локальных сетей относятся:

-	кабели для передачи информации;

-	разъемы для присоединения кабелей;

-	согласующие терминаторы;

-	сетевые адаптеры;

-	трансиверы;

-	репитеры;

-	концентраторы;
- коммутаторы;
- мосты;

- маршрутизаторы;
- шлюзы.

Рассмотрим основные элементы сетей.

Сетевые адаптеры (они же контроллеры, карты, платы, интер-
фейсы, NIC - Network Interface Card) - это основная часть аппаратуры
локальной сети, без которой сеть невозможна. Назначение сетевого
адаптера - сопряжение компьютера (или другого абонента) с сетью,
т. е. обеспечение обмена информацией между компьютером и кана-
лом связи в соответствии с принятыми правилами обмена. Именно
они выполняют функции нижних уровней модели OSI. Как правило,
сетевые адаптеры выполняются в виде платы, вставляемой в слоты
расширения системной магистрали (шины) компьютера (чаще всего
ISA или PCI). Плата сетевого адаптера обычно имеет также один или
несколько внешних разъемов для подключения к ней кабеля сети.

Все функции сетевого адаптера делятся на магистральные и сете-
вые. К магистральным относятся те функции, которые осуществляют
обмен адаптера с системной шиной компьютера (т. е. опознание сво-
его адреса, пересылка данных в компьютер и из компьютера, выра-
ботка сигнала прерывания компьютера и т. д.). Сетевые функции
обеспечивают общение адаптера с сетью.

Все остальные аппаратные средства локальных сетей (кроме
адаптеров) имеют вспомогательный характер, и без них часто можно
обойтись.

Трансиверы или приемопередатчики (от английского TRANsmitter +
reCEIVER), служат для передачи информации между адаптером и
кабелем сети или между двумя сегментами (частями) сети. Трансиве-
ры усиливают сигналы, преобразуют их уровни или преобразуют сиг-
налы в другую форму (например, из электрической в световую и об-
ратно). Трансиверами также часто называют встроенные в адаптер
приемопередатчики.

Репитеры или повторители (repeater), выполняют более простую
функцию, чем трансиверы. Они не преобразуют ни уровни сигналов,
ни их вид, а только восстанавливают ослабленные сигналы (их ам-
плитуду и форму), приводя их форму к исходному виду. Цель такой
ретрансляции сигналов состоит в увеличении размеров сети (рис. 8.5).
Однако часто репитеры выполняют и некоторые другие функции, на-
пример гальваническую развязку соединяемых сегментов. В любом
случае, как репитеры, так и трансиверы не производят никакой ин-
формационной обработки проходящих через них сигналов.

Концентраторы (hub), как следует из их названия, служат для
объединения в единую сеть нескольких сегментов сети.
Рис. 8.5. Соединение репитером двух сегментов сети

Концентратор

Рис. 8.6. Структура репитерного концентратора

Пассивные или репитерные концентраторы представляют собой
собранные в едином конструктиве несколько репитеров. Они выпол-
няют те же функции, что и репитеры (рис. 8.6). Преимущество подоб-
ных концентраторов по сравнению с отдельными репитерами только
в том, что все точки подключения собраны в одном месте, что упро-
щает реконфигурацию сети, контроль за ней и поиск неисправностей.
К тому же все репитеры в данном случае питаются от единого качест-
венного источника питания.

Коммутаторы (свичи, коммутирующие концентраторы, switch), как
и концентраторы, служат для соединения сегментов в сеть. Они также
выполняют более сложные функции, производя сортировку посту-
пающих на них пакетов.

Коммутаторы передают из одного сегмента сети в другой не все
поступающие на них пакеты, а только те, которые адресованы компь-
ютерам из другого сегмента. Пакеты, передаваемые между абонен-
тами одного сегмента, через коммутатор не проходят. При этом сам
пакет коммутатором не принимается, а только пересылается. Интен-
сивность обмена в сети снижается вследствие разделения нагрузки,
поскольку каждый сегмент работает не только со своими пакетами, но
и с пакетами, пришедшими из других сегментов.

Коммутатор работает на втором уровне модели OSI (подуровень
МАС), так как анализирует МАС-адреса внутри пакета (рис. 8.7). Есте-
ственно, он выполняет и функции первого уровня.

В последнее время объем выпуска коммутаторов сильно вырос,
цена на них упала, поэтому коммутаторы постепенно вытесняют кон-
центраторы.

Мосты (bridge), маршрутизаторы (router) и шлюзы (gateway) слу-
жат для объединения в единую сеть нескольких разнородных сетей
Абонент 1	Абонент 2

'	Рис. 8.7. Функции коммутаторов в модели OSI

с разными протоколами обмена нижнего уровня, в частности, с раз-
ными форматами пакетов, разными методами кодирования, разной
скоростью передачи и т. д. В результате их применения сложная и
неоднородная сеть, содержащая в себе самые разные сегменты, с
точки зрения пользователя выглядит обычной сетью - т. е. обеспечи-
вается «прозрачность» сети для протоколов высокого уровня. Естест-
венно, мосты, маршрутизаторы и шлюзы гораздо сложнее и дороже,
чем концентраторы, так как от них требуется довольно сложная обра-
ботка информации. Реализуются они на базе компьютеров, подклю-
ченных к сети с помощью сетевых адаптеров. По сути, это специали-
зированные абоненты (узлы) сети.

Мосты - наиболее простые устройства, служащие для объедине-
ния сетей с разными стандартами обмена, например Ethernet и
Arcnet, или нескольких сегментов (частей) одной и той же сети, на-
пример Ethernet (рис. 8.8). В последнем случае мост служит только
для разделения нагрузок сегментов, повышая тем самым производи-
тельность сети в целом. В отличие от коммутирующих концентрато-
ров, мосты принимают поступающие пакеты целиком и в случае необ-
ходимости производят их простейшую обработку.

Маршрутизаторы выполняют более сложную функцию, чем мосты.
Их главная задача - выбор для каждого пакета оптимального маршрута
для избегания чрезмерной нагрузки отдельных участков сети и обхода
поврежденных участков. Они применяются, как правило, в сложных
разветвленных сетях, имеющих несколько маршрутов между отдель-
ными абонентами. Маршрутизаторы не преобразуют протоколы нижних
уровней, поэтому они соединяют только сегменты одноименных сетей.
Существуют также гибридные маршрутизаторы (brouter), представ-
ляющие собой гибрид моста и маршрутизатора. Они выделяют пакеты,
которым нужна маршрутизация, и обрабатывают их как маршрутизато-
ры, а для остальных пакетов служат обычными мостами.
Рис. 8.8. Включение моста

Шлюзы - это устройства для соединения совершенно различных
сетей с сильно отличающимися протоколами, например для соедине-
ния локальных сетей с большими компьютерами или с глобальными
сетями. Это самые дорогие и редко применяемые сетевые устройства.

Если обратиться к модели OSI, то можно считать, что репитеры и
репитерные концентраторы связывают сети или сегменты на первом
уровне, мосты - на втором уровне, маршрутизаторы - на третьем
уровне, а шлюзы - на более высоких уровнях (на 4, 5, 6 и 7). Соответ-
ственно, репитеры выполняют функции (не все, а только некоторые)
первого уровня, мосты реализуют функции второго уровня (на первом
уровне и частично на втором у них работают сетевые адаптеры),
маршрутизаторы - третьего уровня, а шлюзы должны выполнять
функции всех уровней.

8.2.	Технология Ethernet

Технология Ethernet была разработана для обмена данными в ло-
кальных вычислительных сетях (ЛВС). Эта технология не является
единственно возможным решением для ЛВС, но она сегодня лидиру-
ет на соответствующем рынке. На этой технологии базируется не ме-
нее 95% ЛВС.

Все разновидности стандартов Ethernet входят в общую группу
IEEE 802.3. Различают следующие разновидности Ethernet: Fast
Ethernet, Gigabit Ethernet.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3
имеет модификации 10 Base-5, 10 Base-2, 10 Base-T, 10 Base-F. При
передаче двоичных сигналов по кабелю для всех вариантов физиче-
ского уровня технологии Ethernet, обеспечивающих скорость 10 Мбит/с,
• 1

0	•	0	।	0

Бит ! Период !

Рис. 8.9. Манчестерский код

! 100 нс

используется манчестерский код (рис. 8.9). Этот код получил наи-
большее распространение в локальных сетях. Логическому нулю при
передаче манчестерским кодом, соответствует положительный пере-
ход в центре битового интервала (то есть первая половина битового
интервала - низкий уровень, вторая половина - высокий), а логиче-
ской единице соответствует отрицательный переход в центре битово-
го интервала. Такая конструкция кода приводит к удвоению скорости
передачи сигналов в бодах. Манчестерский код используется как в
электрических, так и оптоволоконных кабелях (в последнем случае
один уровень соответствует отсутствию света, другой - его наличию).
Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet, Gigabit
Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды переда-
чи данных - метод CSMA/CD (метод коллективного доступа с опо-
знаванием несущей и обнаружением коллизий).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной
(к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все ком-
пьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине,
поэтому она может быть использована для передачи данных между
любыми двумя узлами сети. Кабель, к которому подключены все стан-
ции, работает в режиме коллективного доступа (Multiply Access, МА).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры опреде-
ленной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назна-
чения. Кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к ка-
белю, могут распознать факт передачи кадра. Та станция, которая
узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содер-
жимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и
посылает по кабелю кадр-ответ (адрес станции-источника также
включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому
нужно послать ответ).

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции од-
новременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю. Для
уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед от-
правкой кадра передающая станция прослушивает сигнал в кабеле
(то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические
сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр
данных от другой станции. Если опознается основная гармоника сиг-
нала - несущая (Carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу
ш ш ш

I I I I I
Коллизия
ll.il 1 .

Заявки на передачу

t

t

t

Рис. 8.10. Коллизии в случае начала передачи при свободной сети

своего кадра до освобождения общей среды и только потом пытается
вновь его передать. Признаком свободности общей среды является
отсутствие несущей частоты, равной 5...10 МГц (при использовании
манчестерского кода).

Возможны моменты, когда две станции одновременно могут ре-
шить, что по кабелю в данный момент времени нет передачи, и на-
чать одновременно передавать свои кадры. При этом возникает кол-
лизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем ка-
беле, что приводит к искажению информации (рис. 8.10).

Чтобы корректно обнаружить коллизию, все станции одновременно
наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передавае-
мые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаруже-
ние коллизии (Collision Detection, CD).

После обнаружения коллизии передающая станция обязана пре-
кратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интерва-
ла времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Величина задержки определяется датчиком равномерно распре-
деленной случайной величины на интервале, длина которого экспо-
ненциально увеличивается с каждой попыткой.

Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность
коллизий и уменьшает интенсивность передачи кадров по сети при ее
высокой загрузке.

Из описания метода доступа видно, что вероятность успешного
получения в свое распоряжение общей среды зависит от интенсивно-
сти обращений станций к общей среде. При разработке этого метода
предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мбит/с очень
высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном об-
мене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это
предположение в наше время не всегда соответствует действитель-
ности. Появились приложения, работающие в реальном масштабе
времени с мультимедийной информацией, для которых требуются
гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду
с классической технологией растет потребность и в новых высокоско-
ростных технологиях.

Основные характеристики стандарта IEEE 802.3 следующие: топо-
логия - шина, среда передачи - коаксиальный кабель, скорость пере-
дачи - 10 Мбит/с, максимальная длина - 5 км, максимальное количе-
ство абонентов - до 1024, длина сегмента сети - до 500 м, количест-
во абонентов на одном сегменте - до 100.

В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный
кабель двух видов (толстый и тонкий). Однако с начала 90-х гг. все
большее распространение получает версия Ethernet, использующая в
качестве среды передачи витые пары. Определен также стандарт для
применения в сети оптоволоконного кабеля. В 1995 г. появился стан-
дарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости
100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), ис-
пользующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволо-
конный кабель. В сети Fast Ethernet не предусмотрена физическая
топология «шина», используется только «пассивная звезда» или
«пассивное дерево». К тому же в Fast Ethernet гораздо более жесткие
требования к предельной длине сети.

Помимо стандартной топологии «шина» применяются также топо-
логии типа «пассивная звезда» и «пассивное дерево». При этом
предполагается использование репитеров и пассивных (репитерных)
концентраторов, соединяющих между собой различные части (сег-
менты) сети (рис. 8.11). В качестве сегмента может также выступать
единичный абонент. Коаксиальный кабель используется для шинных

Рис. 8.11. Топология сети Ethernet
сегментов, а витая пара и оптоволоконный кабель - для лучей пас-
сивной звезды (для присоединения к концентратору одиночных ком-
пьютеров). Главное - чтобы в полученной в результате топологии не
было замкнутых путей (петель). Фактически получается, что абоненты
соединены в физическую шину, так как сигнал от каждого из них рас-
пространяется сразу во все стороны и не возвращается назад (как
в кольце). Максимальная длина кабеля всей сети в целом (макси-
мальный путь сигнала) теоретически может достигать 6,5 км, но прак-
тически не превышает 3,5 км.

Отметим, что сеть Ethernet не отличается ни рекордными характе-
ристиками, ни оптимальными алгоритмами, она уступает по ряду па-
раметров другим стандартным сетям. Но благодаря мощной под-
держке, высочайшему уровню стандартизации, огромным объемам
выпуска технических средств, Ethernet резко выделяется среди других
стандартных сетей, и поэтому любую другую сетевую технологию
принято сравнивать именно с Ethernet.

Быстродействие сети Fast Ethernet, других сетей, работающих на
скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требовани-
ям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается не-
достаточно. Особенно это касается тех ситуаций, когда необходимо
подключать к сети современные высокопроизводительные серверы
или строить сети с большим количеством абонентов, требующих вы-
сокой интенсивности обмена. Например, все более широко применя-
ется сетевая обработка трехмерных динамических изображений. Ско-
рость компьютеров непрерывно растет, они обеспечивают все более
высокие темпы обмена с внешними устройствами. В результате сеть
может оказаться наиболее слабым местом системы, и ее пропускная
способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении
быстродействия.

Работы по достижению скорости передачи в 1 Гбит/с ведутся в по-
следние годы довольно интенсивно в нескольких направлениях. Од-
нако, скорее всего, наиболее перспективной является сеть Gigabit
Ethernet. Это связано, прежде всего, с тем, что переход на нее ока-
зался самым дешевым и психологически приемлемым. Ведь сеть
Ethernet и ее более быстрая версия Fast Ethernet сейчас далеко опе-
режают всех своих конкурентов по объему продаж и распространен-
ности в мире.

Сеть Gigabit Ethernet - это естественный, эволюционный путь раз-
вития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Естест-
венно, она наследует и все недостатки своих прямых предшественни-
ков, например, негарантированное время доступа к сети. Однако ог-
ромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть
до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, до-
вольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет доволь-
но просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit
Ethernet в единую сеть и, самое главное, переходить к новым скоро-
стям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напря-
женных участках сети. (К тому же далеко не везде такая высокая про-
пускная способность действительно необходима.) Если же говорить
о конкурирующих гигабитных сетях, то их применение может потребо-
вать полной замены сетевой аппаратуры, что сразу же приведет к ог-
ромным затратам средств.

В сети Gigabit Ethernet сохраняется все тот же хорошо зарекомен-
довавший себя в предыдущих версиях метод доступа, используются
та же форматы пакетов (кадров) и те же размеры, т. е. никакого пре-
образования протоколов в местах соединения с сегментами Ethernet
и Fast Ethernet не потребуется. Единственно, что нужно, - это согла-
сование скоростей обмена. Поэтому главной областью применения
Gigabit Ethernet станет в первую очередь соединение концентраторов
Ethernet и Fast Ethernet между собой.

С появлением сверхбыстродействующих серверов и распростра-
нением наиболее совершенных персональных компьютеров класса
«high-end» преимущества Gigabit Ethernet стали все более явными.
Отметим, что 64-разрядная системная магистраль PCI, ставшая уже
фактическим стандартом, вполне достигает требуемой для такой сети
скорости передачи данных.

Переход на такую огромную скорость передачи не столь прост,
как может показаться. Для аппаратуры Gigabit Ethernet использу-
ются микросхемы, выполненные по самой современной техноло-
гии. Только они позволили добиться требуемого быстродействия.
Ожидается разработка 32-разрядного контроллера, имеющего и
буферную память на кристалле, содержащем до миллиона логиче-
ских элементов.

Прежде всего Gigabit Ethernet нашла применение в сетях, объеди-
няющих компьютеры больших фирм, которые располагаются в не-
скольких зданиях. Она позволила с помощью соответствующих ком-
мутаторов, преобразующих скорости передачи, обеспечить каналы
связи с высокой пропускной способностью между отдельными частя-
ми сложной сети (рис. 8.12).

Выше отмечалось, что стандарт Ethernet был задуман как простая
технология, ориентированная исключительно на обмен данных между
компьютерами. Следует также отметить, что стандарт Ethernet был
разработан для сетей в помещении пользователя, т. е. речь шла о
небольших расстояниях.

Спустя непродолжительный промежуток времени, когда появились
новые стандарты Ethernet, обеспечивающие высокие скорости пере-
дачи данных, возник вопрос о возможности использования технологии
Рис. 8.12. Использование сети Gigabit Ethernet
для соединения групп компьютеров

Ethernet для решения более масштабных задач, нежели создание
ЛВС. В первую очередь специалистов привлекли сети обмена данны-
ми, создаваемые на территории города. В телефонии такие сети из-
вестны по аббревиатуре MAH - Metropolitan Area Network. Появился
еще один термин: «Metro Ethernet». Обычно он используется в тех
случаях, когда целесообразно подчеркнуть применение технологии
Ethernet для мультисервисного обслуживания.

Говоря о применении технологии Ethernet в сетях Metro Ethernet,
обычно подразумевают нечто большее, чем унификацию решений для
обмена данными, хотя это тоже важно. Речь, как правило, идет о «triple-
play services». Эту тройку образуют речь, данные и видеоинформация.

За десять лет производительность сетей Ethernet возросла с 10 до
1000 Мбит/с, то есть на два порядка, а стоимость одного порта снизи-
лась почти в 50 раз, достигнув уровня в 20-25 долларов США. Эво-
люция технологии Ethernet продолжается.

8.3.	Сети Token-Ring, Arcnet, FDDI. 100VG-AnyLAN

Сеть Token-Ring. Сеть Token-Ring была предложена фирмой IBM
в 1985 г. Назначением Token-Ring было объединение в сеть всех ти-
пов компьютеров, выпускаемых IBM (от персональных до больших).
Уже тот факт, что ее поддерживает фирма IBM, крупнейший произво-
дитель компьютерной техники, говорит о том, что ей необходимо уде-
лить особое внимание. Но не менее важно и то, что Token-Ring явля-
ется в настоящее время международным стандартом IEEE 802.5. Это
ставит данную сеть на один уровень по статусу с Ethernet.

Фирма IBM сделала все для максимально широкого распростране-
ния своей сети: была выпущена подробная документация вплоть до
принципиальных схем адаптеров. В результате многие фирмы, на-
пример ЗСОМ, Novell, Western Digital, Proteon приступили к производ-
ству адаптеров.

По сравнению с аппаратурой Ethernet аппаратура Token-Ring ока-
зывается заметно дороже, так как использует более сложные методы
управления обменом, поэтому распространена сеть Token-Ring зна-
чительно меньше. Однако ее применение становится оправданным,
когда требуются большие интенсивности обмена (например, при свя-
зи с большими компьютерами) и ограниченное время доступа.

Сеть Token-Ring имеет топологию «кольцо», хотя внешне она
больше напоминает «звезду». Это связано с тем, что отдельные або-
ненты (компьютеры) присоединяются к сети не прямо, а через специ-
альные концентраторы или многостанционные устройства доступа
MAU (Multistation Access Unit). Поэтому физически сеть образует
звездно-кольцевую топологию (рис. 8.13). В действительности же або-
ненты объединяются все-таки в кольцо, т. е. каждый из них передает
информацию одному соседнему абоненту, а принимает информацию
от другого соседнего абонента.

В качестве среды передачи в сети IBM Token-Ring сначала приме-
нялась витая пара, но затем появились варианты аппаратуры для ко-
аксиального кабеля, а также для оптоволоконного кабеля в стандарте
FDDI. Витая пара применяется как неэкранированная (UTP), так и эк-
ранированная (STP).

Сеть Token-Ring уступает сети Ethernet как по допустимому разме-
ру сети, так и по максимальному количеству абонентов. Что касается
скорости передачи, то в настоящее время имеются версии Token-Ring
на скорость 100 Мбит/с и на 1000 Мбит/с. Компании, поддерживаю-
щие Token-Ring, вовсе не собирается отказываться от своей сети,
рассматривая ее как достойного конкурента Ethernet.

Рис. 8.13. Звездно-кольцевая топология сети Token-Ring
Сеть Arcnet. Сеть Arcnet (или ARCnet, от англ. Attached Resource
Computer Net - компьютеная сеть объединенных ресурсов) - это одна
из старейших сетей. Она была разработана фирмой Datapoint Corpo-
ration еще в 1977 г. Хотя международные стандарты на эту сеть от-
сутствуют, именно она до недавнего времени пользовалась довольно
большой популярностью, даже серьезно конкурировала с Ethernet.
Большое количество фирм (например, Datapoint, Standard Microsys-
tems, Xircom и др.) производили аппаратуру для сети этого типа, но
сейчас производство аппаратуры Arcnet практически прекращено.

Среди основных достоинств сети Arcnet по сравнению с Ethernet
можно назвать высокую надежность и гибкость, простоту диагностики
аппаратных неисправностей, меньшие по сравнению с Ethernet огра-
ничения на общую длину сети (на обычном тонком коаксиальном ка-
беле), а также сравнительно низкую стоимость адаптеров. Из недос-
татков сети наиболее существенным является низкая скорость пере-
дачи информации (всего лишь 2,5 Мбит/с), система адресации и
формат пакета.

В качестве топологии сеть Arcnet использует шину (Arcnet-BUS)
и пассивную звезду (Arcnet-STAR).

Сеть FDDI. Сеть FDDI (от английского Fiber Distributed Data Inter-
face, оптоволоконный распределенный интерфейс данных) - это одна
из новейших разработок стандартов локальных сетей. Стандарт FDDI,
предложенный Американским национальным институтом стандартов
ANSI, изначально ориентировался на высокую скорость передачи
(100 Мбит/с) и на применение перспективного оптоволоконного кабе-
ля. Поэтому в данном случае разработчики не были стеснены рамка-
ми стандартов, ориентировавшихся на низкие скорости и электриче-
ский кабель.

Выбор оптоволокна в качестве среды передачи определил такие
преимущества новой сети, как высокая помехозащищенность, макси-
мальная секретность передачи информации и прекрасная гальвани-
ческая развязка абонентов. Высокая скорость передачи, которая в
случае оптоволоконного кабеля достигается гораздо проще, позволя-
ет решать многие задачи, недоступные менее скоростным сетям, на-
пример, передачу изображений в реальном масштабе времени. Кро-
ме того, оптоволоконный кабель легко решает проблему передачи
данных на расстояние нескольких километров без ретрансляции, что
позволяет строить гораздо большие по размерам сети, охватываю-
щие даже целые города и имеющие при этом все преимущества ло-
кальных сетей (в частности, низкий уровень ошибок). Все это опреде-
лило популярность сети FDDI, хотя она не получила пока широкого
распространения, как Ethernet и Token-Ring.

Сеть FDDI имеет большие преимущества по сравнению со многими
рассмотренными ранее сетями. Даже сеть Fast Ethernet, имеющая такую
же пропускную способность 100 Мбит/с, не может сравниться с FDDI по
допустимым размерам сети и допустимому количеству абонентов.

Стандарт FDDI для достижения высокой гибкости сети предусмат-
ривает включение в кольцо абонентов двух типов:

•	Абоненты (станции) класса А (абоненты двойного подключения,
DAS - Dual Attachment Stations) подключаются к обоим (внутренне-
му и внешнему) кольцам сети. При этом реализуется возможность
обмена со скоростью до 200 Мбит/с или резервирования кабеля
сети (при повреждении основного кабеля используется резервный).
Аппаратура этого класса применяется в самых критичных с точки
зрения быстродействия частях сети.

•	Абоненты (станции) класса В (абоненты одинарного подключения,
SAS - Single Attachment Stations) подключаются только к одному
(внешнему) кольцу сети. Они более простые и дешевые, по срав-
нению с станциями класса А, но не имеют их возможностей. В сеть
они могут включаться только через концентратор или обходной
коммутатор, отключающий их в случае аварии.

Кроме собственно абонентов (компьютеров, терминалов и т. д.)
в сети используются связные концентраторы (Wiring Concentrators),
включение которых позволяет собрать в одно место все точки под-
ключения с целью контроля работы сети, диагностики неисправностей
и упрощения реконфигурации. При применении кабелей разных типов
(например, оптоволоконного кабеля и витой пары) концентратор вы-
полняет также функцию преобразования электрических сигналов в
оптические и наоборот. Концентраторы также бывают двойного под-
ключения (DAC - Dual Attachment Concentrator) и одинарного подклю-
чения (SAC - Single Attachment Concentrator).

Пример конфигурации сети FDDI представлен на рис. 8.14. Прин-
цип объединения устройств сети иллюстрируется на рис. 8.15.

FDDI определяет четыре типа портов абонентов (рис. 8.15):

Рис. 8.14. Пример конфигурации сети FDDI
Рис. 8.15. Объединение устройств сети FDDI

•	Порт А определен только для устройств двойного подключения,
его вход подключается к первичному (внешнему) кольцу, а выход -
к вторичному (внутреннему) кольцу.

•	Порт В определен только для устройств двойного подключения,
его вход подключается к вторичному (внутреннему) кольцу, а вы-
ход - к первичному (внешнему) кольцу. Порт А обычно соединяет-
ся с портом В, а порт В - с портом А.

•	Порт М (Master) определен для концентраторов и соединяет два
концентратора между собой или концентратор с абонентом при
одном кольце. Порт М, как правило, соединяется с портом S.

•	Порт S (Slave) определен только для устройств одинарного под-
ключения (концентраторов и абонентов). Порт S обычно соединя-
ется с портом М.

Структура портов для абонентов DAS и SAS, а также концентрато-
ра DAC видна на рис. 8.15. Концентратор SAC имеет один порт S для
включения в одинарное кольцо и несколько портов М для подключе-
ния абонентов SAS.

Стандарт FDDI предусматривает также возможность реконфигура-
ции сети с целью сохранения ее работоспособности в случае повреж-
дения кабеля (рис. 8.16).

В показанном на рисунке случае поврежденный участок кабеля ис-
ключается из кольца, но целостность сети при этом не нарушается
вследствие перехода на одно кольцо вместо двух (то есть абоненты
DAS начинают работать, как абоненты SAS).

В заключение отметим, что несмотря на очевидные преимущества
FDDI данная сеть не получила пока широкого распространения, что
связано главным образом с высокой стоимостью ее аппаратуры (по-
Рис. 8.16. Реконфигурация сети FDDI
при повреждении кабеля

рядка тысячи долларов). Основная область применения FDDI сейчас -
это базовые, опорные (Backbone) сети, объединяющие несколько се-
тей. Применяется FDDI и для соединения мощных рабочих станций
или серверов, требующих высокоскоростного обмена. Предполагает-
ся, что сеть Fast Ethernet может потеснить FDDI, однако преимущест-
ва оптоволоконного кабеля, маркерного метода управления и рекорд-
ный допустимый размер сети ставят в настоящее время FDDI вне
конкуренции. А в тех случаях, когда стоимость аппаратуры имеет ре-
шающее значение, можно на некритичных участках применять версию
FDDI на основе витой пары (TPDDI). К тому же стоимость аппаратуры
FDDI может сильно уменьшиться с увеличением объема ее выпуска.

Сеть 100VG-AnyLAN. Сеть 100VG-AnyLAN - это одна из последних
разработок высокоскоростных локальных сетей, недавно появившаяся
на рынке. Она разработана фирмами Hewlett-Packard и IBM и соответст-
вует стандарту IEEE 802.12, так что уровень ее стандартизации доста-
точно высокий. Главными достоинствами ее являются большая скорость
обмена, сравнительно невысокая стоимость аппаратуры, централизо-
ванный метод управления обменом без конфликтов и совместимость
на уровне пакетов с популярными сетями Ethernet и Token-Ring.

В названии сети 100VG-AnyLAN цифра 100 соответствует скорости
100 Мбит/с, буквы VG обозначают дешевую неэкранированную витую
пару категории 3 (Voice Grade), a AnyLAN (любая сеть) обозначает то,
что сеть совместима с двумя самыми распространенными сетями.

Пример структуры сети 100VG-AnyLAN показан на рис. 8.17.

Сеть 100VG-Anyl_AN состоит из центрального (основного) концентра-
тора уровня 1, к которому могут подключаться как отдельные абоненты,
так и концентраторы уровня 2, к которым в свою очередь подключаются
Концентратор

Концентратор
уровня 3

Мост

Рис. 8.17. Структура сети 100VG-AnyLAN

На сети Ethernet, Token-ring

абоненты и концентраторы уровня 3. При этом сеть может иметь не бо-
лее трех таких уровней. Получается, что максимальный размер сети мо-
жет составлять 600 метров для неэкранированной витой пары.

В отличие от неинтеллектуальных концентраторов других сетей (на-
пример, Ethernet), концентраторы сети 100VG-AnyLAN - это интеллекту-
альные контроллеры, которые управляют всем доступом к сети. Для это-
го они непрерывно контролируют запросы, поступающие на все порты.
Концентраторы принимают все приходящие пакеты и отправляют их
только тем абонентам, которым они адресованы. Однако никакой обра-
ботки информации они не производят, т. е. в данном случае получается
все-таки не настоящая (активная) звезда, но и не пассивная звезда.

Сеть 100VG-AnyLAN представляет собой довольно доступное решение
для увеличения скорости передачи до 100 Мбит/с. Однако она не облада-
ет полной совместимостью ни с одной из стандартных сетей, поэтому ее
дальнейшая судьба проблематична. К тому же, в отличие от сети FDDI,
она не имеет никаких рекордных параметров. Если сравнивать с наиболее
распространенной 100-мегабайтной сетью Fast Ethernet, то 100VG-AnyLAN
обеспечивает вдвое большую длину кабеля UTP категории 5 (до 200 мет-
ров), а также бесконфликтный метод управления обменом.

8.4. Стандарт 802.11

До недавнего времени беспроводная связь в локальных сетях
практически не применялась. Однако с конца XX в. наблюдается на-
стоящий бум беспроводных локальных сетей (WLAN - Wireless LAN).
Это связано в первую очередь с успехами технологии и с теми удоб-
ствами, которые способны предоставить беспроводные сети. По
сравнению с 2005 г. число пользователей Wi-Fi в 2007 г. выросло бо-
лее чем в три раза и составило 150 млн.

В 1997 г. был принят стандарт для беспроводных сетей IEEE
802.11. Сейчас этот стандарт активно развивается и включает в себя
уже несколько разделов, в том числе три локальные сети (802.11а,
802.11 b и 802.11g). Стандарт содержит следующие спецификации:
- 802.11 - первоначальный стандарт WLAN. Поддерживает передачу
данных со скоростями от 1 до 2 Мбит/с.

-	802.11а - высокоскоростной стандарт WLAN для частоты 5 ГГц.
Поддерживает скорость передачи данных 54 Мбит/с.

т 802.11b - стандарт WLAN для частоты 2,4 ГГц. Поддерживает ско-
рость передачи данных 11 Мбит/с.

-	802.11е - устанавливает требования качества запроса, необходи-
мо для всех радио-интерфейсов IEEE WLAN.

-	802.11f - описывает порядок связи между равнозначными точками
доступа.

-	802.11g - устанавливает дополнительную технику модуляции для
частоты 2,4 ГГц. Предназначен для обеспечения скоростей пере-
дачи данных до 54 Мбит/с.

-	v802.11h - описывает управление спектром частоты 5 ГГц для ис-
пользования в Европе и Азии.

-	802.11i - исправляет существующие проблемы безопасности в об-
ластях аутентификации и протоколов шифрования.

Разработкой и поддержкой стандарта IEEE 802.11 занимается коми-
тет Wi-Fi Alliance. Термин Wi-Fi (Wireless Fidelity) используется в каче-
стве общего имени для стандартов 802.11а и 802.11b, а также всех по-
следующих, относящихся к беспроводным локальным сетям (WLAN).

Оборудование беспроводных сетей включает в себя точки беспро-
водного доступа (Access Point) и беспроводные адаптеры для каждого
абонента.

Точки доступа выполняют роль концентраторов, обеспечивающих
связь между абонентами и между собой, а также функцию мостов,
осуществляющих связь с кабельной локальной сетью и с Интернетом.
Несколько близкорасположенных точек доступа образуют зону досту-
па Wi-Fi, в пределах которой все абоненты, снабженные беспровод-
ными адаптерами, получают доступ к сети. Такие зоны доступа (Hot-
spot) создаются в местах массового скопления людей: в аэропортах,
студенческих городках, библиотеках, магазинах, бизнес-центрах и т. д.

Каждая точка доступа может обслуживать несколько абонентов, но
чем больше абонентов, тем меньше эффективная скорость передачи
для каждого из них. Метод доступа к сети - CSMA/CA. Сеть строится
по сотовому принципу. В сети предусмотрен механизм роуминга, т. е.
поддерживается автоматическое подключение к точке доступа и пе-
реключение между точками доступа при перемещении абонентов, хо-
тя строгих правил роуминга стандарт не устанавливает.

Поскольку радиоканал не обеспечивает высокой степени защиты
прослушивания, в сети Wi-Fi используется специальный встроенный
механизм защиты информации. Он включает средства и процедуры
аутентификации для противодействия несанкционированному досту-
пу к сети и шифрование для предотвращения перехвата информации.

Стандарт IEEE 802.11b был принят в 1999 г. и благодаря ориентации
на освоенный диапазон 2,4 ГГц завоевал наибольшую популярность
у производителей оборудования. В качестве базовой радиотехнологии
в нем используется метод DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), кото-
рый отличается высокой устойчивостью к искажению данных, помехам,
в том числе преднамеренным, а также к обнаружению. Поскольку обору-
дование 802.11b, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, име-
ет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, то стан-
дартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости
при ухудшении качества сигнала. Пропускная способность (теоретиче-
ская - 11 Мбит/с, реальная - от 1 до 6 Мбит/с) отвечает требованиям
большинства приложений. Расстояния - до 300 м, но обычно до 160 м.

Стандарт IEEE 802.11а рассчитан на работу в частотном диапазоне
5 ГГц. Скорость передачи данных до 54 Мбит/с, то есть примерно
в пять раз быстрее сетей 802.11b. Это наиболее широкополосный из
семейства стандартов 802.11. Определены три обязательные скорости -
6, 12 и 24 Мбит/с и пять необязательных - 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с.
В качестве метода модуляции сигнала принято ортогональное частот-
ное мультиплексирование (OFDM). Его наиболее существенное отли-
чие от методов DSSS заключается в том, что OFDM предполагает па-
раллельную передачу полезного сигнала одновременно по нескольким
частотам диапазона, в то время как технологии расширения спектра
передают сигналы последовательно. В результате повышается пропу-
скная способность канала и качество сигнала. К недостаткам 802.11а
относятся большая потребляемая мощность радиопередатчиков для
частот 5 ГГц, а также меньший радиус действия (около 100 м). Кроме
того, устройства для 802.11а дороже, но со временем ценовой разрыв
между продуктами 802.11 b и 802.11 а будет уменьшаться.

Стандарт IEEE 802.11g является новым стандартом, регламенти-
рующим метод построения WLAN, функционирующих в нелицензи-
руемом частотном диапазоне 2,4 ГГц. Благодаря применению техно-
логии ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM) мак-
симальная скорость передачи данных в беспроводных сетях IEEE
802.11g составляет 54 Мбит/с. Оборудование, поддерживающее
стандарт IEEE 802.11g, например, точки доступа беспроводных сетей,
обеспечивает одновременное подключение к сети беспроводных уст-
ройств стандартов IEEE 802.11g и IEEE 802.11b. Стандарт 802.11g
представляет собой развитие 802.11b и обратно совместим с 802.11b.
Теоретически 802.11g обладает достоинствами двух своих предшест-
венников. В числе преимуществ 802.11g надо отметить низкую по-
требляемую мощность, большие расстояния (до 300 м) и высокую
проникающую способность сигнала.

Спецификация IEEE 802/11d устанавливает универсальные требо-
вания к физическому уровню (процедуры формирования каналов,
псевдослучайные последовательности частот и т. д.). Стандарт 802.11d
пока находится в стадии разработки.

Спецификация IEEE 802.11е позволит создавать мультисервисные
беспроводные сети для корпораций и индивидуальных потребителей.
При сохранении полной совместимости с действующими стандартами
8U2.11а и b она расширяет их функциональность за счет обслужива-
ния потоковых мультимедиа-данных и гарантированного качества ус-
луг. Пока утвержден предварительный вариант спецификаций 802.11е.

Спецификация IEEE 802.111 описывает протокол обмена служеб-
ной информацией между точками доступа (Inter-Access Point Protocol,
IAPP), что необходимо для построения распределенных беспровод-
ных сетей передачи данных. Находится в стадии разработки.

Спецификация IEEE 802.11h предусматривает возможность до-
полнения действующих алгоритмами эффективного выбора частот
для офисных и уличных беспроводных сетей, а также средствами
управления использованием спектра, контроля излучаемой мощности
и генерации соответствующих отчетов. Находится в стадии разработки.

Среди изготовителей Wi-Fi оборудования - такие известные ком-
пании, как Cisco Systems, Intel, Texas Instruments и Proxim.

Таким образом, беспроводные сети весьма перспективны. Не-
смотря на свои недостатки, главный из которых - незащищенность
среды передачи, они обеспечивают простое подключение абонентов,
не требующее кабелей, а также мобильность, гибкость и масштаби-
руемость сети. К тому же, что немаловажно, от пользователей не
требуется знания сетевых технологий.

Контрольные вопросы

1.	Стандарты локальных сетей.

2.	Особенности одноранговых сетей.

3.	Достоинства и недостатки сетей клиент-сервер.

4.	Какие среды передачи используются в локальных сетях?

5.	Аппаратура локальных сетей. Дайте краткую характеристику устройств,
используемых в локальных сетях.

6.	Особенности технологии Ethernet.

7.	Перечислите особенности технологии FDDI.

8.	Каковы перспективы технологии FDDI?

9.	Приведите структуру сети 100VG-Anyl_AN.

10.	Дайте характеристику спецификаций стандарта 802.11.
Глава 9. Технологии территориальных сетей

9.1. Технология ретрансляции кадров (Frame Relay)

Не так давно протокол передачи данных с коммутацией пакетов
(технология Х.25) был одним из наиболее широко распространенных
и популярных протоколов, позволяющих решать проблемы плохих
каналов связи с большим уровнем помех, каковыми, например, явля-
ются аналоговые телефонные линии. Для обеспечения требуемой
достоверности передачи информации в технологии Х.25 используется
многоуровневая система обнаружения и коррекции ошибок. Каждый
узел коммутации (УК) сети Х.25 на пути движения пакета проверяет
целостность пакета, читает контрольную сумму, содержащуюся в за-
головке пакета, вычисляет ее новое значение и сравнивает их. При
небольшом количестве ошибок УК способен восстановить пакет и пе-
редать его дальше. При этом узел посылает подтверждение преды-
дущему узлу о корректном приеме пакета. Если же восстановить па-
кет невозможно, делается запрос на его повторную передачу. Высо-
кий уровень помех на линиях приводит к падению скорости передачи,
и по этой причине предельная скорость передачи в сетях Х.25 со-
ставляет 64 кбит/с. Кроме того, эта скорость не остается постоянной
величиной и зависит от уровня помех и вызванных ими ошибок. Ме-
тод передачи и коммутации пакетов реализован не только в протоко-
ле Х.25, но и, например, в протоколе TCP/IP, который также впервые
был введен на сети ARPA, после чего она стала именоваться Интер-
нет. Широкое распространение этого протокола обеспечено большой
популярностью сети Интернет, охватывающего многие страны мира.

В современных телекоммуникационных сетях, использующих во-
локонно-оптическую среду для передачи данных, уровень ошибок
резко снизился по сравнению с каналами аналоговой телефонии.
В результате большая избыточность кодировки (применение сложных
кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки) пакетов становится
ненужной, упрощается система заголовков, которая была перенасы-
щена содержанием информации для восстановления пакетов. В 90-х гг.
ITU/T утверждает новый протокол из семейства протоколов Х.25, по-
лучившей название протокола передачи и коммутации кадров (фрей-
мов) - Frame Relay. В этом протоколе нет избыточности, характерной
для Х.25. Во-первых, потому что он специально разрабатывался для
использования на ЛС с низким уровнем помех. Во-вторых, в нем уст-
ранена система контроля ошибок всего фрейма. Вместо этого лишь
проверяется целостность полученного фрейма и только для адресно-
го поля осуществляется контроль ошибок. Благодаря всему этому
Frame Relay обеспечивает подключение пользователей телекоммуни-
кационной сети на скорости 2 Мбит/с. Главным достоинством техно-
логии Frame Relay стала низкая избыточность служебной информа-
ции в пакете, что заметно увеличило производительность ПД в сети
(в 4 раза по отношению к сети Х.25). В остальном протокол Frame Re-
lay во многом совпадает с протоколом Х.25. Размеры фреймов могут
иметь переменную длину, так как сами пакеты допускают использова-
ние различных длин и, как следствие, вариации задержек при пере-
даче фреймов. Это не совсем приемлемо для передачи речевых
и видеосообщений, которые требуют регулярных скоростей передачи.

Областью эффективного применения скорости Frame Relay явля-
ется взаимодействие LAN через глобальные телекоммуникационные
сети, а также обеспечение высокоскоростных пользовательских ин-
терфейсов, что гораздо выгоднее арендованных каналов. Как разно-
видность протоколов семейства Х.25 Frame Relay хорошо сочетается
с сетями Х.25. Возможно создание гибридных сетей, включающих УК
с FR и УК с КП, а также УК-шлюзы, обеспечивающие преобразование
протоколов (рис. 9.1). За пользование сетью Frame Relay взимается
фиксированная ежемесячная плата, вычисляемая с учетом трех опи-
санных ниже элементов. Кроме того, в расходы заказчика входит оп-
лата телефонных линий, по которым его офисы подключаются к сети
Frame Relay. Элементы, влияющие на стоимость услуг Frame Relay, -
это тип соединения (коммутируемое или постоянное), порт и выде-
ленная пропускная способность.

Рис. 9.1. Гибридная сеть, использующая технологию Х.25 и FR
1.	Постоянное виртуальное соединение (permanent virtual circuit,
PVC) - это жестко заданный маршрут в сети провайдера. Если, на-
пример, клиенту необходимо организовать обмен данными между
объектами, находящимися в разных городах, провайдер может уста-
новить между этими двумя точками постоянное виртуальное соеди-
нение. За пользование PVC с клиента берется фиксированная або-
нентская плата.

2.	Коммутируемое виртуальное соединение (switched virtual
circuit, SVC) в отличие от PVC, оплачивается клиентом в зависимости
от объема использования. Между объектами в сетях Frame Relay
можно установить временные соединения, которые применяются
обычно для передачи небольшого голосового трафика. При этом за-
казчик платит только за реально использованную пропускную способ-
ность, что может быть выгоднее абонентской платы за PVC.

3.	Порт Frame Relay представляет собой точку входа в сеть Frame
Relay. Порты находятся на коммутаторах, установленных у провайде-
ра, причем каждый порт может участвовать в нескольких виртуальных
соединениях.

4.	Выделяемая информационная скорость (committed information rate,
CIR) - гарантированная нижняя граница пропускной способности канала.
Клиенту гарантируется, что Frame Relay сможет передавать данные с
определенной скоростью, которая обычно равна половине скорости пор-
та провайдера. Клиенты могут создавать «взрывной трафик», когда по-
ступает объем данных, превышающий CIR. Однако существует верхняя
граница скорости, определяемая параметрами порта.

9.2.1Р-технология

Структура стека протоколов TCP/IP. Архитектура протоколов Ин-
тернета четырехуровневая. Появившуюся намного позже семиуров-
невую архитектуру протоколов эталонной модели ISO можно рас-
сматривать как дальнейшее развитие TCP/IP - декомпозицию двух
уровней TCP/IP. Действительно, отличие двух архитектур состоит в
том, что три высших уровня (прикладной, представления данных, се-
ансовый) модели OSI в архитектуре TCP/IP объединены в один - при-
кладной (рис. 9.2). Уровень сетевых интерфейсов TCP/IP соответст-
вует двум уровням OSI - канальному и сетевому.

Прикладной уровень TCP/IP поддерживает традиционные услуги:
- электронная почта и обмен новостями, которые реализуются с по-
мощью простого протокола передачи электронной почты SMNP
(Simple Mail Transfer Protocol); почтовых протоколов IMAP (Internet
Message Access Protocol), POP (Post Office Protocol) и X.400; сете-
вого протокола обмена новостями NNTP (Network News Transfer
Protocol);
Уровни
ISO

—

["Уровни
। TCP/IP

1 Прик-
। ладной

। Представ-
। ления
! данных

’ Сеансовый 1

L__________I

। Транс- ।
। портный I

Протоколы

! ГЕ'та’11Г	11 пере. ।  : !hsmnpm'!!	и дачи !  Прин-.; IMAP,'!; “;; <м;°в; ладной । POP, 11 еР„ 11 ДГ' ।  •	-VU					1	j	1 1Вспомо-1 |	1  । гатель- • i Спра- । 1 ные [1 вочные ] [ NTP, । [ службы । । ВООТР, 11 DNS, ।  1 Echo, !’ Х.500 '  [ Figner । [	।			; Г www ; [ мони-; Гр.теле_; ,, техно-	,, торинг,,,	.	,  11 логии	11 управ-	< i	*	„	'	*  !1 HTTP,	;1 ление	[1	[  !; url, snmp,	t;	Hs^3!  И URN	H RMON	H	1  11	11	11	।  <47-			
|ранс- ।  портный[	Сегмент		  	,		TCP			RTP, RTCP		UDP				Датаграмма
								

Сетевой

Межсе-
тевого
взаимо-
дей-
ствия

г

[ Канальный [ Сетевых
।----------1 интер-

[физический! Фейсов

Рис. 9.2. Структура стека протоколов TCP/IP

288	Глава 9. Технологии территориальных сетей
-	виртуальный терминал реализуется с помощью протокола Telnet;

-	передача файлов осуществляется с помощью протоколов FTP (Fail

Transfer Protocol), TFTP (Trivial File Transfer Protocol) и NFS (Net-
work File Systems);

-	справочные службы реализуются с помощью системы доменных
имен DNS (Domain Name System) и Х.500.

В середине 90-х гг. активно внедряются услуги, базирующиеся на
технологии WWW (World Wide Web), основанной на протоколе переда-
чи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol, HTTP) с использованием
URL (Universal Resource Locator) и URN (Universal Resource Names).

Сегодня популярны услуги пакетной IP-телефонии на базе протоко-
лов SIP (Session Initiation Protocol), RTP (Real-time Transport Protocol),
RTCP (Real-Time Transport Control Protocol), рекомендаций H.323 и др.

Особое место в стеке занимают протоколы мониторинга и управ-
ления:

-	SNMP (Simple Network Management Protocol);

-	RMON (Remote Monitoring).

С помощью этих протоколов отслеживают состояние сети и прово-
дят ее администрирование.

Для сетевого взаимодействия большинство приложений пользуют-
ся услугами протоколов транспортного уровня TCP и UDP. Протокол
TCP гарантирует надежную полнодуплексную передачу сегментов
данных с предварительным установлением логического соединения.
Протокол датаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol)
обеспечивает передачу датаграмм без установления соединения, что
не гарантирует их доставку.

Передачу пакетов между сетями различной архитектуры обеспечи-
вает основной протокол стека - IP. Датаграммный протокол IP не га-
рантирует надежной передачи пакетов, что, однако, увеличивает про-
пускную способность при передаче данных через множество сетей.

На сетевом уровне также используются:

-	диагностический протокол ICMP (Internet Control Message Protocol),
который передает сообщения узлам сети об ошибках и сбоях в пе-
редаче;

-	протоколы разрешения проблемы адресов: ARP (Address Resolu-
tion Protocol) трансформирует IP адрес в физический адрес узла
сети (МАС - адрес станции); RARP (Reverse Address Resolution
Protocol) выполняет обратную функцию, т. е. с помощью МАС ад-
реса определяет 1Р-адрес.

Работу сетевого уровня поддерживают ряд протоколов маршрути-
зации и сигнализации: RIP (Routing Internet Protocol), OSPF (Open
Shortest Path First), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), EIGRP
(Enhanced IGRP), BGP (Border Gateway Protocol), RAP (Routing Access
Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol) и др.
Стек протоколов TCP/IP взаимодействует на канальном уровне с
большим количеством протоколов и сетевых технологий, которые инкап-
сулируют пакеты IP протокола. На сегодня вопросам взаимодействия
Интернета с другими сетями посвящено более 290 документов RFC.

Чтобы выяснить, как выполняется передача данных с помощью
любой технологии, необходимо рассмотреть следующее:

1)	как формируется и распределяется адресное пространство сети;

2)	логические характеристики (назначение полей пакетов) основ-
ных протоколов IP-технологии;

3)	основные процедурные характеристики протоколов, которые
обеспечивают нормальное функционирование процесса передача
информации;

4)	каким образом решается вопрос определения путей передачи
данных от отправителя к получателю, т. е. как маршрутизируются
пакеты.

Опуская рассмотрение вопросов 1-3, которые можно найти в лите-
ратуре, перейдем к п. 4.

Методы маршрутизации. Протоколы маршрутизации (см. рис. 9.2)
представляют собой наиболее сложную группу протоколов Интернет,
которая динамично развивается. Под маршрутизацией понимают ре-
шение задачи поиска оптимального пути от отправителя информации
к ее получателю. Оборудование, которое решает эту задачу, называ-
ют маршрутизаторами (router).

Маршрутизатор представляет собой устройство, используемое для
соединения двух или большего количества сетей канального уровня.
Маршрутизатор принимает пакет из одной сети, ищет его адрес на-
значения в таблицах маршрутизации и, в соответствии с результата-
ми поиска, перенаправляет этот пакет в другую сеть. При таком опи-
сании не совсем ясно, что маршрутизатор отличается от коммутатора
(свитча): ведь свитч делает ровно то же самое.

Отличие действительно не так уж велико: магистральные маршру-
тизаторы по внутреннему устройству похожи на магистральные свит-
чи. Отличие состоит в том, что свитч осуществляет маршрутизацию
на основе адреса канального уровня; каждая запись в таблицах мар-
шрутизации свитча, обозначаемых как SAT (Source Address Table).
SAT представляет собой адрес абонентского устройства. Таким обра-
зом, количество устройств в сети на основе одних только свитчей ог-
раничено размером SAT самого маломощного из этих свитчей. Не-
смотря на то, что у современных свитчей объем таблиц достигает не-
скольких сотен тысяч записей, понятно, что построить сеть размером
с Интернет на основе таких устройств невозможно.

Маршрутизатор использует адреса сетевого уровня; такие адреса
имеют иерархическую структуру и состоят из двух или более компо-
нент. Одна компонента представляет собой адрес подсети (subnet),
вторая - адрес или номер узла в этой подсети. Для начала можно оп-
ределить подсеть как совокупность всех узлов сети, достижимых че-
рез один и тот же маршрут. Для построения маршрута достаточно
знать адрес подсети, поэтому таблицы маршрутизаторов не обязаны
содержать записи для адресов каждого из узлов подсети.

В IP сетях (Интернет и других) главным параметром маршрутиза-
ции является адрес в IP протоколе. Сеть Интернет организована как
совокупность взаимосвязанных между собою автономных систем или
доменов (domains). Автономная система включает в себя IP-сети, ко-
торые имеют единое административное управление и общую полити-
ку (стратегию) маршрутизации (policy routing). В пределах домена ис-
пользуются протоколы внутренней (Interior Gateway Protocol, IGP),
а между ними протоколы внешней маршрутизации (Exterior Gateway
Protocol, EGP).

При рассмотрении маршрутизации выделяют две проблемы:

-	определение и распространение сведений о маршрутах в сети
(домене), которые связаны с реализацией политики маршрутиза-
ции и регламентируются алгоритмами вектор-расстояния (distance
vector) и состояния каналов (link state);

-	продвижение по установленным маршрутам пакетов от отправите-
ля к получателю, которое определяется алгоритмами поэтапной
маршрутизации (hop-by-hop routing) и маршрутизацией от источни-
ка (source specified routing).

Алгоритм «вектор-расстояние» базируется на том, что каждый
объект (маршрутизатор), который принимает участие в маршрутиза-
ции, сохраняет в своей базе информацию обо всех адресах сети и
метрику - расстояние до получателя информации. Объекты обмени-
ваются между собой маршрутными базами. При принятии решения
о маршруте передачи пакета оценивается каждый путь к объекту и
выбирается наилучший. Этот алгоритм реализован в протоколах мар-
шрутизации RIP и IGRP.

Алгоритм состояния каналов. Здесь на первом этапе каждый объ-
ект формирует топологическую базу (link state database) и строит граф
связей сети, который описывает ее топологию с учетом того, что каж-
дая связь (канал) характеризуется своей метрикой. Объекты, обмени-
ваясь базами, обновляют сведения о сетях. На втором этапе объект
решает проблему определения оптимального пути к каждой известной
ему сети. Этот алгоритм реализован в протоколах OSPF и EIGRP.

Поэтапная маршрутизация. В этом методе каждый маршрутиза-
тор принимает независимое решение о продвижении пакета на ос-
новании адреса получателя и информации, которая находится в
маршрутной базе.

Маршрутизация от источника. Маршрут формируется отправителем
пакета и записывается в каждый пакет, который отправляется в сеть.
Протокол RIP. Протокол RIP - это протокол внутренней маршру-
тизации, предназначенный для небольших доменов. Первая версия
протокола RIP стандартизирована RFC 1058, а вторая - RFC 1722 и
др. RIP для передачи сообщений использует протокол UDP (порт
520). Сообщения RIP состоят из IP адреса сети и числа шагов (мар-
шрутизаторов) к ней. Максимальное количество шагов - 15. В одном
сообщении RIP может быть информация о 25 сетях. Маршрутизатор,
на котором работает RIP, получая сообщения RIP от других маршру-
тизаторов, строит свою таблицу маршрутизации, в которой прописаны
пути к другим сетям. Обмениваясь RIP сообщениями, маршрутизато-
ры каждые 30 с обновляют свои таблицы маршрутизации и с их по-
мощью выполняют продвижение пакетов по сети.

Недостатки протокола:

-	не всегда выбирается самый эффективный маршрут;

-	из-за медленной сходимости образуются логические петли и медлен-
но возобновляются таблицы после сбоя в работе маршрутизатора;

-	используются широковещательные рассылки большого количества
служебной информации (таблицы маршрутизации), которые загру-
жают сеть;

-	ограничен размер домена маршрутизации (15 переходов);

-	не работает с адресами подсетей и не различает автономных систем.

Протокол OSPF стандартизирован в RFC 1370, 1578, 1793, 1850,
2328. Применяется для внутренней и внешней маршрутизации, ис-
пользуя алгоритм состояния каналов. Может обслуживать автоном-
ную систему, которая состоит из нескольких зон. Протокол OSPF зна-
чительно эффективнее протокола RIP. Маршрутизатор, на котором
работает OSPF, решает проблему оптимизации маршрутов, анализи-
руя граф сети с метрикой, характеризующей качество обслуживания.
Основными параметрами метрики являются пропускная способность,
задержка, надежность, а дополнительными - загрузка канала, безо-
пасность. Маршрутизаторы обмениваются сообщениями только при
изменении топологии сети. OSPF быстрее, чем RIP, перестраивает
маршрутную таблицу.

К основным преимуществам OSPF относятся:

-	применение групповой передачи коротких сообщений при изменении
топологии сети, что снижает непроизводительную загрузку сети;

-	поддержка распределения информации по параллельным каналам
в зависимости от их пропускной способности, что улучшает работу
сети в целом.

Протоколы IGRP и EIGRP. Эти протоколы разработаны фирмой
Cisco Systems и используются для внутренней маршрутизации.

IGRP использует алгоритм «вектор-расстояние», имеет значитель-
но лучшие характеристики, чем протокол RIP, в частности:
-	надежно работает в сетях сложной топологии;

-	обладает лучшей, чем RIP, сходимостью;

-	значительно снижает объем передачи служебной информации;

-	распределяет информацию между каналами с одинаковыми мет-
риками.

В метрику протокола входят следующие параметры канала: пропу-
скная способность, задержка, нагрузка, надежность. Эти параметры
могут меняться в широких пределах. Например, пропускная способ-
ность может изменяться от 1200 бит/с до 10 Гбит/с.

EIGRP - это протокол, который объединяет все преимущества ал-
горитмов «вектор-расстояние» и состояния каналов. Протокол реали-
зован на базе алгоритма распределенного обновления - (Distributed
Update Algorithm, DUAL), который позволяет маршрутизатору быстро
возобновлять работу после изменения сетевой топологии.

Протоколы EGP и BGP принадлежат к протоколам внешней мар-
шрутизации сети Интернет. С помощью EGP взаимодействуют выде-
ленные маршрутизаторы разных автономных систем, которые соби-
рают информацию о системе с помощью внутренних протоколов
маршрутизации.

К недостаткам EGP можно отнести следующее: не используется
метрика, т. е. не выполняется интеллектуальная маршрутизация; не
отслеживается появление петель маршрутов; служебные сообщения
имеют большой размер.

В последнее время вместо EGP используют более совершенный
протокол BGP, который, в свою очередь, для передачи служебных
сообщений использует протокол ТОР. Это повышает надежность при
взаимодействии между автономными системами, поскольку ТОР га-
рантирует доставку маршрутной информации. BGP полностью исклю-
чает недостатки протокола EGP. В качестве метрики используется
скорость передачи в канале, его надежность и т. п. На сегодня BGP (3
версия) - это основной протокол сети Интернет, который определяет
маршруты к удаленным автономным системам.

9.3. Качество обслуживания в IP-сетях

Постановка вопроса. Существует широко распространенное мне-
ние, что сегодняшние сети КК и КП постепенно объединятся в сети,
основанные на IP-инфраструктуре, которая будет переносить как
трафик ТфОП, так и традиционных приложений Internet. Такой сцена-
рий конвергенции привлекателен тем, что обеспечивает как снижение
себестоимости через объединение технологий, так и развитие инду-
стрии через создание новых услуг. Однако на практике конвергенция
идет довольно медленно. С технической точки зрения главным кам-
нем преткновения оказалась проблема качества обслуживания (QoS).
Традиционные IP-сети используют подход «наилучшей попытки» (best
effort) к качеству, предоставляющий пользователям справедливую
долю доступных сетевых ресурсов, но не гарантирующий выполнения
никакого определенного уровня производительности. Принцип best
effort был достаточно эффективен для поддержки приложений не ре-
ального масштаба времени (электронная почта, передача файлов)
и был расширен для приложений, близких к реальному масштабу вре-
мени (аудио/видео вещание, просмотр Web). Основанная на текущем
избытке пропускной способности многих маршрутов, парадигма наи-
лучшей попытки сталкивается с сегодняшними потребностями многих
пользователей в интерактивной голосовой телефонии и в других при-
ложениях реального времени.

Однако маловероятно обеспечить качество, ожидаемое пользова-
телями интерактивной голосовой телефонии и других приложений
реального времени, когда ограничения пропускной способности при-
водят к существенному увеличению величины задержки или к поте-
рям пакетов.

Для того, чтобы реализовать полностью полезный эффект от кон-
вергенции, будущие сети, основанные на IP, нуждаются в использо-
вании новых принципов разделения ресурсов, способных надежно
обеспечить дифференцированное QoS для большого и многообраз-
ного набора пользовательских приложений, включающих, что особен-
но важно, голос поверх IP (VoIP).

Решения QoS из конца в конец для IP делают возможной успеш-
ную конвергенцию IP/ТфОП, которая может быть реализована, на-
пример, в три шага:

1.	Выполнение сетевыми провайдерами соглашений относи-
тельно общего набора параметров производительности IP и требо-
ваний QoS.

2.	Развертывание сетевых механизмов, поддерживающих задан-
ные требования QoS на участке терминал-терминал.

3.	Внедрение требований QoS в протоколы сигнализации для воз-
можности создания по запросу IP-потоков с гарантированным QoS.

13-я исследовательская группа Международного Союза Электро-
связи (сектор стандартизации телекоммуникаций) - МСЭ-Т недавно
выпустила два международных стандарта (рекомендации), которые
способствуют выполнению первого из этих трех шагов. Первая реко-
мендация, У. 1540, определяет стандарты параметров производи-
тельности для передачи пакетов в IP-сетях. Вторая, Y.1541, специфи-
цирует требования к стыку сетевой интерфейс - сетевой интерфейс
(network-interface-to-network-interface, NI-NI) для параметров рекомен-
дации У. 1540 и группирует эти численные требования по шести клас-
сам QoS для IP-сетей.
Рекомендация Y.1541. Рекомендация ITU-T Y.1541 определяет
числовые значения, которые должны быть достигнуты на междуна-
родных отрезках IP-сетей между оконечными терминалами пользова-
телей для каждого из ключевых параметров работы, определенных
в рекомендации Y.1540. Указанные значения сгруппированы в неко-
торое число различных классов QoS.

Выбор классов QoS, которые должны были быть включены в
Y.1541, обсуждался на 4-й рабочей встрече 13-й исследовательской
группы на протяжении нескольких заседаний. В ранних дискуссиях
участники рассматривали подход, касающийся каждого параметра,
который позволял бы пользователям определять значения для каж-
дого параметра независимо. Однако все довольно быстро согласи-
лись, что разрешение подобной свободы выбора будет слишком
сложно осуществить. Фактически имелось четкое согласие, что число
различных классов QoS, специфицированных в Y.1541, должно быть
строго ограничено, чтобы избежать чрезмерного усложнения реко-
мендации (и, что более важно, сетевых технологий, требуемых для
реализации этого). Для обеспечения наибольшего охвата группа со-
гласилась, что определенные классы должны все вместе охватить
широкий набор приложений и высокий процент нужд пользователей
на IP-сетях. В дополнение к традиционным приложениям Internet сю-
да же включены телефония точка-точка, мультимедийные телекон-
ференции и интерактивная передача данных (например, сигнализа-
ции). Группа заключила, что потребности некоторых, особо требова-
тельных приложений (например, видео реального времени высокого
разрешения, широкополосные TCP соединения) пока не будут отра-
жены в стандартных классах. Было согласовано, что каждый класс
QoS должен охватывать группу приложений с подобными требова-
ниями работы, значительно отличающимися от требований других
классов. И здесь, с точки зрения ограничения сложности структуры
классов, может быть задан вопрос, будут ли операторы управляемых
IP-сетей для каждой пары предложенных классов делать какие-
нибудь различия при их осуществлении. Классы QoS будут разли-
чаться только при утвердительном ответе на этот вопрос.

Характеристики работы IP из конца в конец, определенные в реко-
мендации Y.1541 применяются от NI до NI как показано на рис. 9.3.
Сетевой маршрут из конца в конец в IP-сети включает набор сетевых
сегментов и каналов передачи, транспортирующих IP-пакеты от ис-
точника (SRC) до получателя (DST). Нижние протоколы, включающие
уровень IP вместе с SRC и DST, могут также рассматриваться как
часть IP-сети. Сетевые сегменты соответствуют областям операторов
и могут содержать архитектуры доступа к IP-сети. Устройство клиента
включает в себя все терминальное оборудование, такое как хосты
и любые оконечные маршрутизаторы или ЛВС.
Сетевой	Сетевой	Сетевой

сегмент	сегмент	сегмент

Оборудование
пользователя

QoS из конца в конец

Оборудование
пользователя

СИ

00

Оконечное
оборудование

Шлюзовой	□ Стек	I Сетевой

маршрутизатор □ протоколов В интерфейс

Рис. 9.3. Эталонный путь из конца в конец для задач QoS

В соответствии с рассмотренным эталонным соединением все па-
раметры по качеству обслуживания разделяются на 6 классов, ориен-
тированных на предоставление различных служб. Для каждого класса
сети нормируются значения для следующих показателей качества
обслуживания:

1.	Верхняя граница среднего времени задержки IP-пакетов (IPTD);

2.	Верхний предел джиттера задержки (IPDV);

3.	Вероятность потерь IP-пакетов (IPLR);

4.	Вероятность появления IP-пакетов с ошибками (IPER).

В табл. 9.1 приведены нормы на перечисленные показатели каче-
ства обслуживания для сетей классов 0-5, ориентированных на под-
держку разных приложений.

Как видно из табл. 9.1, в сетях классов 0 и 1 определены жесткие
границы на общее время задержки пакетов (IPTD< 100, 400 тс) и
джиттер времени задержки (IPDV < 50 тс). Для сетей классов 2 и 3
регламентируются значения времени задержки, но допуск на джиттер

Таблица 9.1. Нормы на параметры качества обслуживания IP-сетей

Network performance parameter	QoS Classes					
	Class 0	Class 1	Class 2	Class 3	Class 4	Class 5 Unspecified
IPTD	100 ms	400 ms	100 ms	400 ms	1 s	и
IPDV	50 ms	50 ms	u	U	U	и
IPLR	1x1 O’3	1x10-3	1X10”3	1x1 O’3	1x10"3	и
IPER	1X10"4					и
не ограничен. В классе 4 нормируется значение общего времени за-
держки пакетов не более 1 мс. Для всех классов 0-4 вероятность по-
тери пакета не должна превышать 1хЮ'3, а вероятность появления IP-
пакетов с ошибками - 1x1 О'4.

В классе 5 нет ограничений на показатели качества обслуживания.
Приведенные значения показателей качества обслуживания приме-
нимы только в том случае, когда скорость передачи информации на
интерфейсе UNI составляет не менее 2,048 Мбит/с (поток Е1).

Введенные классы IP-сетей являются ориентирами для составле-
ния соглашений по уровню обслуживания (SLA) между сервис-
провайдерами. Так в Рекомендации Y.1541 приведены примеры при-
ложений с указанием на соответствующие классы сетей.

Для передачи речи (VoIP) и организации видео и телеконференций
желательно ориентироваться на классы 0 и 1. Для передачи сообще-
ний сигнализации можно использовать сети класса 2. Интерактивные
приложения с невысокими требованиями к задержке пакетов могут
быть реализованы на сетях класса 3. Службы передачи потокового
видео могут ориентироваться на сети класса 4. Сети доступа в Ин-
тернет не предъявляют жестких требований к качеству IP-сетей и мо-
гут быть отнесены к классу 5.

Для обеспечения показателей качества обслуживания, определен-
ных в Рекомендации Y.1541, могут использоваться два типа механиз-
мов:

1)	внутренние механизмы IP-сетей;

2)	механизмы транспортных сетей, обеспечивающих передачу IP-
трафика.

Внутренние механизмы IP-сетей основаны на использовании двух
архитектур:

1)	архитектуры интегрированных служб (IntServ);

2)	архитектуры дифференцированных служб (DiffServ).

В архитектуре IntServ (REC 1633) предполагается, что обеспече-
ние качества обслуживания достигается за счет резервирования не-
обходимых сетевых ресурсов. Для этой цели используется протокол
резервирования ресурсов RSVP (Resource reservation Protocol, RFC
2205). Он был разработан как сигнализационный протокол, предна-
значенный для предварительного выделения сетевых ресурсов с це-
лью их последующего использования определенным соединением.
Источник нагрузки посылает сообщение PATH, в котором определены
параметры нагрузки устанавливаемого соединения (требуемая поло-
са пропускания, максимальная допустимая задержка, вероятность
потери пакета). Сообщение PATH доставляется сетью к получателю,
который отвечает сообщением RESV. Сообщение RECV передается
в сети по тому же маршруту, что и сообщение PATH. Каждый проме-
жуточный маршрутизатор, получивший сообщение RESV, проверяет
возможность выделения запрошенных сетевых ресурсов и, если это
возможно, то резервирует ресурсы и посылает сообщение дальше по
маршруту. Если выделение запрошенных ресурсов невозможно, то
маршрутизатор посылает к источнику сообщение об ошибке и про-
цесс резервирования прекращается. После получения источником
сообщения RESV, он отправляет к получателю сообщение RESV Con-
firmation. Таким образом, в сети продолжено соединение с гарантиро-
ванными параметрами качества передачи, поддерживаемое зарезер-
вированными ресурсами.

Естественно, что параметры качества обслуживания могут гаран-
тироваться сетью только в том случае, когда входной поток нагрузки
укладывается в рамки параметров нагрузки, установленных в SLA.
Поэтому на входе первого маршрутизатора выполняется функция
проверки допустимости соединения САС (Connection Admission Con-
trol). После выполнения процедуры САС производится классификация
потока, которая в IntServ называется микропотоковой, поскольку каж-
дый поток идентифицируется следующими 4-мя параметрами: IP-
адрес источника и номер порта источника, IP-адрес получателя и но-
мер порта получателя. В результате работы классификатора посту-
пивший пакет должен быть помещен в соответствующую очередь,
которая должна обеспечить прохождение пакета через узел с задан-
ным качеством. В архитектуре IntServ разделяют службу гарантиро-
ванной доставки GS (Guaranteed Service) и службу управляемой за-
грузки CLS (Controlled Load Service). В службе GS для заданного пото-
ка гарантируется полоса пропускания и максимальная задержка паке-
тов. В службе CLS гарантируется, что процент потерянных пакетов
будет соответствовать вероятности ошибки на физическом уровне, но
нет гарантий на задержку и джиттер.

Недостатками архитектуры IntServ являются необходимость под-
держки протокола RSVP на всех узлах сети и плохая масштабируе-
мость. Действительно в реальных сетях не все маршрутизаторы под-
держивают данный протокол. В этом случае прибегают к туннелиро-
ванию сигнализационного трафика. Необходимость работать на уров-
не микропотоков легко решается на уровне небольших сетей, тогда
как в крупных сетях сигнализационный трафик может составлять зна-
чительную величину.

Архитектура DiffServ отличается высокой масштабируемостью и
гибкостью за счет объединения различных потоков в несколько клас-
сов на входе в домен. Это достигается за счет классификации и мар-
кировки трафика на входном маршрутизаторе (Ingress Node). Внут-
ренние маршрутизаторы домена осуществляют пересылку пакетов по
выбранной методике РНВ (Per-Нор Behavior), ориентируясь на значе-
ние поля TOS (Type of Service) заголовка IP-пакета. В архитектуре
DiffServ это поле называется DS (Differentiated Services). Длина дан-
ного поля составляет 8 бит, из которых для классификации использу-
ются первые 6 бит. Таким образом, установкой конкретного значения
в поле DS задается желаемое качество обслуживания определенного
потока IP-пакетов. Концепция пошаговой маршрутизации РНВ [RFC
2475] является комбинацией функций маршрутизации, классифика-
ции, обработки очередей и методов сброса пакетов на каждом узле.
Для каждого конкретного пакета, поступающего на сетевой узел, тип
РНВ определяется значением поля DS. Потоки IP-пакетов с одинако-
выми значениями поля DS будут принадлежать одному РНВ, но могут
принадлежать различным приложениям разных пользователей. На-
пример, при реализации пошаговой маршрутизации с быстрой пере-
сылкой РНВ EF (Expedited Forwarding) могут гарантироваться необхо-
димая полоса пропускания, малые значения задержки пакетов и
джиттера.

Расширением архитектуры DiffServ является концепция пошаговой
маршрутизации на уровне домена PDB (Per-Domain Behavior) [RFC
3086]. В отличие от РНВ концепция PDB определяет правила обра-
ботки пакетов не на одном узле, а в пределах всего домена. При этом
предполагается, что значение поля DS не изменяется в пределах до-
мена. Примерами таких PDB являются PDB Virtual Wire и PDB Assured
Rate. Первая служба является эмуляцией выделенного канала в пре-
делах заданного домена и позволяет реализовать передачу трафика
критичного к задержкам и джиттеру (VoIP, VoD). Вторая служба при-
меняется для передачи трафика с высокой достижимой скоростью, но
без гарантий по задержкам пакетов и джиттеру.

Таким образом, применение рассмотренных архитектур в IP-сетях
дает возможность предоставить определенным потокам IP-пакетов
гарантии по обеспечению заданного качества обслуживания (полосы
пропускания, максимальной допустимой задержки, предельных зна-
чений джиттера и вероятности потерь пакетов). Вместе с тем, рас-
смотренные механизмы обеспечения QoS работают только на сете-
вом уровне (IP). Для передачи IP-пакетов требуется реализация
функций канального и физического уровня. Способы реализации этих
уровней значительно влияют на значение общих показателей качест-
ва обслуживания «из конца в конец».

9.4.	АТМ-технология

Технология ATM считается наиболее «мультисервисной». Она по-
зволяет достаточно эффективно решать задачи объединения сетей,
построенных с использованием различных технологий передачи дан-
ных, обеспечения необходимого качества обслуживания и др.

Напомним, что в ATM используются пакеты небольшой длины
фиксированного размера (53 байта), называемые ячейками, и очень
простые функции в транзитных узлах. Обнаружение и исправление
ошибок осуществляется только в заголовке. Для содержимого ин-
формационных ячеек никакой проверки и восстановления не приме-
няется, и используется передача информации, ориентированная на
соединение. Реализация ATM обычно осуществляется аппаратным
обеспечением. Все это в сочетании с статистическим мультиплекси-
рованием уменьшает время задержек, что особенно важно при пере-
даче трафика реального времени.

Технология ATM предоставляет методы управления трафиком и ме-
ханизмы качества обслуживания. Это означает, что в сетях ATM могут
быть зарезервированы ресурсы, гарантирующие требуемые значения
пропускной способности, задержки передачи и уровня потерь ячеек.

' Стек протоколов ATM. В стеке протоколов ATM (рис. 9.4) разли-
чают следующие уровни: адаптации, ATM и физический. Уровень
адаптации ATM (ATM Adaptation layer, AAL) делится на два подуровня
конвергенции (Convergence Sub-layer, CS) и сегментации и восста-
новления (Segmentation And Reassembly, SAR). Уровень адаптации
ATM по сути является интерфейсом между приложениями пользова-
теля и уровнем ATM и обеспечивает поддержку четырех различных
групп (классов) приложений.

Все приложения используют один и тот де подуровень SAR, но ка-
ждый тип приложений реализует свой собственный специфический
подуровень CS.

Подуровень конвергенции (CS) отвечает за получение протоколь-
ного модуля данных (Protocol Data Unit, PDU) от вышележащих уров-
ней и их адаптацию, обычно за счет добавления служебной инфор-
мации для дальнейшего представления уровню SAR. Так как каждый
тип трафика требует специфической обработки, различают четыре
типа уровней адаптации AAL.

Задачей подуровня SAR является формирование модулей длиной
48 октетов, которые становятся полезной нагрузкой ячеек ATM. Пра-
вило функционирования подуровня SAR заключается в том, что ничто

Уровень адаптации
ATM (AAL)
не покидает подуровень, если его длина не равняется 48 октетам.
В некоторых случаях в подуровне SAR могут добавляться свои собст-
венные данные к модулю PDU подуровня CS, в других - он просто
«нарезает» модули PDU подуровня CS на модули по 48 октетов и пе-
редает их вниз на уровень ATM.

Уровень ATM соответствует нижней части канального уровня мо-
дели OSI. Его основной задачей является коммутация ячеек спосо-
бом, подходящим для осуществления их передачи между отправите-
лем и получателем. Основным модулем на уровне ATM является
ячейка. Как упоминалось выше, длина ячейки составляет 53 октета,
из которых 48 предназначены для переноса полезной нагрузки, ос-
тавшиеся 5 октетов - для служебной информации уровня ATM, т. е.
заголовка ячейки ATM.

Сети ATM на физическом уровне обычно используются SDH.

На рис. 9.5 представлена обобщенная структура операций, осуще-
ствляемых на различных уровнях ATM. Здесь Н - означает заголовок
(Head), Т - концевик (Trailer).

Модуль PDU протокола вышележащего уровня (например, IP-
пакет) поступает на подуровень CS уровня адаптации. Там путем до-
бавления служебной информации к модулю PDU вышележащего
уровня формируется модуль CS-PDU. Каждый тип AAL имеет свой
специфический подход к формированию этой служебной информа-
ции. После того как модуль CS-PDU сформирован, он передается по-
дуровню SAR. Основная задача подуровня SAR заключается в сег-
ментации модуля CS-PDU на блоки длиной 48 октетов. На уровне
ATM к ним добавляется 5 октетов заголовка ячейки. Затем ячейки
преобразуются в формат соответствующего протокола физического

Физический уровень
уровня. На принимающей стороне процесс, показанный на рис. 9.5,
происходит в обратном порядке.

Классы обслуживания AAL (рис. 9.6). Различают четыре класса
обслуживания, охватывающие определенные типы трафика, которые,
по мнению создателей ATM, встречаются в настоящее время или мо-
гут появиться в будущем. Услуга класса А является сервисом с уста-
новлением соединения. Он поддерживает трафик с постоянной ско-
ростью битов, который требует сквозной синхронизации. Этот класс
услуг обычно используется для передачи потоковых речевых и ви-
деосигналов без сжатия.

Услуга класса В является сервисом с установлением соединения и
отличается от сервиса класса А только поддержкой сигналов с пере-
менной скоростью передачи битов. Для трафика, который использует
сервис класса В, также требуется синхронизация. Сигналы, которым
необходима услуга класса В, включают сжатые и разбитые на пакеты
речевые и видеоданные.

Услуга класса С является услугой с установлением соединений и
предназначена для поддержки трафика с переменной скоростью пе-
редачи данных, не требующих поддержки синхронизации. Трафик,
который использует услугу класса С, может включать, но не ограни-
чен данными, предполагающими установление соединений, такими
как кадры Frame Relay.

Услуга класса D поддерживает трафик данных, ориентированный на
отсутствие соединений. Такой трафик характеризуется изменчивостью
скорости передачи битов и отсутствием требований к сквозной син-
хронизации. Примером такого трафика являются пакеты протокола IP.

Четырем типам класса обслуживания первоначально соответствова-
ли четыре типа протоколов адаптации ATM. Впоследствии протоколы
AAL3 и AAL4 были заменены протоколами AAL3/4, который оказался

Трафик (класс услуги)	Звук (А)	Видео со сжатием (В)	Данные, FR,... (С)	LAN (D)
Синхронизация	Требуется		Не требуется	
Скорость	Постоянная	Переменная	Переменная доступная	Переменная неопределенная
Соединение	Установление соединения, виртуальные каналы			Без соединения
Тип	AAL1	AAL2		AAL3/4	
AAL			AAL5	
Временной параметр	Реальное	Реальное/ нереальное	Нереальное	

Рис. 9.6. Классы обслуживания AAL
неэффективным. Это привело к разработке нового протокола, получив-
шего название SEAL (Simple Efficient Adaptation Layer - простой эффек-
тивный протокол адаптации). ATM-форум после принятия этого протоко-
ла дал ему название AAL5. Будущее, по-видимому, принадлежит AAL5.

Качество обслуживания в ATM-сетях характеризуют несколько па-
раметров: доступность пропускной способности, точность передачи
данных, приоритет трафика, задержки в сети. Предположим, что дос-
тигается верхний предел пропускной способности сети. В такой си-
туации клиент либо провайдер может выделить часть трафика как
более приоритетную, и за нее пользователь будет платить отдельно.
Например, если требуется уменьшить задержки для передачи видео-
материалов и голоса, клиент может заказать качество обслуживания
с так называемой постоянной битовой скоростью, которое характери-
зуется малыми задержками в сети. Для того чтобы сеть могла опре-
делить запрошенный уровень качества обслуживания, его значение
заносят в 5-байтовый заголовок ячейки ATM.

Пользователи услуг ATM платят по более высоким тарифам за по-
вышенные уровни качества обслуживания, такие как постоянная би-
товая скорость и переменная битовая скорость с поддержкой режима
реального времени. С учетом своих потребностей заказчики выбира-
ют те или иные уровни качества, чтобы оплачивать лишь то, что ре-
ально требуется. Если нужно пересылать только данные, нет смысла
платить за более высокие уровни, необходимые для передачи голоса
в режиме реального времени.

9.5.	Многопротокольная коммутация с помощью меток (MPLS).
Общие положения

Сети, в которых доставка информации обеспечивается без уста-
новления соединения, такие, как IP, весьма гибки, свидетельством
чему может служить Internet. Сети с установлением соединения пред-
сказуемы и стабильны, подтверждением чему может служить Frame
Relay и ATM. Объединение двух названных концепций было неизбеж-
ным, что привело к появлению MPLS.

Используя многопротокольную коммутацию с помощью меток (Mul-
tiprotocol Label Switching, MPLS), мультисервисные сети могут транс-
портировать все виды информации - от пакетных данных до чувстви-
тельных к задержке речи и видео. При этом такие устройства, как
коммутаторы и маршрутизаторы, могут присвоить метки каждой запи-
си в своих таблицах маршрутизации и передать информацию об этих
метках другим устройствам. С помощью метки система может иден-
тифицировать следующий транзитный узел на пути передачи пакета
без просмотра адреса. Такой подход позволяет использовать явную
маршрутизацию (Evident Route, ER), при которой маршрут выбира-
ется источником - более эффективную стратегию, чем общий метод
выбора кратчайшего пути, тем более что кратчайший путь может ока-
заться перегруженным.

В отличие от сетей IP, сети с технологией Frame Relay и ATM пе-
ред передачей данных пользователя устанавливают виртуальное со-
единение из конца в конец. Благодаря предварительному установле-
нию соединения узлы вдоль маршрута могут зарезервировать необ-
ходимые ресурсы. Такое резервирование ресурсов вдоль фиксиро-
ванного пути является ключевым для обеспечения высокого качества
обслуживания в сети, ресурсы которой могут оказаться перегружен-
ными с ростом трафика.

, Технология MPLS унаследовала многие преимущества технологии
с коммутацией каналов, в том числе резервирование пропускной спо-
собности и минимизацию вариации задержки для голосового и видео-
трафика, плюс все преимущества распределенной маршрутизации по
мере возможности (best effort) на каждом узле.

Поскольку пакеты в случае протокола сетевого уровня без уста-
новления соединения (например, IP) переносятся от одного маршру-
тизатора к другому, каждый из них совершенно независим в принятии
решения о переадресации. Маршрутизатор независимо выбирает
следующий шаг для пакета, основываясь на результатах анализа его
заголовка и результата работы маршрутного алгоритма. В заголовке
пакета содержится значительно больше информации, чем нужно для
выбора следующего шага. Выбирая следующий шаг, можно, следова-
тельно, выполнять две процедуры:

-	делить весь набор пакетов на классы доставки FEC (Forwarding
Equivalence Classes);

-	ставить в соответствие каждому FEC следующий шаг маршрута.

В части переадресации, разные пакеты, поставленные в соответ-
ствие определенному классу доставки (FEC), неразличимы. Все паке-
ты, которые принадлежат определенному классу доставки, и которые
отправлены из конкретного узла, будут следовать одним и тем же пу-
тем (в случае многомаршрутного протокола они будут следовать че-
рез один и тот же набор путей, ассоциированный с FEC).

При обычной IP переадресации маршрутизатор рассматривает два
пакета как принадлежащие одному FEC, если существует адресный
префикс Y в таблицах маршрутизации, такой что Y соответствует ад-
ресу места назначения каждого из этих пакетов. Когда пакет проходит
через сеть, то на каждом шаге его заголовок последовательно про-
сматривается и ему присваивается FEC.

В технологии MPLS присвоение пакету FEC делается только
один раз, когда пакет входит в домен MPLS. Класс доставки, к кото-
рому приписан пакет, записывается в специальном поле метки. Когда
пакет переадресуется на следующем шаге, метка посылается вместе
с ним, так что пакеты оказываются помеченными до того, как будут
переадресованы.

При последующих шагах в домене MPLS не производится никакого
анализа заголовков пакетов сетевого уровня. Здесь для индексации
следующего шага и новой метки используется присвоенная ему на
входе метка. Старая метка замещается новой меткой, и пакет пере-
адресуется в следующий узел.

В парадигме переадресации MPLS никакого последующего анали-
за заголовков IP-пакетов в маршрутизаторах по пути следования не
производится, поскольку пакет приписан определенному FEC, а пере-
адресация осуществляется исключительно на основе меток. Такой
способ доставки пакетов имеет преимущество перед традиционной
маршрутизацией на сетевом уровне:

-	MPLS-переадресация может быть выполнена коммутаторами,
которые способны осуществлять просмотр меток и их замещение,
но не могут анализировать заголовки сетевого уровня;

-	так как пакет поставлен в соответствие определенному классу дос-
тавки, когда он входит в сеть, входной маршрутизатор домена MPLS
может использовать при определении соответствия определенному
маршруту любую информацию, имеющуюся у него о пакете, даже
если такая информация не может быть извлечена из заголовка
сетевого уровня. Например, пакеты, приходящие через разные пор-
ты, могут быть связаны с разными классами доставки. Традицион-
ная переадресация может осуществляться только на основе инфор-
мации, которая транспортируется внутри пакета в его заголовке.

Преимущества доставки пакетов сетевого уровня с использовани-
ем MPLS:

-	пакет, который входит в сеть через определенный граничный мар-
шрутизатор, может быть помечен иначе, чем такой же пакет, во-
шедший в сеть через другой маршрутизатор, в результате - реше-
ние о переадресации зависит от граничного маршрутизатора до-
мена MPLS и может быть легко выполнено (эта функция не может
быть выполнена с помощью традиционной переадресации, так как
идентичность граничного маршрутизатора не путешествует вместе
с пакетом);

-	способы определения соответствия пакета конкретному FEC могут
становиться даже более сложными, без каких-либо последствий
для маршрутизаторов, которые просто переадресуют помеченные
пакеты (два пакета считаются принадлежащими к одному и тому же
классу (FEC), если они помещаются на один и тот же путь (туннель),
коммутируемый с помощью меток (Label-switched Path, LSP));

-	иногда необходимо обеспечить доставку пакетов по определен-
ному маршруту, который выбран перед входом или во время вхо-
да пакета в сеть, вместо следования нормальному динамическо-
му протоколу маршрутизации. Это может быть сделано с привле-
чением техники управления трафиком. При традиционной пере-
адресации это требует, чтобы пакет нес в себе информацию о
маршруте, по которому он должен двигаться (маршрутизация от-
правителя). В MPLS метка может использоваться для представ-
ления маршрута, так что идентичность маршрута не переносится
вместе с пакетом;

- переадресация может быть выполнена без использования про-
граммных средств (с помощью переключателей, которые способны
осуществлять просмотр меток и их замещение, но не могут анали-

, зировать заголовки сетевого уровня).

Некоторые маршрутизаторы анализируют заголовок пакета сете-
вого уровня не только с целью выбора следующего шага, но и для
определения приоритета и класса услуг. Они могут затем применить
различные пороги селекции или дисциплины обслуживания пакетов.

Технология MPLS допускает (но не требует) *учет приоритета или
класса обслуживания, зависящие полностью или частично от метки.
Таким образом, метка представляет собой комбинацию FEC, приори-
тета или класса обслуживания.

Часть MP (Multiprotocol) в сокращении MPLS означает, что прото-
кол может транспортировать протокольные блоки данных (ПБД) мно-
жества других протоколов. Эта функция характерна для протокола
уровня звена данных многих стеков протоколов сетей ПД с коммута-
цией пакетов. Часть LS (Label Switching) в аббревиатуре означает, что
транспортируемые ПБД инкапсулируются с помощью метки, изме-
няемой на каждом транзитном узле.

Метки не являются чем-то новым. Технологии ATM, Frame Relay,
Х.25 и, до некоторой степени, TDM используют инкапсуляцию с по-
мощью меток в течение многих лет. Однако MPLS реализует концеп-
цию доставки ПБД верхних протокольных уровней более обобщенно,
т. е. метки не привязаны к какой-либо конкретной технологии вто-
рого уровня.

Метка представляет собой не что иное, как число, уникальным об-
разом идентифицирующее некоторую совокупность информационных
потоков по конкретному каналу или внутри логического канала. Эти
метки имеют только локальное значение, т. е. их необходимо менять
по мере следования пакетов вдоль маршрута - отсюда «коммути-
рующая» часть MPLS.

MPLS-совместимый маршрутизатор, также называемый маршрутиза-
тором, коммутирующим с помощью меток (Label Switching Router, LSR),
должен принимать пакет со вставленной меткой на любом своем интер-
фейсе, отыскивать принятую метку в таблице коммутации, вставлять
новую метку в соответствующем формате и затем отправлять пакет че-
рез соответствующий интерфейс. Другими словами, LSR может комму-
тировать пакет, помеченный меткой, с любого интерфейса на любой
другой интерфейс, заменяя при этом метку. Этот подход к доставке яв-
ляется гораздо более гибким, чем в случае ATM, так как он не ограничен
исключительно виртуальными соединениями для передачи ячеек.

MPLS позволяет переадресовать кадр из виртуального канала
второго уровня любого типа в канал второго уровня любого другого
типа независимо от конкретного сигнального протокола. Для срав-
нения: коммутаторы ATM коммутируют ячейки только между звеньями
соединения ATM и используют только сигнальные протоколы ATM,
такие, как Private Network-to-Network Interface (PNNI), Interim Interface
Signaling Protocol (IISP) в корпоративных сетях или CCS7 (Common
Channel Signaling # 7) в сетях общего пользования.

MPLS позволяет создавать новые форматы меток без изменения
протоколов маршрутизации, поэтому распространение технологии на
вновь появляющиеся виды оптического транспорта, такие, как плот-
ное мультиплексирование с разделением по длине волны (Dense
Wave Division Multiplexing, DWDM) и оптическая коммутация пред-
ставляют собой относительно простую задачу.

Рабочая группа IETF MPLS определила возможность применения
меток имеющихся в коммутаторах, использующих другие технологии
уровня звена данных. По этой причине MPLS поддерживает три раз-
личных типа меток:

-	в оборудовании ATM она использует идентификаторы виртуально-
го канала (Virtual Circuit Identifier, VCI) и виртуального пути (Virtual
Path Identifier, VPI);

-	в оборудовании Frame Relay - идентификатор соединения звена
данных (Data Link Connection Identifier, DLCI);

-	во всех остальных случаях MPLS использует новую общую метку,
называемую прокладкой (Shim), которая вставляется между заго-
ловками фреймов второго и третьего уровня (рис. 9.7).

Технология MPLS поддерживает произвольное число меток в
стеке меток, где самая нижняя метка содержит специальный бит,
идентифицирующий ее как нижнюю метку стека. В технологиях ATM

ATM	Frame Relay	Ethernet	PPP
		
VPI	VCI	DLCI	Shim (метка)
	Shim (метка)  Заголовок IP/данные	
или Frame Relay собственные метки этих протоколов занимают одну
или две верхние позиции стека, в то время как общие метки (Shim)
занимают все последующие. Благодаря тому, что MPLS позволяет
иметь стеки с любым числом меток, она может поддерживать такие
приложения, как VPN через туннель или вложенные туннели. Для срав-
нения: ATM предусматривает только два уровня меток - VPI и VCI.

После создания последовательности меток, называемой путем
коммутации по меткам (Label-Switched Path, LSP) или туннелем
MPLS, коммутирующий маршрутизатор (LSR) может с высокой скоро-
стью коммутировать потоки пакетов. Кроме того, LSR способен обес-
печивать:

-	резервирование и приоритетное выделение пропускной способности;
- контроль, управление и формирование трафика;

-	туннелирование и качество обслуживания для практически любого
типа интерфейса на пути через любую последовательность интер-
фейсов.

После открытия туннеля (LSP) маршрутизатор на границе доме-
на MPLS (Label Edge Router, LER) направляет поток пакетов вдоль
LSP посредством однократно выполняемой операции маршрутизации.
Следующий транзитный пункт к адресату определяется на основании
первой метки стека и LSP.

Процесс маршрутизации может быть простым или сложным, но он
выполняется только однажды, в начале LSP. Это означает, что любые
правила, которые LER использует для принятия решения о том, какой
трафик следует направлять на LSP, должны быть реализованы толь-
ко на этом LER.

Коммутирующие маршрутизаторы LSR внутри домена MPLS не
имеют сведений о сложностях классификации и отображения трафика
на границе домена MPLS, и поэтому им не требуется никаких допол-
нительных мер аппаратного или программного обеспечения для вы-
полнения требований LER.

Протокол MPLS хорошо приспособлен для формирования вирту-
альных сетей (Virtual Private Network, VPN) повышенного быстродей-
ствия (коммутация пакетов с помощью меток реализуется с более
высокой скоростью, чем маршрутизация пакетов). Принципиальной
основой MPLS являются IP-туннели. Для работы IP-туннеля нужна
поддержка протокола граничной маршрутизации MP-BGP (RFC-2858).
Протокол MPLS может работать практически для любого протокола
верхнего уровня (не только IP).

Виртуальная частная сеть, сконфигурированная с помощью скриптов
(программ, написанных на макроязыке), специально поставляемых про-
изводителем, будет существовать даже в том случае, когда через нее не
передаются пакеты. При появлении пакета в виртуальной сети ему при-
сваивается метка, которая не позволяет ему покинуть ее пределы. Ника-
МАС-заголовок (L2)	— 1—	1Р-заголовок (L3)	Данные

Стек меток MPLS

Метка	CoS	S	TTL	Другие метки стека
		20 бит	►	3 бита	1 бит		8 бит	►	

Рис. 9.8. формат стека меток MPLS

ких других ограничений протокол MPLS не накладывает. Протокол MPLS
предоставляет определенную гарантию качества доставки пакетов.

В целях структурирования потоков для пакета создается стек
меток, каждая метка которого имеет свою зону действия.

Формат метки представлен на рис. 9.8 (RFC-3032). В норме стек
меток размещается между заголовками протокольных блоков сетево-
го уровня (L3) и уровня звена данных (L2). Каждая запись в стеке за-
нимает 4 октета.

Место заголовка МАС протокола уровня звена данных локальной
сети может занимать заголовок протокола «точка-точка» (Point-to-
Point Protocol, PPP). На рис. 9.8 поле CoS метки соответствует субпо-
лю приоритет поля TOS (Type Of Service) IP-пакета. Поле CoS имеет
три бита, что достаточно для поля приоритета IP-заголовка. Поле S -
указатель дна стека меток; TTL (Time-to-Live) - время жизни IP-
пакета, коммутируемого с помощью меток.

Если для доставки IP-пакетов используется сеть с технологией
ATM, то в качестве метки используются поля VPI и VCI ячейки ATM
(рис. 9.9). Глубина стека в данном случае не может превышать 1.

Технология MPLS представляет собой интеграцию технологий
уровней L2 и L3. Управление трафиком в домене MPLS реализуется
путем предоставления традиционных услуг уровня L2 уровню L3. Та-
ким образом, можно предложить в односвязной сети то, что достижи-
мо только путем наложения уровня L3 на уровень L2.

Управление коммутацией с помощью меток основывается на ис-
пользовании информационной базы меток LIB (Label Information
Base). Пограничный маршрутизатор LER домена MPLS вводит метки
в поступающие пакеты и удаляет их из пакетов, которые покидают

CFC	VPI	VCI	PTI	CLP	НЕС	Данные

Метка MPLS

Рис. 9.9. Формат метки в ячейках ATM
1Р-пакеты

Рис. 9.10. Обработка помеченных и обычных IP-пакетов

домен. Принцип обработки помеченных и обычных IP-пакетов показан
на рис. 9.10. Домен MPLS (MPLS domain) - это набор узлов, реали-
зующих MPLS-маршрутизацию и находящихся в одном маршрутном и
административном подчинении.

Процедура управления трафиком MPLS автоматически устанавли-
вает и поддерживает туннель через домен, используя возможности
протокола резервирования ресурсов RSVP (Reservation Protocol).
Путь, используемый данным туннелем в любой момент, определяется
на основе ресурсных требований и сетевых возможностей, таких, на-
пример, как полоса пропускания.

Информация об имеющихся ресурсах домена MPLS доводится до
сведения пограничного маршрутизатора с помощью внутреннего
шлюза (Interior Gateway Protocol, IGP), алгоритм которого базируется
на информации о состоянии канала.

Путь, по которому должен проходить туннель, вычисляется, осно-
вываясь на сформулированных требованиях и имеющихся ресурсах
(Constraint-based Routing, CR). Протокол IGP автоматически маршру-
тизирует потоки IP-пакетов через туннель. Обычно, пакет, проходя-
щий через домен MPLS, движется по одному туннелю от его входа
до выхода.

Существующие версии программного обеспечения маршрутизаторов
содержат набор средств управления трафиком. В частности, имеется
возможность формировать статические маршруты и управлять динами-
ческими маршрутами путем манипулирования значениями метрики (сис-
темы показателей). Иногда этого вполне достаточно, но в большинстве
случаев провайдер нуждается в более эффективных средствах.
Управление трафиком MPLS основано на следующих механизмах:
- формирования туннелей, путей (маршрутов) LSP (Label-Switched

Path), по которым транспортируются IP-пакеты, коммутируемые с
помощью меток;

-	использования протокола маршрутизации IGP, учитывающего дан-
ные о состоянии канала для автоматической маршрутизации пото-
ков по LSP туннелям;

-	вычисления пути в домене MPLS;

-	обеспечения доступа к записям о ресурсной информации, подле-
жащей рассылке;

-	переадресации согласно меткам, которая предоставляет маршру-
тизаторам возможности (сходные с возможностями уровня L2) пе-
ренаправления потоков IP-пакетов через большое число узлов со-
гласно алгоритму маршрутизации отправителя.

Одним из подходов управления доменом MPLS является определе-
ние сети туннелей между всеми участниками обмена. Протокол IGP,
работающий в начале туннеля, определяет то, какой трафик должен
проходить через любой оконечный узел. Модули вычисления пути и
управления доменом MPLS определяют маршрут в туннеле. Для каж-
дого туннеля подсчитывается число прошедших пакетов и байтов.

Иногда интенсивность потока пакетов настолько велика, что его
нельзя пропустить через один туннель. В этом случае может быть
создано несколько туннелей между отправителем и получателем.

Протоколы состояния канала типа IS-IS (Intermediate System to In-
termediate System - протокол OSI), с помощью которых взаимодейст-
вуют промежуточные системы (Intermediate Systems), используют ал-
горитм Дейкстры SPF (Shortest Path First) и обмениваются информа-
цией о маршрутизации для вычисления кратчайшего пути для всех
пар узлов сети. Алгоритм Дейкстры обеспечивает предпочтительный
выбор кратчайшего пути (алгоритм внутренней маршрутизации в се-
тях). Маршрутные таблицы получаются на основе дерева кратчайших
путей. Эти таблицы содержат упорядоченный набор адресов места
назначения и информацию о ближайших соседях.

На рис. 9.11 приведена схема обработки пакетов в сети с техноло-
гией IP/MPLS. На границе ядра сети LER присваивает пакету первич-
ную метку. Далее пакет с меткой может коммутироваться объектами
любой технологии второго уровня (FR, ATM), использующими собст-
венные метки. Если в домене MPLS используется технология 2-го
уровня, не имеющая собственных меток, то метка (shim) вставляется
между заголовками фреймов 2-го и 3-го уровней. В процессе пере-
сылки по LSP пакет будет коммутироваться в LSR с помощью меток,
заранее назначенных протоколом сигнализации LDP.
Рис. 9.11. Обработка пакетов в сети с технологией IP/MPLS

Обеспечение требуемого качества услуги доставки достигается
следующими методами:

-	поддержкой требуемой полосы пропускания;

-	сокращением вероятности потери пакетов;

-	исключением или управляемостью сетевых перегрузок;

-	возможностью конфигурирования сетевого трафика;

-	установкой количественных характеристик трафика по пути через сеть.

На рис. 9.12 приведен стек протоколов технологии IP/MPLS. В за-
висимости от операционной окружающей среды, модуль Routing мо-
жет использовать протоколы маршрутизации OSPF, BGP Internet,
PNNI технологии ATM и др.

Модуль LDP использует услуги протокола управления передачей
транспортного уровня Internet (Transmission Control Protocol, TCP) для
надежной доставки данных от одного LSR до другого в течение сеан-
са. Модуль LDP также обслуживает (поддерживает) базу данных LIB.

Модуль LDP получает также услуги протокола доставки дейта-
грамм (UDP) в течение фазы открытия операции идентификации.
В этой фазе LSR предпринимает попытки идентифицировать сосед-
ние маршрутизаторы, а также посылает сигналы своего собственного
присутствия к соседним объектам сети. Эта функция выполняется
путем обмена сообщениями приветствия (Message Hello).
Рис. 9.12. Стек протоколов MPLS

IP Fwd - это классический модуль продвижения (доставки) IP-
пакетов, который отыскивает следующий хоп (hop). Хоп - это еди-
ница измерения расстояния между узлами в маршрутной таблице.
Эта функция выполняется только пограничными маршрутизатора-
ми (LER).

MPLS Fwd - это модуль MPLS, обеспечивающий ускоренную дос-
тавку пакета, помеченного меткой для исходящего порта маршрути-
затора.

Управление трафиком. Одним из мощных, но не применяемых
ранее в сетях IP методов влияния на эффективное использование
ресурсов сети является технология Traffic Engineering (ТЕ), или в до-
словном переводе «инжиниринг трафика». Выражение можно пере-
вести также как «искусство управления трафиком» или «конструиро-
вание трафика» - перевод названия этой технологии пока еще не ус-
тоялся. Впрочем, нет пока и однозначной трактовки области действия
этого термина. В узком смысле, наиболее соответствующем назва-
нию, под ТЕ понимаются методы и механизмы достижения сбаланси-
рованности загрузки всех ресурсов сети за счет рационального выбо-
ра путей прохождения трафика через сеть.

Исходными данными для выбора путей являются, во-первых, ха-
рактеристики передающей сети - топология, а также производитель-
ность составляющих ее маршрутизаторов и каналов связи, а во-
вторых, сведения о нагрузке сети, т. е. о потоках трафика, которые
она должна передать между своими пограничными маршрутизатора-
ми. Каждый поток характеризуется точкой входа в сеть, точкой выхо-
да из нее и некоторыми параметрами трафика. Так как при выборе
путей мы стремимся обеспечить равномерную загрузку маршрутиза-
торов и каналов связи, то для каждого потока, как минимум, нужно
учитывать его среднюю интенсивность. Для более тонкой оптимиза-
ции трафика в сети можно привлекать и более детальное описание
каждого потока: например, величину возможной пульсации трафика
или требования к качеству обслуживания - чувствительность к за-
держкам, вариации задержек и допустимый процент потерь пакетов.
Однако, поскольку оценить такого рода параметры трафика более
сложно, чем среднюю интенсивность, а их влияние на функциониро-
вание сети менее значительно, чтобы найти оптимальное распреде-
ление путей прохождения потоков через сеть, учитываются только
параметры их средней интенсивности.

Задача ТЕ состоит в определении маршрутов потоков трафика че-
рез сеть, т. е. для каждого потока требуется указать точную последо-
вательность промежуточных маршрутизаторов и их интерфейсов на
пути между входной и выходной точкой потока. При этом все ресурсы
сети должны быть загружены как можно более сбалансировано. Это
условие можно формализовать разными способами. Например, мак-
симальный коэффициент использования ресурса по всем ресурсам
сети должен быть минимален, чтобы трафику был нанесен как можно
меньший ущерб. Именно так формулируется задача ТЕ в RFC 2702
«Requirements for Traffic Engineering Over MPLS».

Другим способом постановки задачи ТЕ стал поиск такого набора
путей, при которых все значения коэффициентов использования ре-
сурсов не будут превышать некоторый заданный порог /Стах. Подобный
подход более прост в реализации, так как связан с перебором меньше-
го количества вариантов, поэтому он чаще применяется на практике.

Однако мало найти решение - надо его реализовать. После того
как пути заданы, необходим механизм, посредством которого пакеты,
относящиеся к определенному потоку трафика, направлялись бы
именно через выбранные промежуточные маршрутизаторы. Эта за-
дача для сетей IP не тривиальна, так как основной режим маршрути-
зации предлагает единственный «кратчайший» маршрут, а режим
маршрутизации от источника, когда отправитель пакета сам задает
точную последовательность промежуточных узлов вдоль пути, обла-
дает несколькими очень серьезными ограничениями. Во-первых, он
поддерживается для текущей четвертой версии протокола IP далеко
не всеми производителями оборудования. Во-вторых, при выборе
маршрутизации от источника степень избыточности служебной ин-
формации значительно повышается, так как каждый пакет содержит
все адреса промежуточных маршрутизаторов, а их может быть и не
так уж мало. В-третьих, этот режим чрезвычайно уязвим с точки зре-
ния безопасности; именно поэтому администраторы при конфигури-
ровании маршрутизаторов, как правило, его отключают.

Управление трафиком представляет собой проблему, ставшую ак-
туальной за последние несколько лет (если не считать составляю-
щую, сопряженную с управлением перегрузкой).
По этой причине многие компании, в первую очередь производя-
щие сетевое оборудование, уделяют повышенное внимание средст-
вам управления трафиком (ТЕ) и QoS.

Управление трафиком позволяет IP-провайдеру предложить опти-
мальный уровень услуг своим клиентам с точки зрения полосы и за-
держки. Одновременно эта технология снижает издержки обслужива-
ния сети.

Управление потоком передаваемой информации позволяет на-
правлять потоки данных не по кратчайшему пути, вычисленному с
помощью традиционного протокола маршрутизации, а через менее
загруженные узлы и каналы связи. При правильном моделировании
потока нагрузка на все физические каналы связи, маршрутизаторы и
коммутаторы должна быть сбалансирована таким образом, чтобы ни
один из этих компонентов не был недогружен или перегружен. В ре-
зультате сеть будет работать более эффективно, стабильно и пред-
сказуемо.

Технология MPLS хорошо подходит в качестве основы для управ-
ления потоками информации, поскольку позволяет сетевым админи-
страторам указывать точный физический маршрут для маркирован-
ных пакетов, а также выбирать маршруты, соответствующие специ-
фическим требованиям. Раздельная же статистика по каждому LSP-
маршруту может быть использована для анализа загрузки каналов
связи, поиска узких мест сети и планирования ее дальнейшего рас-
ширения.

Управление трафиком MPLS автоматически устанавливает и под-
держивает туннель через опорную сеть, используя возможности
RSVP. Путь, используемый данным туннелем в любой момент опре-
деляется на основе ресурсных требований и сетевых возможностей,
таких как полоса пропускания. В самом ближайшем будущем MPLS
сможет решать проблему обеспечения требуемого уровня QoS и са-
мостоятельно.

При управлении трафиком:

-	Исключается необходимость ручной конфигурации сетевых уст-
ройств, чтобы задать определенные маршруты. Вместо этого,
можно положиться на возможности управления трафиком, предос-
тавляемые MPLS.

-	Производится оценка полосы канала и значения трафика при про-
кладке маршрута через опорную сеть.

-	Имеет место механизмы динамической адаптации, которые позво-
ляют сделать опорную сеть устойчивой к отказам даже в условиях,
когда несколько путей были рассчитаны в режиме off-line. В случае
отказа узлов производится коррекция топологии опорной сети.

Основные положения, характеризующие рассмотренную техноло-
гию, можно сформулировать следующим образом:
1.	Технология MPLS разрабатывалась прежде всего для магистраль-
ных участков сети, где принципиально важно время обработки па-
кета. MPLS-маршрутизаторы, или LSR (Label Switched Router), об-
разуют область, называемую доменом, в пределах которой пакеты
маршрутизируются на основании меток. Идея заключалась в том,
чтобы для более быстрого выбора следующего шага при пересыл-
ке пакета ввести между канальным и сетевым уровнями промежу-
точный, который добавлял бы к пакету некий идентификатор, со-
держащий минимум информации, необходимой для выбора мар-
шрута без анализа IP-заголовка.

2.	При поступлении пакетов на границу MPLS-домена пограничный
маршрутизатор (LER - Label Edge Router) анализирует IP-заголовок
' и присваивает пакету идентификатор, называемый меткой (label).

Пакеты с одинаковым значением метки принадлежат одному экви-
валентному классу пересылки (FEC - Forwarding Equivalence
Class). Концепция FEC - это, по сути, агрегирование потоков, т. е.
объединение нескольких единичных потоков с одинаковой меткой в
один с заданным качеством обслуживания. Такой подход дает воз-
можность организовать предоставление дифференцированных ус-
луг (Differentiated Services) агрегированным потокам.

3.	Для прохождения пакетов через MPLS-сеть необходимо предва-
рительно создать маршруты (LSP - Label Switched Path), по кото-
рым будут пересылаться пакеты. Для формирования LSP и обме-
на сигнальной информацией используются традиционные прото-
колы маршрутизации с расширениями для поддержки трафик-
инжиниринга (OSPF-ТЕ и IS-IS-TE) и протоколы обмена метками -
LDP (Label Distribution Protocol). Для создания LSP входной LER
отсылает пакет с запросом по направлению к выходному LER.
При прохождении ответа в обратном направлении каждый проме-
жуточный LSR настраивает локальную таблицу маршрутизации
для добавления соответствующей метки пакетам, принадлежа-
щим данному потоку.

4.	Маршрутизатор может добавлять несколько меток, которые обра-
зуют стек. Последний является не чем иным, как явно заданным
маршрутом или виртуальным каналом! Таким образом, MPLS соче-
тает в себе гибкость дейтаграммного IP и виртуальных каналов
MPLS с поддержкой трафик-инжиниринга (MPLS-TE).

5.	Применение технологии MPLS позволяет перейти на новый уро-
вень обслуживания и организовать предоставление услуг более
высокого качества. Особенно перспективным является использо-
вание этой технологии для создания VPN и перехода к мультисер-
висным сетям на основе IP (сетям нового поколения).

Некоторые другие аспекты, касающиеся MPLS, приведены в при-
ложениях. В приложении 1 рассмотрены вопросы построения VPN
MPLS, в приложении 2 сетей на основе IP/MPLS и ATM, а приложение 3
посвящено обобщенной многопротокольной коммутации по меткам.

Контрольные вопросы

1.	Каковы преимущества технологии FR по сравнению с технологией Х.25?

2.	Дайте краткую характеристику протоколов маршрутизации, используемых
в IP-сетях.

3.	Чем отличаются маршрутизаторы от коммутаторов?

4.	Почему ATM-технология считается по сравнению с другими наиболее
«мультисервисной»?

5.	Какие функции выполняет подуровень конвергенции ATM?

6.	Перечислите и дайте краткую характеристику четырем типам классов об-
служивания ATM.

7.	Как обеспечивается качество обслуживания в IP-сетях?

8.	Что такое IntServ?

9.	Каковы особенности DiffServ?

10.	Из каких элементов состоит сеть с MPLS?

11.	Какие задачи можно решать, используя технологию MPLS?

12.	Что такое стек меток?

13.	Дайте определение термина класс эквивалентного обслуживания.
Часть II. Радиосвязь, радиовещание,
телевидение и мобильная связь

Глава 10. Передающие и приемные устройства
систем радиосвязи и вещания

< 10.1. Особенности распространения радиоволн

Виды радиоволн. В соответствии с Регламентом радиосвязи ра-
диоспектр подразделяется на девять диапазонов. Разделение радио-
волн на диапазоны в первую очередь связано с особенностями их
распространения и использования. Принятая в настоящее время
классификация видов радиоволн приведена в табл. 10.1.

Наряду с перечисленными в таблице названиями пользуются дру-
гими условными названиями для полос частот, выделяемых для тех
или иных частных применений: сверхдлинные волны (СДВ), длинные
(ДВ), средние (СВ), короткие (КВ), ультракороткие (УКВ). Соответст-
вующие сокращенные обозначения можно видеть на шкалах настрой-
ки радиовещательных приемников. Сверхдлинные волны в целом со-
ответствуют мириаметровым, длинные - километровым, средние -
гектометровым, короткие - метровым, а ультракороткие волны объе-
диняют диапазон с номерами 8-12. Иногда к УКВ относят и децимет-
ровые волны.

Таблица 7.1. Классификация видов радиоволн

Номер полосы частотного спектра	Метрическое наименование	Диапазон длин	Диапазон частот
4	Мириаметровые	10...100 км	3...30 кГц
5	Километровые	1...10 км	30...300 кГц
6	Гектометровые	10...1000 м	300...3000 кГц
7	Декаметровые	10...100 м	3...30 МГц
8	Метровые	1...10М	30...300 МГц
9	Дециметровые	0,1...1 м	300...3000 МГц
10	Сантиметровые	1...10 см	3...30 ГГц
11	Миллиметровые	1...10 мм	30...300 ГГц
12	Децимиллиметровые	0,1...1 мм	300...3000 ГГц
Общие свойства радиоволн. Распространение радиоволн в зем-
ном пространстве зависит от свойств поверхности Земли и свойств
атмосферы. Условия распространения радиоволн вдоль поверхности
Земли в значительной мере зависят от рельефа местности, электри-
ческих параметров земной поверхности и длины волны. Подобно дру-
гим волнам им свойственна дифракция, т. е. явление огибания пре-
пятствий. Наиболее сильно дифракция сказывается в случае, когда
геометрические размеры препятствий соизмеримы с длиной волны.
Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и частично
за счет дифракции огибающие выпуклость земного шара, называются
земными или поверхностными радиоволнами.

Атмосферу Земли нельзя считать однородной средой. Давление,
плотность, влажность, диэлектрическая проницаемость и другие па-
раметры в разных объемах воздушного слоя имеют различные значе-
ния. По этим причинам скорости распространения в различных объе-
мах неодинаковы и зависят от длины волны. Траектория радиоволн
в атмосфере искривляется. Явление искривления или преломления
волн при распространении их в неоднородной среде получило назва-
ние рефракции. Радиоволны, распространяющиеся на большой высо-
те в атмосфере и возвращающиеся на землю вследствие искривле-
ния траектории, рассеяния или отражения от атмосферных неодно-
родностей, называются пространственными, или ионосферными.
В точку приема могут приходить как пространственная, так и земная
волны от одного и того же источника. Если фазы колебаний этих волн
совпадают, то амплитуда суммарного поля возрастает, и, наоборот -
при сдвиге фазы волн на 180° суммарное поле ослабляется и может
стать равным нулю. Указанное явление называется интерференцией.

Влияние Земли и атмосферы на распространение радио-
волн. Как известно, воздух не вызывает ослабления радиоволн
практически во всех диапазонах частот и, казалось бы, поэтому зем-
ная волна должна распространяться без поглощения. Однако это
верно лишь в том случае, если земная волна проходит высоко над
поверхностью Земли. Если же радиоволны проходят вблизи от по-
верхности, то часть энергии волны отклоняется в сторону Земли.
Происходит это потому, что скорость распространения радиоволн в
земле меньше, чем в воздухе, и при движении их вдоль ее поверх-
ности нижний край волны отстает от верхнего, фронт волны накло-
няется и помимо движения вдоль поверхности земли происходит ее
смещение сверху вниз.

Если бы земная поверхность была идеально проводящей, радио-
волны отражались бы от нее без потерь, т. е. земля в этом случае
была бы экраном, препятствующим прохождению волн в глубь почвы.
В реальных условиях земля не является ни идеальным проводником,
ни идеальным изолятором. Радиоволны, попавшие в землю, возбуж-
дают в ней переменные электрические токи, которые часть своей
энергии расходуют на нагрев почвы. Величина потерь энергии в зем-
ле очень сильно зависит от частоты радиоволн и сопротивления поч-
вы электрическому току. В почве с увеличением частоты радиоволн
величина индуцируемой ЭДС возрастает, и, соответственно, увели-
чиваются токи в земле, которые создают электромагнитное поле об-
ратного направления. Поэтому дальность распространения поверхно-
стных радиоволн очень быстро уменьшается с увеличением частоты.

При уменьшении проводимости грунта радиоволны глубже прони-
кают в среду и, следовательно, возрастает их поглощение. Еще изо-
бретатель радио А. С. Попов заметил, что над поверхностью моря
дальность радиосвязи увеличивается по сравнению с дальностью
связи над сушей. Кроме того, с ростом частоты ухудшаются условия
огибания (дифракции) радиоволнами препятствий.

Вышеперечисленные факторы ограничивают возможности исполь-
зования поверхностной волны диапазонами сравнительно длинных
волн (мириаметровые, километровые, гектометровые и частично де-
каметровые).

Атмосферой называется газообразная оболочка Земли, прости-
рающаяся на высоту более 10ОО км. Атмосферу подразделяют на три
основные сферы (слоя): тропосферу - приземный слой атмосферы,
верхний слой которой лежит на высоте 10... 14 км; стратосферу - слой
атмосферы до высот 60...80 км; ионосферу - ионизированный воз-
душный слой малой плотности над стратосферой, переходящий за-
тем в радиационные пояса Земли. На высотах в сотни километров
различные газы, составляющие воздух, располагаются слоями, более
тяжелые - ниже, более легкие - выше. Таким образом, атмосфера на
этих высотах неоднородна по составу.

Под влиянием лучей Солнца, космических лучей и других факто-
ров воздух ионизируется, т. е. часть атомов газов, входящих в состав
воздуха, распадается на свободные электроны и положительные ио-
ны. Ионизированный воздух оказывает сильное влияние на распро-
странение радиоволн.

Для различных газов максимум ионизации получается на разной
высоте. Ионизированный слой атмосферы - ионосфера - состоит из
нескольких слоев (рис. 10.1). На высоте 60...80 км находится слой D,
существующий только днем. Следующий слой Е располагается на
высоте 90... 130 км. Еще выше находится слой F, имеющий ночью вы-
соту 250...350 км, а днем разделяющийся на два слоя: F, - на высоте
180...220 км и /*2 — на высоте 220...500 км.

Высота, толщина и проводимость ионизированных слоев различны
в разное время суток и года вследствие изменения ионизирующего
действия солнечных лучей. Чем больше ионизирующее действие сол-
нечных лучей, тем больше проводимость и толщина ионизированных
220-500 км

180-220 км

90-130 км

Земля

Рис. 10.1. Ионизированные слои ионосферы

60-80 км

слоев и тем ниже они располагаются. Днем проводимость и толщина
их больше, а высота над землей меньше, чем ночью. Летом проводи-
мость и толщина ионосферных слоев больше, а высота меньше, чем
зимой. Через каждые 11 лет на Солнце повторяется максимум солнеч-
ных пятен, являющихся мощными источниками ионизирующих излуче-
ний. В это время проводимость и толщина ионизированных слоев дос-
тигают максимума, и они располагаются ниже. Таким образом, свойст-
ва земной атмосферы, влияющие на распространение радиоволн, из-
меняются по довольно сложным законам. Происходят также изменения
случайного характера, которые предусмотреть вообще невозможно.

Ионосфера оказывает существенное влияние на распространение
радиоволн. Оно заключается, прежде всего, в том, что радиоволны,
попадая в ионосферу, изменяют свое направление. Происходит это
вследствие неоднородного характера ионосферы. Если бы относи-
тельные диэлектрические проницаемости воздуха и ионосферы были
одинаковы, то волна не меняла бы своего направления. Так как в ио-
носфере имеются свободные электроны, ее относительная диэлек-
трическая проницаемость меньше диэлектрической проницаемости
неионизированного воздуха. Вследствие этого при переходе из воз-
духа в ионосферу происходит преломление волны, а поскольку кон-
центрация электронов в верхних слоях ионосферы возрастает, то
волна, многократно преломляясь, возвращается на Землю.

Кроме изменения направления распространения радиоволн в ио-
носфере происходит поглощение их энергии. Объясняется это тем,
что радиоволны, попадая в ионосферу, вызывают колебания находя-
щихся там свободных электронов. Совершая колебательное движе-
ние, электроны сталкиваются с тяжелыми частицами - ионами и мо-
лекулами. При этом они теряют энергию, приобретенную от радио-
волны, и передают ее указанным частицам; ионосфера нагревается.
Таким образом, часть энергии радиоволны в ионосфере теряется.
Чем выше частота радиоволн, тем меньше скорость колебательного
движения электронов. Кинетическая энергия, получаемая ими от радио-
волны и отдаваемая затем тяжелым частицам, оказывается меньше.
Поэтому с повышением частоты потери энергии радиоволны в ионо-
сфере уменьшаются.

Подводя итоги вышесказанному, можно отметить следующее:

-	из-за неоднородностей ионосферы радиоволны преломляются
в ней и возвращаются на землю;

-	с ростом частоты отражательная способность уменьшается;

-	с ростом частоты уменьшается поглощение волн в ионосфере;

-	состояние ионосферы и связанные с ним условия распростране-
' ния имеют периодические и непериодические изменения.

Распространение мириаметровых и километровых волн (сверх-
длинных и длинных). Отличительной особенностью волн 4-го и 5-го
диапазонов (табл. 10.1) является их способность хорошо огибать
землю. Поэтому напряженность поля земной волны значительна на
расстояниях 1500...2000 км от источника электромагнитных волн. Од-
нако практическая возможность осуществить на этих волнах связь на
расстоянии до 20 000 км не может быть объяснена только дифракцией.
Не только слой Е, но в дневные часы даже слой D имеет такую плот-
ность ионизации, при которой радиоволны этих диапазонов способны
отражаться от них.

Отраженная этими слоями пространственная волна частично по-
глощается землей, а частично отражается от нее, вновь достигая ио-
низированных слоев. Такое отражение может быть многократным.
Учитывая, что при отражении от ионосферы волны сильно поглоща-
ются, для обеспечения связи требуются передатчики большой мощ-
ности. Кроме того, недостатками этого диапазона волн являются не-
обходимость строить антенны высотой несколько сотен метров,
большой уровень атмосферных помех и невозможность размещения
в этих диапазонах большого числа каналов связи.

Условия распространения в диапазонах мириаметровых и кило-
метровых волн характеризуются стабильностью. Регулярные и нере-
гулярные изменения напряженности выражены очень слабо. Поэтому
в этих диапазонах волн созданы очень мощные радиостанции для
всемирной радиосвязи. Такие системы имеют важное стратегическое
значение и обеспечивают бесперебойную радиосвязь с объектами,
находящимися на любом удалении от радиопередатчика (в том числе
с подводными лодками в погруженном состоянии). В этом же диапа-
зоне создана служба передачи точных частот, необходимая для сис-
тем связи во всех диапазонах частот, а также для систем радионави-
гации, службы времени и других научно-исследовательских и хозяй-
ственных целей. В диапазоне километровых волн ведется также ра-
диовещание с амплитудной модуляцией.
Рис. 10.2. Распространение
гектометровых волн

Распространение гектомет-
ровых (средних) волн. Гекто-
метровые волны могут быть как
поверхностными, так и простран-
ственными. Для этого диапазона
волн характерны ограниченная
дальность распространения в
дневные часы и увеличение
дальности в ночное время. В
дневные часы пространственные
волны практически отсутствуют.

В слое D эти волны испытывают незначительные поглощение и пре-
ломление. Но, попав в слой Е с большей степенью ионизации, они
испытывают такое сильное поглощение, что на землю почти не воз-
вращаются. Поэтому днем связь на средних волнах осуществляется
только поверхностной волной. Практически дальность действия по-
верхностных волн ограничивается расстоянием 1000... 1500 км.

Вечером и ночью поглощение ионосферой уменьшается. Про-
странственная волна отражается от слоя Е и мало поглощается им.
Напряженность поля в пункте приема является результатом интерфе-
ренции земной и пространственной волн. Участие ионосферы в рас-
пространении средних волн в ночное время сопровождается некото-
рыми особенностями. Первой из таких особенностей следует считать
замирания (уменьшения) амплитуды сигнала в точке приема. Предпо-
ложим, что в пункте А (рис. 10.2) находится передатчик, а в пункте Б
ведется прием. Если днем в пункт Б доходят только земные волны, то
ночью туда же могут попадать и волны, отраженные ионосферой.

Поле в пункте приема становится в этом случае результатом ин-
терференции земных и ионосферных волн. При совпадении фаз волн
результирующее поле усиливается, а при противофазности ослабля-
ется (замирает). Но степень ионизации отражающего слоя и, следо-
вательно, глубина проникновения в него радиоволн не остаются по-
стоянными. Они изменяются по случайному закону вследствие непо-
стоянства ионизирующего излучения Солнца и наличия воздушных
течений. В результате этого изменяется длина пути пространствен-
ных волн, а значит, и фазовый сдвиг между земной и пространствен-
ной волнами.

Вторым неизбежным следствием влияния ионосферы на распро-
странение СВ оказывается изменение сигнала в точке приема в тече-
ние суток. На очень близких расстояниях от передатчика, где основ-
ным является поле земных волн, принимаемый сигнал практически не
меняется в течение суток. На средних расстояниях, куда земные вол-
ны доходят с большим ослаблением, днем прием может быть плохой,
а ночью, когда главенствует поле ионосферных волн, он улучшается,
но сопровождается замираниями. На больших же расстояниях, куда
земные волны практически не доходят, прием возможен лишь в тем-
ное время за счет ионосферных волн.

Бороться с замираниями довольно трудно. Наиболее эффектив-
ным средством является прием на 2-3 антенны, находящиеся на рас-
стоянии 200...300 м друг от друга. Этот метод основан на том, что
замирание не происходит одновременно в разных местах. В то время
как в одной антенне сигнал уменьшается, в другой - он увеличивает-
ся и, таким образом, сигнал на выходе приемника мало изменяется.
Некоторое уменьшение колебаний слышимости дают также автома-
тическая регулировка усиления сигналов.

। К недостаткам этого диапазона волн следует также отнести боль-
шой уровень атмосферных и промышленных помех.

В диапазоне гектометровых волн основным способом радиовеща-
ния является синхронное вещание (подробнее в гл. 11), позволяющее
значительно улучшить технико-экономические характеристики сети
радиовещания при одновременном повышении качества радиоприе-
ма. При синхронном вещании территория покрывается сетью мало-
мощных радиопередатчиков, работающих на одной частоте. Диапазон
гектометровых волн во многих странах является основным для органи-
зации радиовещания.

Распространение декаметровых (коротких) волн. При распро-
странении декаметровых волн энергия поверхностной волны сильно
поглощается земной поверхностью, особенно над пересеченной ме-
стностью. Явление дифракции на коротких волнах не играет заметной
роли, поскольку эти волны поглощаются обычно раньше, чем станет
ощутимой кривизна земли. Величина напряженности поля поверхно-
стной волны в пункте приема зависит от направленности передающей
антенны. На более коротких волнах этого диапазона сказывается
также высота подъема передающей и приемной антенн над землей.
Дальность распространения поверхностной волны обычно не превы-
шает десятков километров, особенно для верхней половины диапазо-
на (50...10 м).

Радиосвязь на коротких волнах (КВ) ионосферными лучами явля-
ется экономичным способом дальней связи. В нормальных условиях
состояния ионосферы для отражения лучей КВ основной оказывает-
ся область F, а нижележащие области Е и D создают вредное по-
глощение энергии радиоволн. Такое прохождение КВ изображено на
рис. 10.3, а, а на рис. 10.3, б показана возможность увеличения
дальности коротковолновой связи путем двух «скачков», т. е. дву-
кратного отражения от ионосферы. Дальность такой связи опреде-
ляется углом, под которым волны падают на границу ионосферы
(и отражаются от нее): чем больше угол падения, тем больше даль-
ность скачка.
Рис. 10.3. Распространение декаметровых волн:
при одном скачке (а); при двух скачках (б)

Экономичность связи достигается благодаря тому, что при пра-
вильном выборе длины волны поглощение энергии в ионосфере на
КВ незначительно (гораздо меньше, чем на СВ), поэтому в пунктах
возвращения отраженных волн к Земле напряженность их поля может
оказаться достаточной для приема даже при сравнительно неболь-
шой мощности передатчика.

Днем для дальней связи применяются наиболее короткие волны
этого диапазона (примерно от 10 до 25 м); такие волны при малом
угле возвышения способны отражаться от слоя F. Конечно, более
длинные волны и подавно стали бы отражаться, но при высокой
дневной ионизации в областях Е и D потери в них были бы слишком
большими, и потребовалось бы невыгодное увеличение мощности
передатчиков.

Ночью используется нижняя часть КВ диапазона (приблизительно
от 35 до 100 м), так как при уменьшении ионизации слоя F более ко-
роткие волны от него не отразились бы даже при пологом падении.
Потери же в нижних слоях ионосферы ночью не столь опасны, ибо
область D отсутствует, а ионизация области Е сильно уменьшается.

Волны, занимающие участок между дневными и ночными (пример-
но от 25 до 35 м), успешно применяются для связи в часы восхода и
захода Солнца. Конечно, точное разграничение этих трех участков КВ
диапазона невозможно, так как их границы зависят от сезона (лето -
зима) и от фазы 11-летнего периода солнечной активности.

К недостаткам диапазона декаметровых волн относится наличие
замираний и образование зоны молчания. Рис. 10.4 поясняет образо-
вание зоны молчания. Поверхностный луч не удается принять в этой
зоне, потому что он оказывается сильно ослабленным. Пространст-
венный луч не может быть направлен в зону молчания, так как для
этого его надо послать под большим углом к земле, но тогда луч про-
нижет атмосферу и уйдет в космическое пространство. Ширина зоны
Рис. 10.4. Образование зоны молчания
молчания зависит от времени суток и длины волны: чем короче длина
волны, тем шире зона молчания.

Другое явление, играющее существенную роль при организации
радиосвязи на декаметровых волнах, - замирание. В отличие от за-
мираний на гектометровых волнах, которые происходят главным об-
разом вследствие интерференции поверхностных и пространствен-
ных лучей, замирания на коротких волнах обусловлены в основном
интерференцией двух или нескольких пространственных лучей, при-
шедших в пункт приема различными путями. Объясняется это тем,
что передающая антенна излучает волны не в единственном направ-
лении, а в пределах более или менее широкого угла. Соответственно
можно считать, что на ионосферу падает не один луч, а как бы пучок
лучей. Лучи с различными углами возвышения отражаются при раз-
личной глубине проникновения в ионизированный слой и достигают
поверхности земли в различных точках. Вследствие многолучевого
распространения и колебаний электронной концентрации отражаю-
щего слоя радиоволны, излученные передающей антенной, достига-
ют точки приема, двигаясь по разным траекториям. В результате на
приемную антенну воздействует несколько колебаний с разными ам-
плитудами и фазами, меняющимися во времени. Из-за соизмеримо-
сти разности пути лучей с длиной волны замирания получаются бо-
лее глубокими и быстрыми.

В пунктах приема обнаруживаются лучи, которые распространяют-
ся путем однократных или многократных отражений от ионосферы.

Многолучевое распространение является также причиной возник-
новения эха, когда из-за разности хода в точку приема приходят лучи
с запозданием на 0,2...1,0 мс. Такой вид искажений получил название
ближнего эха. Иногда радиосигналы за счет многократных отражений
обегают вокруг Земли, вызывая кругосветное эхо.

Несмотря на перечисленные недостатки и на интенсивное разви-
тие связи в других диапазонах волн, в частности с использованием
искусственных спутников Земли, значение связи в декаметровом диа-
пазоне велико. Декаметровые волны позволяют при сравнительно
небольшой мощности передатчиков осуществлять связь на большие
расстояния. Поэтому связь на гектометровых волнах остается пока
основным видом межконтинентальной связи, являясь важнейшим
звеном глобальной связи. По этим же причинам данный диапазон
частот широко используется для радиовещания на труднодоступные
районы страны и вещания на другие страны.

Распространение волн короче Юм. Волны короче 10 м. в соответ-
ствии с табл. 10.1 разбиты на пять диапазонов, которые часто называют
диапазонами ультракоротких волн (УКВ). Использование УКВ обычно
ограничивается требованием прямой видимости между антеннами пере-
датчика и приемника, которое вытекает из прямолинейности распростра-
нения этих волн. Действительно, дифракция практически не свойственна
УКВ, и они не могут огибать выпуклости земной поверхности. Степень же
ионизации ионосферы недостаточна для отражения этих радиоволн.

Дальность распространения на расстояние прямой видимости со-
ставляет: / = (Vfy + 5/^2) (км), где ^1 и h2 - высоты расположения пе-
редающей и приемной антенн (м).

Таким образом, если поднять антенны на высоту 25 м, то расстояние
прямой видимости составит 36 км. Для осуществления связи на ббльшие
расстояния необходимо между пунктами связи устанавливать промежу-
точные станции (ретрансляторы), либо поднимать антенны на большие
высоты. Первый принцип используется в радиорелейных системах пе-
редачи, где промежуточные станции располагаются на расстоянии
50...70 км. Для увеличения зоны обслуживания телевизионного вещания
используются антенны, расположенные на башнях большой высоты.
Так, высота Останкинской телевизионной башни составляет 525 м.

Связь в пределах прямой видимости характеризуется возможно-
стью одновременного прихода в точку приема не только прямой вол-
ны, но и волны, отраженной от земной поверхности. Эффект интер-
ференции может привести к резкому снижению напряженности поля
в точке приема. Однако в отличие от диапазонов гектометровых и де-
каметровых волн, интерференционные явления здесь могут быть
сведены до минимума оптимальным подбором высот антенн, рас-
стояния между ними и длины волны.

Диапазон УКВ является, пожалуй, наиболее широко используемым
участком радиодиапазона. Большая частотная емкость этого диапа-
зона и ограниченный пределами прямой видимости радиус действия
позволяют разместить большое число одновременно работающих
станций и осуществлять передачу информации в широкой полосе
частот. Диапазон УКВ позволяет одновременно передавать большое
число телевизионных программ, организовать тысячи телефонных
каналов. Диапазон широко используется для радиолокации, радиона-
вигации, связи с искусственными спутниками, звукового и телевизи-
онного вещания и в радиоастрономии. Диапазон метровых и деци-
метровых волн используется в основном для телевидения, радиове-
щания и радиосвязи с подвижными объектами.

10.2.	Антенно-фидерные устройства

Общие принципы построения антенн. Антенна является необ-
ходимым элементом любого радиопередающего и радиоприемного
устройства. Антенна радиопередатчика (передающая антенна) пред-
назначена для преобразования тока высокой частоты в энергию излу-
чаемых ею электромагнитных волн. Антенна радиоприемника (прием-
ная антенна) предназначена для преобразования принятых ею элек-
тромагнитных волн в энергию токов высокой частоты. Характер про-
цессов, происходящих в передающей и приемной антеннах, опреде-
ляет обратимость их использования. Обратимость антенн находит
выражение не только в принципиальной возможности использования
одной и той же антенны в качестве передающей или приемной, но и в
том, что основные параметры антенны сохраняются при использова-
нии ее как для передачи, так и для приема. Это имеет большое прак-
тическое значение. Так, многие передвижные радиостанции, предна-
значенные для связи, имеют общую антенну для передачи и для приема.

Электрическая цепь и вспомогательные устройства, с помощью
которых энергия радиочастотного канала подводится от радиопере-
датчика к антенне или от антенны к радиоприемнику, называется фи-
дером. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по
нему частот. При передаче электромагнитной энергии по линии стре-
мятся уменьшить излучение самой линии. Для этого провода линии
располагают параллельно и по возможности ближе друг к другу. При
этом поля двух одинаковых по значению, но противоположно направ-
ленных токов взаимно компенсируются и излучения энергии в окру-
жающее пространство не происходит.

При создании антенны ставится противоположная задача: полу-
чение возможно большего излучения. Для этого можно использовать
те же длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер
излучающих свойств. Можно, например, раздвинуть провода линии на
некоторый угол, в результате чего их поля не будут компенсировать
друг друга. На этом основана работа V-образных и ромбических ан-
тенн, излучающие провода которых расположены под острым углом
один к другому (рис. 10.5, а, б), и симметричного вибратора, полу-
чающегося при разведении проводов на 180° (рис. 10.5, в).

Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно уст-
ранить, исключив его из системы. Это приводит к получению несим-
метричного вибратора (рис. 10.6, а). Все антенны, использующие этот
принцип работы, относятся к классу несимметричных антенн. К ним
также принадлежат Г-образные и Т-образные антенны (рис. 10.6, б, в).
Рис. 10.6. Несимметричные антенны

Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтека-
ются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг
друга. Для этого необходимо создать фазовый сдвиг в половину дли-
ны волны, например за счет неизлучающего шлейфа (рис. 10.7, а). На
таком же принципе основаны синфазные антенны, получившие широ-
кое распространение (рис. 10.7, б).

Рис. 10.7. Синфазные (а, б) и противофазные (е-d) антенны
Рис. 10.8. Симметричный вибратор и его эквивалентная схема

Фидер будет также излучать, если расстояние между проводами
по некоторым направлениям приобретает значительную разность хо-
да. Более того, можно так подобрать расстояние между проводами,
что по некоторым направлениям произойдет сложение волн от обоих
проводов. Это широко используется в многочисленных противофаз-
ных антеннах.

Работу таких антенн нетрудно понять из трех примеров, приведенных
на рис. 10.7, в-д. В антенне (рис. 10.7, в) противофазность токов в прово-
дах обеспечивается подключением их к фидеру на расстоянии в полвол-
ны. Антенна, изображенная на рис. 10.7, г, представляет собой фидер,
как бы расширенный на конце. В антенне на рис. 10.7, д противофаз-
ность токов обеспечивается перекрещиванием питающих проводов.

Остановимся на работе симметричного вибратора как излучателя, ко-
торый входит в состав многих антенн. Симметричный вибратор можно
представить как линию, разомкнутую на конце, провода которой развер-
нуты на 180°. Каждый элемент данной линии обладает определенной
индуктивностью и емкостью между проводами (рис. 10.8).

Рассмотрим процесс свободных электрических колебаний в сим-
метричном вибраторе. Присоединим обе его половины к зажимам ис-

Рис. 10.9. Свободные колебания в симметричном вибраторе
После того как распределенные емкости проводов вибратора за-
рядятся, и между его половинами возникнет разность потенциалов,
отключим источник питания и замкнем обе половины вибратора пе-
ремычкой (рис. 10.9, б). При этом распределенные емкости начнут
разряжаться через перемычку. Очевидно, что через отрезки провода
вибратора, расположенные у середины, протекает наибольший элек-
трический заряд, и поэтому разрядный ток имеет наибольшее значе-
ние; к концам же провода ток уменьшается до нуля. Ток в проводе
нарастает постепенно, поскольку в распределенных индуктивностях
возникает ЭДС самоиндукции. Разность потенциалов между точками,
равноудаленными от середины вибратора, тем больше, чем дальше
эти точки от середины, так как тем большая часть распределенной
индуктивности провода участвует в его создании (рис. 10.9, б). Знак
потенциала относительно средней точки по обе стороны от нее раз-
личен, так как в одной половине вибратора ток течет к ней, а в дру-
гой - от нее.

По мере разряда распределенной емкости ток в проводе нарастает
и достигает максимума, когда она полностью разрядится. При этом вся
энергия электрического поля, запасенная емкостью, переходит
в энергию магнитного поля распределенных индуктивностей
(рис. 10.9, в). Если вначале индуктивность проводов вибратора пре-
пятствовала нарастанию тока, то теперь она препятствует его умень-
шению. Поэтому ток уменьшается постепенно, сохраняя прежнее на-
правление (рис. 10.9, г). За счет этого происходит перезаряд распре-
деленной емкости, и когда ток спадает до нуля, емкости оказываются
перезаряженными (рис. 10.9, д). После этого процесс протекает в об-
ратном направлении (рис. 10.9, е-и). Таким образом, в вибраторе воз-
никают свободные электрические колебания. При этом в нем уста-
навливаются стоячие волны тока и напряжения, и вдоль его длины
укладывается половина стоячей волны тока и напряжения. Следова-
тельно, длина волны Ло собственных колебаний симметричного виб-
ратора вдвое больше его длины, т. е. Л. = 21.

Поэтому симметричный вибратор называют также полуволновым
диполем, чем подчеркивается, что он вдвое короче длины волны соб-
ственных колебаний.

Если полуволновый вибратор расположить вертикально, его раз-
мер можно уменьшить вдвое благодаря проводящим свойствам зем-
ли. При вертикальном расположении нижний конец антенны подклю-
чается к одному из зажимов генератора электромагнитных колебаний
(рис. 10.10, а), второй зажим генератора при этом заземляется. Если
предположить, что земля является идеальным проводником, то в ней
наводится ЭДС, которая действует как зеркальное изображение основ-
ного вибратора (рис. 10.10, б). Такая антенна называется вертикальной
несимметричной антенной, ее высота приблизительно равна Л/4. Все
сказанное справедливо только в том случае, когда земля представля-
ет собой идеальный проводник. Когда же земля обладает плохими
проводящими свойствами, характер распределения тока в земной
поверхности изменяется. Особенно большое значение имеет сопро-
тивление земли вблизи основания антенны. Для улучшения проводи-
мости этого участка применяют металлизацию земли: закапывают в
землю металлические листы, провода; улучшают химический состав
почвы, пропитывая ее различными солями.

Опыт показывает, что нет необходимости осуществлять полную ме-
таллизацию земли, достаточно хорошо работает система радиальных
расходящихся проводов, закопанных в землю на глубину 20...50 см.
Качество металлизации улучшается, если радиальные провода со-
единяются между собой перемычками.

Часто заземление заменяют системой проводов, не зарытых,
а поднятых над землей, называемых противовесом. Последний дол-
жен достаточно хорошо экранировать антенный провод от земли, иг-
рая роль хорошо проводящей поверхности. Он обычно дает худшие
результаты, но на передвижных радиостанциях является единствен-
ным выходом из положения. Обычно в качестве противовеса исполь-
зуется корпус автомобиля, на котором расположена радиостанция.
Таким же образом поступают при необходимости установки радио-
станции на каменистом грунте.

Недостатком передающих антенн-мачт и антенн-башен, имеющих
высоту до 300 м и более, является их высокая стоимость. Кроме того,
во многих случаях применение высоких антенн недопустимо вследст-
вие близости радиоцентров к аэропортам. Во всяком случае, все ан-
тенны этого типа оборудуются системой светового ограждения мачт.

Рис. 10.10. Четвертьволновый вибратор
Передающие антенны. Способность антенн преобразовывать
энергию направляемых электромагнитных волн в энергию радиоволн
оценивают коэффициентом полезного действия. Он равен отношению
мощности радиоизлучения, создаваемого антенной, к мощности ра-
диочастотного сигнала, подводимого к антенне.

Важнейшим в теории и практике антенн является понятие направ-
ленности антенны. Направленность передающей антенны оценива-
ется ее способностью излучать радиоволны в определенных направ-
лениях более эффективно, чем в других. Качественное представле-
ние о направленности антенны дает диаграмма направленности -
график зависимости напряженности электрического или магнитного
поля, создаваемой антенной в режиме передачи, от направления из-
лучения.

На рис. 10.11 показаны две диаграммы направленности: одна (а)
соответствует направленному излучению, а другая (б) - ненаправ-
ленному.

Километровые и гектометровые волны широко используются для
организации сети звукового вещания. Передающие антенны, рабо-
тающие в этих диапазонах, должны быть, как правило, ненаправлен-
ными в плоскости, параллельной земной поверхности, и иметь мак-
симум излучения вдоль этой поверхности. Таким условиям отвечают
антенны-мачты и антенны-башни (рис. 10.12). Ток от передатчика
подводится к нижнему концу башни или мачты, которая является не-
посредственным излучателем энергии. Для радиовещания применя-
ются антенны высотой 75...300 м. Для увеличения емкости антенны
на вершине башни или мачты устанавливается емкостная шапка из
металлических трубок.

Для дальней радиосвязи и дальнего звукового вещания (радиове-
щания) используются декаметровые волны. Весьма распространен-
ными типами передающих антенн в этом диапазоне являются много-
вибраторные (рис. 10.13) и ромбические антенны (рис. 10.14).

Рис. 10.11. Диаграммы направленности антенн
(а - направленной; б - ненаправленной)
Рис. 10.12. Антенна-башня (а) и антенна-мачта (б): 1 - опорный изолятор;
2 - емкостная шапка; 3 - световое ограждение мачты; 4 - изоляторы

Рис. 10.13. Многовибраторная антенна

Большое распространение в качестве телевизионных передающих
антенн получили Ж-образные вибраторы, совмещающие в себе два
плоских трапецеидальных вибратора (рис. 10.15). Для получения не-
направленного излучения в горизонтальной плоскости две Ж-образные
антенны располагаются под углом 90° друг к другу, образуя, так назы-
ваемую, турникетную антенну.

Диапазон метровых радиоволн используется главным образом в
телевидении и радиовещании на близкие расстояния, а также для
связи с подвижными объектами. Особенности распространения ра-
диоволн метрового диапазона требуют размещения антенн на высо-
ких опорах.
Рис. 10.14. Ромбическая антенна

Рис. 10.15. Ж-образная

Рис. 10.16. Рупорная антенна

телевизионная антенна

В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн широко приме-
няется антенна в виде рупора. Простейшей рупорной антенной явля-
ется открытый конец металлической трубы прямоугольного или круг-
лого сечения, так называемого, волновода. Излучающая часть антен-
ны называется раскрывом антенны. Отверстие волновода можно рас-
сматривать как многовибраторную антенну, образованную из большо-
го числа элементарных излучателей. Но такая антенна обладает не-
достатками. Резкое изменение условий распространения на открытом
конце волновода приводит к значительному отражению. Кроме того,
в раскрыве имеет место огибание излученными волнами краев конца
волновода, что ухудшает направленные свойства антенны. Для
уменьшения отражений и улучшения направленных свойств конец
волновода выполняют в виде рупора (рис. 10.16).

Направленность рупорной антенны увеличивается с ростом пло-
щади раскрыва рупора. В качестве самостоятельных антенн рупоры
применяются редко, но часто входят в конструкцию многих более
сложных антенн. Одной из таких антенн является зеркальная парабо-
лическая антенна (рис. 10.17). В этой антенне роль отражателя вы-
полняет металлическое зеркало, имеющее форму параболоида вра-
щения или параболического цилиндра. При этом антенна излучает
почти параллельный пучок лучей.

। Недостаток рассмотренной антенны состоит в том, что часть энер-
гии, отраженной от зеркала, попадает обратно через рупор в волно-
вод. Это снижает эффективность передачи энергии и приводит к ис-
кажениям передаваемого сигнала.

От этого недостатка свободна рупорно-параболическая антенна
(рис. 10.18). Из волновода 1 высокочастотная энергия поступает в
пирамидальный рупор 2, являющийся облучателем сегмента парабо-
лоида вращения 3. Излученные антенной волны получаются плоски-
ми, так как фазовый центр рупора, расположенный в его вершине,
находится в фокусе параболоида. Для хорошего согласования рупора
с волноводом угол раскрыва выбирается равным 30...40°, а длина
рупора / = 50Л. Коэффициент усиления антенны растет с возрастани-
ем площади раскрыва антенны S. Эти антенны обладают резко выра-
женными направленными свойствами (ширина диаграммы направ-
ленности равна примерно 2° как в горизонтальной, так и в вертикаль-
ной плоскости).

Рис. 10.17. Зеркальная
параболическая антенна

Рис. 10.18. Рупорно-параболическая
антенна
Разновидностью зеркальных антенн явля-
ются перископические антенны (рис. 10.19),
позволяющие при помощи зеркал передавать
высокочастотную энергию на вершину башни
без линии или волновода. Поступающая от
передатчика энергия излучается рупорной ан-
тенной в сторону эллипсоидального зеркала 3,
расположенного у подножия мачты под углом
45° к горизонту. Зеркало отражает падающие
на него волны перпендикулярно вверх на
плоское зеркало, установленное на вершине
мачты также под углом 45°. Вторым зеркалом
волны отражаются в нужном направлении. Ко-
эффициент полезного действия передачи
энергии в перископической антенне - порядка
50%, что выше, чем, если бы энергия подава-

Рис. 10.19. Периско-

лась наверх по волноводу.	пическая антенна

Приемные антенны. Как уже отмечалось,
антенна - устройство обратимое. Если антенна хорошо излучает волны,
то она хорошо их и принимает. Форма диаграммы направленности ан-
тенны не зависит от того, как работает антенна, на передачу или прием.

Содержание понятия «диаграмма направленности приемной ан-
тенны» несколько отличается от приведенного выше для передающей
антенны. Диаграмма направленности приемной антенны - это график

зависимости напряжения на входе радиоприемника от направления
прихода принимаемой электромагнитной волны.

В качестве приемных антенн в километровом и гектометровом
диапазонах используются рамочные антенны. В декаметровом диапа-
зоне в качестве профессиональной антенны наибольшее распростра-
нение получила антенна бегущей волны. Антенна типа «волновой ка-
нал» является характерной для диапазона метровых волн. В диапа-
зонах дециметровых и сантиметровых волн антенны делают обычно
приемопередающими.

Антенны для сотовой связи. Спектр антенн для систем сотовой
связи довольно многообразен. Они выпускаются для работы во всех
стандартах сотовой связи NMT-450, AMPS, GSM900/1800, CDMA,
DECT, 3G. Наиболее распространенными являются всенаправленные
(OMNI) и направленные панельные (Panel) антенны. Панельные ан-
тенны используются для увеличения емкости сотовых систем. Обыч-
но эти антенны делаются с использованием дипольных излучателей
или щелевых, каждый из которых имеет свои преимущества.

OMNI антенна представляет собой набор диполей, расположенных
внутри трубки, сделанной из фибергласа. Коэффициент усиления ан-
тенны зависит от количества диполей. Прочное защитное покрытие
Рис. 10.20. Внешний вид
панельной антенны

обеспечивает надежность всей
конструкции при скоростях ветра
до 200 км/ч и окружающей темпе-
ратуры от -55 до 60 °C.

Наиболее распространены па-
нельные антенны. Их можно разде-
лить на группы 450 МГц, 900 МГц,
1800 МГц, 900/1800 МГц. Так же
как и OMNI панельные антенны
представляют собой систему ди-
полей, которые располагаются над
отражающим экраном. Мощность
распределяется между диполями
при помощи внутренней разводки

из коаксиального кабеля. Антенная

корпус из фибергласа. Вся

система помещена в защитный
конструкция герметична и заземлена по

постоянному току.

Фидеры. Для передачи высокочастотной энергии от передатчика
к антенне используются фидеры различной конструкции. В диапазо-
нах километровых и гектометровых волн применяют несимметричные
фидеры, выполненные в виде концентрической многопроводной ли-
нии (рис. 10.21, а). Внутренняя система проводов образует проводник,
а наружная является экраном. В декаметровом диапазоне фидеры
обычно выполняются в виде двух- или четырехпроводных линий (рис.
10.21, б). Геометрические размеры фидера (число проводов, их ради-
ус, расстояние между ними) выбирают из условия получения требуе-
мого значения волнового сопротивления и электрической прочности.
В диапазоне метровых волн в качестве фидера используют коаксиаль-
ный кабель. На более коротких волнах, в частности в сантиметровом
диапазоне, фидером являются волноводы полые металлические трубы
круглого, прямоугольного или эллиптического сечения (рис. 10.21, в).

Рис. 10.21. Конструкции некоторых фидерных линий
10.3.	Радиопередающие устройства

Основные функциональные узлы радиопередатчика. Схема и
конструкция радиопередатчика зависят от различных факторов: на-
значения, диапазона рабочих волн, мощности и т. д. Тем не менее,
можно выделить некоторые типичные блоки, которые с теми или
иными вариациями имеются в большинстве передатчиков.

Структура передатчика (рис. 10.22) определяется его основными
общими функциями, к которым относятся:

-	получение высокочастотных колебаний требуемой частоты и мощ-
ности;

-	модуляция высокочастотных колебаний передаваемым сигналом;

-	фильтрация гармоник и прочих колебаний, частоты которых выхо-
дят за пределы необходимой полосы излучения и могут создать
помехи другим радиостанциям;

-	излучение колебаний через антенну.

Остановимся более подробно на требованиях к отдельным функ-
циональным узлам радиопередатчика.

Генератор высокой частоты, часто называемый задающим или
опорным генератором, служит для получения высокочастотных коле-
баний, частота которых соответствует высоким требованиям к точно-
сти и стабильности частоты.

Синтезатор преобразует частоту колебаний опорного генератора,
которая обычно постоянна, в любую другую частоту, необходимую в
данное время для радиосвязи или вещания. Стабильность частоты при
этом преобразовании не должна ухудшаться. В отдельных случаях
синтезатор частоты не нужен, например, если генератор непосредст-
венно создает колебания нужной частоты. Однако с синтезатором лег-
че обеспечить требуемую высокую точность и стабильность частоты,
так как он, во-первых, работает на более низкой частоте, на которой
легче обеспечить требуемую стабильность; во-вторых, он работает на
фиксированной частоте. Кроме того, современные синтезаторы приспо-
соблены для дистанционного или автоматического управления синте-
зируемой частотой, что облегчает общую автоматизацию передатчика.

Рис. 10.22. Функциональная схема радиопередатчика
Промежуточный усилитель высокой частоты, следующий за син-
тезатором, необходим по следующим причинам:

-	благодаря промежуточному усилителю с достаточно большим ко-
эффициентом усиления от опорного генератора и синтезатора не
требуется значительной мощности;

-	применение промежуточного усилителя между синтезатором и
мощным усилителем ослабляет влияние на генератор и синтеза-
тор возможных регулировок в мощных каскадах передатчика и в
антенне.

Усилитель мощности (его называют генератором с внешним воз-
буждением) увеличивает мощность радиосигнала до уровня, опреде-
ляемого требованиями системы радиосвязи. Главным требованием к
усилителю мощности является обеспечение им высоких экономиче-
ских показателей, в частности коэффициента полезного действия.

Выходная цепь служит для передачи усиленных колебаний в ан-
тенну, для фильтрации высокочастотных колебаний и для согласова-
ния выхода мощного оконечного усилителя с антенной, т. е. для обес-
печения условий максимальной передачи мощности.

Модулятор служит для модуляции несущих высокочастотных ко-
лебаний передатчика передаваемым сигналом. Для этого модулятор
воздействует в зависимости от особенностей передатчика и вида мо-
дуляции (амплитудная, частотная, однополосная и др.) на один или
несколько блоков из числа обведенных пунктиром на рис. 10.1. На-
пример, частотная модуляция может осуществляться в синтезаторе
частоты, либо (реже) в генераторе высокой частоты; амплитудная
модуляция получается воздействием на мощный и промежуточный
усилители.

Устройство электропитания обеспечивает подведение ко всем
блокам токов и напряжений, необходимых для нормальной работы
входящих в их состав транзисторов, ламп и прочих электронных эле-
ментов, а также систем автоматического управления, устройств защи-
ты от аварийных режимов и прочих вспомогательных цепей и уст-
ройств. Система электропитания содержит выпрямители, электрома-
шинные генераторы с двигателями внутреннего сгорания, аккумуля-
торы, инверторы (преобразователи) низкого постоянного напряжения
в более высокое или обратно, трансформаторы, коммутационную ап-
паратуру, резервные источники питания и устройства для автомати-
ческого перехода с основного источника на резервный в случае неис-
правностей и т. п.

На рис. 10.22 не показаны многочисленные объекты вспомога-
тельного оборудования, входящие в состав передатчика (особенно
мощного), например средства автоматического и дистанционного
управления; контрольно-измерительные приборы, устройства дистан-
ционного контроля и сигнализации; устройства защиты и блокировки,
выключающие цепи высокого напряжения при аварийных режимах
или опасности для обслуживающего персонала и др.

Радиопередатчики диапазонов километровых, гектометровых и де-
каметровых волн обычно размещаются группами на специальных
предприятиях - передающих радиостанциях. При большом числе пе-
редатчиков радиостанции называются радиоцентрами. Радиовеща-
тельные передатчики метровых и дециметровых волн, как правило,
размещаются вместе с передатчиками телевизионного вещания.
Предприятия связи, на которых установлены эти передатчики, назы-
ваются радиотелевизионными передающими станциями (центрами).

Технические показатели радиопередатчиков. К основным показа-
телям радиопередатчика относятся: диапазон волн, мощность, коэффи-
циент полезного действия, вид и качество передаваемых сигналов.

В соответствии с классификацией волн (табл. 10.1) различают пе-
редатчики километровых, гектометровых, декаметровых и других
волн. С этим различием связаны соответствующие особенности конст-
рукций, так как в разных диапазонах различны конструкции колеба-
тельных контуров и типов усилительных элементов. Передатчик может
работать на одной или нескольких выделенных для него фиксирован-
ных волнах, либо он может настраиваться на любую длину волны.

Мощность передатчика обычно определяется как максимальная
мощность высокочастотных колебаний, поступающая в антенну при
отсутствии модуляции. Однако этой характеристики недостаточно для
оценки мощности радиопередатчика. Дело в том, что в технике ра-
диосвязи часто приходится иметь дело с сигналами, напряжение ко-
торых изменяется в очень широких пределах и в сравнительно корот-
кие промежутки времени может принимать значения, в несколько раз
превосходящие средний уровень. Характерным примером подобного
режима может служить радиолокационный передатчик, излучающий
импульсы длительностью около 1 мкс, разделенные интервалами око-
ло 1 мс, т. е. в 1000 раз большей длительности. Если бы при проекти-
ровании передатчика расчет велся на то, что в моменты этих выбро-
сов мощность излучения соответствовала бы номинальной мощности,
то фактическая средняя мощность излучения была бы во много раз
меньше. Передатчик был бы использован значительно слабее своих
возможностей, а при необходимости обеспечить большую дальность
радиосвязи потребовалось бы применить передатчик значительно
большей мощности.

В системах радиовещания промежутки времени, в которые ампли-
туда колебаний достигает максимальных значений, занимают обычно
большую часть общего времени работы передатчика (например,
10...20%), длительность их доходит до десятков миллисекунд, но и в
этом случае описанное временное форсирование передатчика воз-
можно, хотя и в меньших пределах.
В соответствии с изложенным, мощность передатчика, помимо
цифры максимальной мощности, характеризуют значениями пиковой
мощности, которая может быть обеспечена в течение ограниченных
промежутков времени.

Важнейшими показателями радиопередатчика являются стабиль-
ность излучаемой им частоты и уровень побочных излучений. Дело
в том, что если строго соблюдается присвоенная данному передатчи-
ку частота сигнала, то настроенный на эту частоту приемник начинает
принимать передаваемые сигналы тотчас после включения, не требуя
подстроек. Это способствует удобству эксплуатации и высокой на-
дежности радиосвязи, а также облегчает автоматизацию оборудова-
ния. Кроме того, частотные диапазоны, используемые для радиосвязи
и вещания, переуплотнены сигналами одновременно работающих
радиостанций, поэтому если частота передатчика отличается от раз-
решенного значения, то она может приблизиться к частоте другого
передатчика, что вызовет помехи приему его сигналов.

По существующим международным нормам отклонение от номи-
нала частоты передатчика для радиосвязи на гектометровых волнах
не должно превышать 0,005%; для радиовещательных передатчиков
отклонение частоты в этом диапазоне не должно превышать 10 Гц.
На декаметровых волнах допустимая нестабильность частоты для
передатчиков мощностью более 0,5 кВт равна 15-10-6, что соответст-
вует в диапазоне от 4 до 30 МГц абсолютному отключению частоты от
60 до 450 Гц. Некоторые системы радиосвязи по своему принципу
требуют, чтобы стабильность частоты была значительно лучше, чем
предусматривается указанными нормами.

Побочными излучениями радиопередатчика называются излучения
на частотах, расположенных за пределами полосы, которую занимает
передаваемый радиосигнал. К побочным излучениям относятся гар-
монические излучения передатчика, паразитные излучения и вредные
продукты взаимной модуляции.

Гармоническими излучениями (гармониками) передатчика называ-
ются излучения на частотах, в целое число раз превышающих частоту
передаваемого радиосигнала.

Паразитными излучениями называются иногда возникающие в
передатчиках колебания, частоты которых никак не связаны с часто-
той радиосигнала или с частотами вспомогательных колебаний, ис-
пользуемых в процессе синтеза частот, модуляции и других процес-
сов обработки сигнала.

Известно, что при действии в нелинейной цепи, например двух
ЭДС с частотами и f2, спектр тока содержит, помимо составляющих
с этими частотами и их гармоник, также составляющие с частотами
вида mfi ± mf2, где т и п - целые числа. Это явление и лежит
в основе взаимной модуляции; оно обусловлено наличием в передат-
чике элементов, обладающих нелинейными характеристиками, глав-
ным образом транзисторов или электронных ламп.

Интенсивность побочных излучений характеризуется мощностью
соответствующих колебаний в антенне передатчика. Например, по
действующим международным нормам радиопередатчики на частотах
до 30 МГц должны иметь мощность побочных излучений не менее
чем в 10 ООО раз (на 40 дБ) ниже мощности основного излучения и не
более 50 мВт.

Показатели, определяющие качество передачи вещательного сиг-
нала (электроакустические показатели), в принципе не отличаются
от аналогичных параметров электрического канала вещания, что ес-
тественно, поскольку передатчик является частью канала - трактом
вторичного распределения.

Некоторое отличие заключается лишь в том, что эти показатели
нормируются и измеряются относительно уровня сигнала, соответст-
вующего определенному коэффициенту модуляции, сигналом часто-
той 1000 Гц. Для допустимого отклонения амплитудно-частотной ха-
рактеристики этот коэффициент равен 50%.

Коэффициент гармоник определяется при коэффициенте модуля-
ции 50, 90, а также 10%, что обусловлено наличием в модуляторе пе-
редатчика специфических искажений вида двустороннего ограниче-
ния, заметных при большом коэффициенте модуляции, вида «цен-
тральной отсечки», заметных при малом коэффициенте модуляции.
Защищенность от интегральной помехи и от псофометрического шу-
ма измеряется относительно уровня модулирующего сигнала, соот-
ветствующего 100% модуляции. Эксплуатационный персонал часто
употребляет термин «уровень шумов», который оценивается в деци-
белах относительно уровня модулирующего сигнала с частотой
1000 Гц, соответствующего коэффициенту модуляции 100%.

10.4.	Радиоприемные устройства

Назначение и классификация радиоприемных устройств. Ра-
диоприемные устройства используют для радиосвязи, звукового и
телевизионного вещания, радионавигации, радиолокации, радио-,
телеуправления и т. д. Радиоприемное устройство должно содержать
все необходимые узлы для осуществления следующих процессов:
- выделения из всей совокупности электрических колебаний, созда-
ваемых в антенне внешними электромагнитными полями, сигнала
от нужного радиопередатчика;

-	усиления высокочастотного сигнала;

-	детектирования, т. е. преобразования высокочастотного модули-
рованного сигнала в ток, изменяющийся по закону модуляции;

-	усиления продетектированного сигнала.
Дальнейшее преобразование сигнала зависит от конкретных осо-
бенностей применения радиоприемника. Если, например, приемник
предназначен для одноканальной радиотелефонной связи либо зву-
кового или телевизионного вещания, то принятый сигнал после уси-
ления превращается в звук и изображение при помощи телефона,
громкоговорителя и приемной телевизионной трубки.

Если приемник предназначен для многоканальной радиосвязи, то
продетектированный и усиленный сигнал подводится к оконечному
устройству, в котором происходит разделение сигналов по отдельным
каналам и, если требуется, дополнительная их обработка.

Применяемые в настоящее время радиоприемники делятся на
профессиональные и бытовые. Первые предназначаются для исполь-
зования на линиях радиосвязи и для решения различных навигацион-
ных, телеметрических и других специальных задач. Вторые служат
для приема программ звукового и телевизионного вещания.

Радиоприемные устройства можно классифицировать:

-	по роду работы (радиотелефонные, радиотелеграфные, телевизи-
онные, радионавигационные, радиолокационные и др.);

-	по виду модуляции (с амплитудной модуляцией (АМ), частотной
модуляцией (ЧМ), однополосной амплитудной модуляцией
(ОБП) и т. д.);

-	по диапазону волн принимаемых сигналов (километровые, гекто-
метровые, декаметровые и т. д.);

-	по месту установки (стационарные, переносные, самолетные, ав-
томобильные и др.);

-	по схеме электропитания (от сети постоянного и переменного
токов).

Основные показатели радиоприемников. Показатели радиопри-
емников определяются их назначением. Для радиоприемников раз-
ных типов они могут быть различными.

Чувствительность характеризует способность приемника прини-
мать слабые сигналы. Она обычно оценивается наименьшим значе-
нием ЭДС или мощностью радиосигнала в антенне, при которой воз-
можен устойчивый прием с нормальным воспроизведением сигнала
без недопустимого искажения его помехами.

Чувствительность приемников в зависимости от их назначения
может колебаться в широких пределах. Так, чувствительность радио-
вещательных приемников находится в пределах 50...300 мкВ в зави-
симости от класса качества. Чувствительность радиолокационных
приемников имеет значения порядка 10"12 ...10-15 Вт. Для приемников
с ферритовой антенной используется понятие чувствительности по
напряженности поля. Она имеет значение от 0,3 до 5 мВ/м.

Высокая чувствительность может быть практически реализована
лишь в том случае, если уровень внешних помех или собственных
шумов на выходе приемника в несколько раз ниже уровня сигнала.
Поэтому приемники разных видов необходимо характеризовать не
только их чувствительностью, но и так называемой реальной чувстви-
тельностью, под которой понимается минимальная ЭДС в антенне,
при которой обеспечивается не только нормальная мощность на вы-
ходе, но получается заданное превышение уровня сигнала над уров-
нем внешних помех или собственных шумов.

Избирательностью (селективностью) радиоприемного устройст-
ва называется его способность выделять из различных сигналов, от-
личающихся по частоте, сигнал принимаемой станции. В соответст-
вии с этим избирательность приемника оценивается как относитель-
ное ослабление сигналов посторонних радиостанций, работающих на
различных волнах, по отношению к сигналам принимаемого передат-
чика, на волну которого этот приемник настроен. Избирательность
осуществляется главным образом входящими в состав приемника
колебательными контурами и фильтрами.

Понятие избирательности поясняет рис. 10.23, на котором показан
спектр частот трех радиостанций, из которых две крайние мы рас-
сматриваем как помехи. Из рис. 10.23 видно, что если фильтры при-
емника обладают прямоугольной частотной характеристикой, сосед-
ние (мешающие) радиостанции не создадут на его выходе никакого
сигнала (рис. 10.23, б). Если же частотная характеристика фильтра
далека от идеальной, то на его выходе кроме полезного сигнала бу-
дет прослушиваться помеха (рис. 10.23, в).

^вх

llllllllllllll IiiiiiiiiiiiiiH llllllllllllll IlllllM

/п1

a

^вых

llllllllllllll lllllllllllllll

к /nl

б

^вых

...... llllllllllllll lllllllllllllll „

fnl

/п2

/п2

/п2

В

Рис. 10.23. К пояснению избирательности радиоприемника
Рис. 10.24. Резонансная
характеристика приемника

Естественно, что наибольшие
трудности представляет ослабле-
ние помех от ближайших по часто-
те посторонних сигналов, т. е. сиг-
налов соседнего частотного кана-
ла. Поэтому для оценки качества
приемника всегда определяется
его селективность в отношении
помех соседнего канала.

В первом приближении количе-
ственную оценку избирательности

можно производить по резонанс-
ной характеристике приемника,
изображающей зависимость ко-

эффициента усиления от частоты колебаний в антенне. Благодаря

применению колебательных контуров и фильтров резонансная харак-
теристика при настройке приемника на какую-либо частоту сигнала
имеет вид, подобный рис. 10.24. Избирательность в отношении поме-
хи на частоте fc определяется в этом случае как Se = Kq/Кп, где Ко -
коэффициент усиления на частоте настройки; Кп - коэффициент уси-
ления на частоте f„.

Селективность удобно определять также в децибелах:

ЗеДБ = 20 lg Se = Кодб ~ Кп дб-

Так как передаваемое сообщение имеет определенную полосу
частот, другой не менее важной функцией приемника является прием
сигнала высокой частоты со всеми его боковыми частотами, т. е. од-
новременный прием определенной полосы частот. При этом необхо-
димо, чтобы соотношения между амплитудами составляющих спектра
сигнала оставались без изменений. Последнее можно обеспечить
лишь при постоянной чувствительности приемника в определенной
полосе частот. Поэтому понятно, что идеальная амплитудная частот-
ная характеристика (АЧХ) приемника должна быть прямоугольной.
При такой форме приемник одинаково принимает спектр боковых час-
тот полезного сигнала, т. е. полоса пропускания такого устройства
однозначно определяется как 2ДА Одновременно приемник с такой
АЧХ обладал бы идеальной избирательностью, поскольку не про-
пускал бы сигналов мешающих станций и помех, частоты которых
отличаются на ДА

Частотная характеристика реального приемника отличается от
прямоугольной. Полосой пропускания в данном случае называют об-
ласть частот, в пределах которой ослабление спектра принимаемых
колебаний не превышает заданного значения. Считается, что искаже-
ния будут не заметны на слух, если неравномерность АЧХ в пределах
полосы пропускания не превышает 3 дБ. Это соответствует уровню
1/>/2 = 0,707. Именно на этом уровне отсчитывается полоса пропуска-
ния. Частотные свойства контура могут быть заданы его добротно-
стью Q= fJ2M.

Качество воспроизведения принятого сигнала зависит от различ-
ного рода искажений сигнала в отдельных каскадах приемника. К этим
искажениям относятся частотные, фазовые и нелинейные. На качест-
во принятого сигнала будут влиять также различного рода помехи:
атмосферные, промышленные, помехи от соседних по частоте пере-
датчиков, а в диапазонах УКВ - собственные шумы приемника.

Структурные схемы радиоприемников. В настоящее время на-
ходят применение приемники прямого усиления и супергетеродинные
с одинарным и двойным преобразованиями частоты.

Рассмотрим более подробно структурные схемы приемника прямо-
го усиления и супергетеродинного. На рис. 10.25 представлена струк-
турная схема приемника прямого усиления.

Входная цепь (ВЦ) выделяет полезный сигнал из всей совокупно-
сти колебаний, наводимых в антенне от различных радиопередатчи-
ков и других источников электромагнитных колебаний, ослабляет ме-
шающие сигналы. Усилитель радиочастоты (УРЧ) усиливает посту-
пающие из входной цепи полезные сигналы и обеспечивает даль-
нейшее ослабление сигналов мешающих станций. Детектор (Д) пре-
образует модулированные колебания радиочастоты в колебания, со-
ответствующие передаваемому сообщению: звуковому, телеграфно-
му и др. Усилитель звуковой частоты (УНЧ) усиливает продетектиро-
ванный сигнал по напряжению и мощности до величины, достаточной
для приведения в действие оконечного устройства (громкоговорителя,
реле, приемной телевизионной трубки и др.). Оконечное устройство
(ОУ) преобразует электрические сигналы в исходную информацию
(звуковую, световую, буквенную и др.).

Приемник прямого усиления не может обеспечить хорошую избира-
тельность и высокую чувствительность, особенно в диапазонах корот-
ких и ультракоротких волн. Это объясняется тем, что по мере повыше-
ния частоты возрастает полоса пропускания резонансной цепи. Так,
полоса пропускания одиночного контура 2Д^и его добротность Q свя-
заны соотношением 2Af= fJQ, где fc - частота принимаемого сигнала.

Рис. 10.25. Структурная схема приемника прямого усиления
На высоких частотах полоса пропускания контура возрастает и,
кроме полезного сигнала, контур будет пропускать помеху.

Заметим, что сделать селективную цепь приемника прямого уси-
ления с прямоугольной или даже близкой к ней характеристикой прак-
тически невозможно, так как этот контур должен быть перестраивае-
мым. Фильтры, обеспечивающие прямоугольные характеристики, -
это многоконтурные системы, перестраивать которые одной ручкой
настройки невозможно. В связи с этим приемник прямого усиления
обладает плохой избирательностью.

Усилитель радиочастоты, осуществляющий усиление радиосигна-
лов с различными несущими частотами, при наличии неизбежной па-
разитной обратной связи (например, через источники питания или
паразитные емкости) может самовозбудиться и превратиться в авто-
генератор. Вероятность самовозбуждения растет с ростом частоты
и коэффициента усиления. Для повышения устойчивости работы УРЧ
его коэффициент усиления приходится ограничивать. Поэтому чувст-
вительность приемника прямого усиления оказывается относительно
низкой. Например, для того чтобы УРЧ обеспечил на входе детектора
необходимое для линейного детектирования напряжение около 0,1 В,
напряжение на его входе, характеризующее чувствительность, долж-
но быть не менее 1000 мкВ. Плохая избирательность и низкая чувст-
вительность, изменяющиеся в рабочем диапазоне частот, являются
существенными недостатками приемника прямого усиления, ограни-
чивающими его использование.

От указанных недостатков свободен супергетеродинный приемник
(рис. 10.26). Его отличительной особенностью является использова-
ние в нем преобразователя частоты, состоящего из смесителя (С) и
гетеродина (Г). На выходе преобразователя мы получаем промежу-
точную частоту, усиливаемую в дальнейшем усилителем промежу-
точной частоты (УПЧ).

Тракт радиочастоты

Рис. 10.26. Структурная схема супергетеродинного приемника
Преобразователем частоты называется устройство, предназна-
ченное для переноса спектра сигнала из одной области частот в дру-
гую без изменения амплитудных и фазовых соотношений между ком-
понентами спектра. Поскольку при таком переносе форма спектра
сигнала не меняется, то не будет меняться и закон модуляции сигна-
ла. Изменяется только значение несущей частоты сигнала fc, которая
становится равной некоторой преобразованной частоте /пр-

К преобразователю частоты кроме напряжения сигнала с частотой
fc подводится напряжение гетеродина (маломощного автогенератора)
с частотой fr. При взаимодействии этих напряжений в преобразовате-
ле частоты возникают составляющие различных комбинационных
частот, из которых используется только одна. Обычно используется
составляющая fnp = 4 - 4-

На практике значение fnp обычно меньше частоты несущей сигнала
4, но больше частоты модулирующего сигнала Fc. Поскольку преоб-
разованная частота fnp занимает промежуточное значение между fc и
Fc, то она называется промежуточной частотой.

Название «супергетеродин» составное (супер + гетеродин), в ко-
тором слово «гетеродин» указывает на характерный для супергете-
родинных приемников каскад - гетеродин. Этот каскад является неотъ-
емлемой частью преобразователя частоты. Приставка «супер» означает,
что в супергетеродинных приемниках преобразованная частота 4>р рас-
положена в области частот выше (сверх) частоты модуляции Fc.

Преобразование несущей частоты радиосигнала в промежуточную
приводит к улучшению фильтрации соседних каналов радиосвязи.
Например, пусть в антенне действует ЭДС сигналов с несущими час-
тотами А = 20 МГц (полезный сигнал) и f2 = 20,2 МГц (помеха). Отно-
сительная разность частот между станциями Д/7^ = (20,2-20)120 =
= 0,01 = 1%. Контур в радиочастотном диапазоне имеет добротность
от 20 до 50, т. е. относительную полосу пропускания 2...5%. В рас-
сматриваемом примере станция f2 отличается от избранной всего на
1% и поэтому будет создавать заметную помеху. Если произвести
преобразование несущей частоты то при частоте сигнала гетеро-
дина fr = 20,5 МГц получаются две промежуточные частоты fnpi =
= 20,5 - 20 = 0,5 МГц и fnp2 = 20,5 - 20,2 = 0,3 МГц, относительная раз-
ность между которыми Af/fi = (0,5—0,3)/0,5 = 40%. Как видно, относи-
тельная разность увеличилась от 1 до 40%. В этих условиях станция,
работающая на частоте f2, не будет помехой для фильтров преобра-
зователя частоты, настроенных на частоту fnp = 0,5 МГц, даже если их
добротность соизмерима с добротностью контуров УРЧ.

В супергетеродинных приемниках основное усиление и избира-
тельность осуществляются после преобразования частоты в усилите-
ле промежуточной частоты (УПЧ). Важным достоинством супергете-
родинного приемника является то, что в процессе его перестройки на
другую станцию промежуточная частота fnp не меняется. Достигается
это за счет того, что при перестройке приемника на другую частоту
сигнала fc одновременно изменяется частота гетеродина fr таким об-
разом, чтобы разность fr- fc= fnp осталась неизменной.

Следовательно, при перестройке супергетеродинного приемника
достаточно изменить резонансные частоты входной цепи, УРЧ и гете-
родина. Перестраивать УПЧ при этом не требуется. Поскольку УПЧ не
перестраивается, то его характеристики не меняются. При этом час-
тотная характеристика контуров УПЧ может быть получена достаточ-
но близкой к прямоугольной, так как в нем могут быть использованы
фильтры любой степени сложности. Именно по этой причине суперге-
теродинные приемники обеспечивают высокую избирательность.

Поскольку УПЧ работает на существенно более низкой частоте,
чем УРЧ, он может обеспечить существенно большее усиление, так
как усилительные свойства элементов улучшаются по мере пониже-
ния частоты. Кроме того, при снижении частоты уменьшится влияние
паразитных обратных связей, что способствует повышению коэффи-
циента устойчивого усиления УПЧ. Это позволит обеспечить высокую
чувствительность супергетеродинного приемника (около 1 мкВ).

Недостатком супергетеродинных приемников является наличие в них
побочных каналов приема, главным из которых является зеркальный.

Зеркальный канал имеет несущую частоту 4еРк, отличающуюся от
частоты полезного сигнала fc на удвоенную промежуточную частоту
4ерк = 4 + 2fnp (рис. 10.27). Частоты fc и 4ерк расположены зеркально
симметрично относительно частоты гетеродина fr. Разность между
4еРк и fr равна промежуточной частоте, как и в случае полезного сиг-
нала. Поэтому, если на преобразователь частоты поступают сигналы
станций fc и 4ерк, то на его выходе обе станции дадут напряжение
промежуточной частоты. Если сигнал частоты fe является полезным,
то сигнал частоты 4е(Ж, попавший на преобразователь, является по-
мехой. Очевидно, что ослабление помехи по зеркальному каналу
должно происходить до преобразователя частоты. Для улучшения из-
бирательности по зеркальному каналу промежуточная частота должна
быть высокой. Тогда несущие частоты fc и f3epK значительно различают-
ся. При этом коэффициент передачи входной цепи (она тоже обладает
резонансными свойствами) на частоте 4ерк существенно меньше, чем
на частоте 4, и сигнал «зеркальной» станции будет значительно по-
давлен входной цепью. При наличии в приемнике УРЧ зеркальная по-
меха дополнительно подавляется за счет избирательных свойств УРЧ.

Однако при высокой промежуточной частоте уменьшается коэф-
фициент устойчивого усиления УПЧ и расширяется его полоса про-
пускания, что приводит к снижению чувствительности приемника и его
избирательности по соседнему каналу. Как видно, требование к вели-
чине промежуточной частоты довольно противоречиво.
т	h ^ПР г 1 ^ПР г

____________IH1I1IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII	I lllllllllllllllllllllllllllll г
fc	fr	/эерк f

Рис. 10.27. К вопросу возникновения зеркальной помехи

Другим побочным каналом является канал, частота которого равна
промежуточной. Сигнал такой частоты, поступающий на вход преоб-
разователя, без каких-либо изменений попадает на УПЧ. Для его уст-
ранения радиовещательные станции не должны работать на проме-
жуточной частоте, а случайные помехи с частотами, близкими к про-
межуточной, должны быть подавлены соответствующими фильтрами
на входе приемника.

В бытовых радиовещательных приемниках несущая частота со-
ставляет 465 кГц, т. е. она расположена в «окне» между границами
радиовещательных диапазонов ДВ и СВ - 285,5...525 кГц.

В приемниках, работающих на магистральных линиях радиосвязи,
требуются более высокие чувствительность и избирательность, как по
соседнему, так и по зеркальному каналам. Это невозможно выпол-
нить при выборе одной промежуточной частоты, поэтому в таких при-
емниках применяют двойное преобразование частоты. При двойном
преобразовании частоты первую промежуточную частоту выбирают
достаточно высокой (около 1 МГц), за счет чего обеспечивается высо-
кая избирательность по зеркальному каналу. Вторая промежуточная
частота выбирается достаточно низкой (около 100 кГц), что позволяет
получить высокий коэффициент устойчивого усиления в каскадах УПЧ
и таким образом повысить чувствительность приемника при высокой
избирательности по соседнему каналу.

Контрольные вопросы

1.	Произведите классификацию радиоволн.

2.	Каковы общие свойства радиоволн?

3.	Как влияют Земля и атмосфера на распространение радиоволн?

4.	Чем отличается распространение радиоволн различных видов?

5.	В чем заключается сущность эффекта замираний на средних и коротких
волнах?

6.	Поясните общие принципы построения антенн.

7.	Как работает симметричный антенный вибратор?

8.	Какие типы антенн используются в различных частотных диапазонах?

9.	Как устроены фидеры антенн?

10.	Приведите функциональную схему радиопередатчика и поясните назна-
чение основных узлов.
11.	Какими показателями характеризуется радиопередатчик?

12.	Как можно классифицировать радиоприемные устройства?

13.	Какие параметры характеризуют работу радиоприемного устройства?

14.	Произведите сравнительную оценку приемника прямого усиления и су-
пергетеродинного приемника.

15.	Каким образом возникает «зеркальная» помеха и как можно ее умень-
шить?

16.	Из каких соображений выбирается значение промежуточной частоты в
супергетеродинном приемнике?
Глава 11. Система звукового вещания

11.1.	Некоторые определения

Вещанием называют организацию и распространение через сис-
темы, сети и средства электрической связи различных сообщений,
предназначенных для широких слоев населения и служащих целям их
информирования, идеологического воздействия, образования, куль-
турного воспитания и отдыха. Наряду с печатью вещание - одно из
средств массовой информации. Оно имеет большое общественно-
политическое значение как мощное средство воздействия на умы и
чувства людей.

По виду передаваемых сообщений различают звуковое и телеви-
зионное вещание, по используемым техническим средствам - радио-
вещание (РВ) и проводное (ПВ) вещание. Телевизионное проводное
вещание обычно именуют кабельным телевидением. По форме пере-
даваемых электрических сигналов вещание подразделяют на анало-
говое и цифровое.

В вещании тесно слиты две стороны - художественная, творче-
ская - формирование и исполнение содержания программ - и техни-
ческая - формирование и преобразование электрических сигналов,
отображающих содержание программ, и доведение этих сигналов до
потребителей. Поэтому определение вещания, как только отрасли
электросвязи является неточным, ибо исключает творческие вопросы
формирования программ и преобразования электрических сигналов
с целью решения художественных задач. Вещание принципиально
отличается от электросвязи тем, что в первую очередь служит целям
формирования и передачи художественной (эстетической) информа-
ции, а не только смысловой (семантической). Это принципиальное
отличие предъявляет совершенно иные технические требования к
качеству каналов и трактов вещания.

Особыми функциями вещания являются озвучивание больших от-
крытых пространств и помещений, звукоусиление (в частности, уси-
ление речи и музыки) в концертных залах, перевод речи на конфе-
ренциях и собраниях с многонациональным составом участников, пе-
редача оповещений службы гражданской обороны

Сообщения, подлежащие распространению, компонуются в тема-
тически однородные, законченные части или блоки, которые называ-
ются передачами, они выпускаются в соответствии с расписанием.
Различные виды передач (новости, репортажи, концерты, постановки
и т. д.) объединяются в последовательность, называемую програм-
мой вещания. В развитых странах, как правило, формируют и выпус-
кают несколько общенациональных программ, отличающихся по со-
держанию и по стилю. По форме собственности технических средств
существует:

-	государственное общенациональное радиовещание, к нему от-
носятся радиостанции, которые содержатся на средства всего обще-
ства и формируют программы, распространяемые по всей территории
России и за ее пределы. В их основную задачу в условиях рыночной
экономики в идеале входит удовлетворение нужд всего общества,
которые по тем или иным причинам не могут быть удовлетворены ча-
стными средствами массовой информации;

-	полугосударственное и некоммерческое частное радиовещание.
К этому типу радиовещания относятся радиостанции, которые финан-
сируются частично государством, частично спонсорами (владельца-
ми), частично за счет рекламы. В их задачу не входит (либо входит
в очень малой степени в качестве вспомогательной) коммерческая
деятельность как таковая;

-	коммерческое радиовещание - это частное радиовещание, кото-
рое имеет своей целью исключительно получение прибыли, поэтому
все программы этих средств массовой информации направлены на
удовлетворение вкусов различных целевых аудиторий; основной ис-
точник доходов здесь - рекламная деятельность.

По набору программ, их жанрам и соотношению последних в про-
граммах различают:

-	информационное радиовещание, при чисто информационном
типе вещания музыки в эфире практически не бывает. Обычно это
«закольцованные» выпуски новостей с постоянным обновлением ин-
формации по мере ее поступления и с рекламными вставками. Ино-
гда на некоторых радиостанциях к выпускам новостей добавляются
и короткие ток-шоу. Такого типа радиовещания в России пока не су-
ществует, однако он достаточно развит в США и Западной Европе;

-	информационно-музыкальное радиовещание, в этом случае со-
отношение информации и музыки где-то (60-70)...(30-40)%, т. е. 60-
70% информации, 30-40% музыки;

-	музыкально-информационное радиовещание, здесь соотноше-
ние информации и музыки меняется на противоположное: 30-40%
информации и 60-70% музыки;

-	музыкальное радиовещание, здесь количество информации,
включая короткие рубрики, выпуски новостей и рекламу, не превыша-
ет (10...25)% эфирного времени; остальное - музыка. К этому типу
вещания относится подавляющее большинство коммерческих радио-
станций.

Формат вещания - это стиль подачи, набор и порядок чередования
передач в программе, ориентированный на удовлетворение вкусов
определенной целевой аудитории слушателей. Главным признаком
определения целевой аудитории являются возраст, образование,
привычки и, как следствие, социальный статус слушателей. Основными
отличиями, определяющими формат, являются стилистика звучащей
в эфире музыки и имидж радиостанции, зависящие от многих факто-
ров. В первую очередь от так называемой «музыкальной одежды»
эфира, куда относятся джинглы, музыкальные заставки и шумы, мане-
ра работы ди-джеев (ведущих музыкальных программ), форма подачи
музыкального материала, его компоновка и микширование и т. п.

Наиболее крупные компании, контролируемые государством, с при-
влечением общественных акционеров, формируют в России общена-
циональные (Москва), республиканские (в столицах республик) и мест-
ные программы радиовещания для слушателей, проживающих на тер-
ритории России. Конечно, эти компании, прежде всего, отражают инте-
ресы государства, однако и они формируют свои программы, учитывая
настроения в обществе и рекомендации попечительских советов, со-
ставленных, как правило, из наиболее авторитетных в обществе лич-
ностей. В телерадиокомпаниях (ТРК) создаются также программы
внешнего вещания, предназначенные для слушателей, находящихся за
пределами нашей территории. Кроме этого, формируется и отдельная
программа для специалистов, работающих за рубежом.

Путь, по которому электрические сигналы вещания проходят от ис-
точников сигналов (микрофона, магнитофона, проигрывателя ком-
пакт-дисков, устройства воспроизведения оптической фонограммы
кинопроектора, электронного музыкального инструмента и т. д.) до
приемных устройств, называют электрическим каналом вещания.
Отдельные функционально законченные и организационно обособ-
ленные части электрического канала называют трактами, а более
мелкие членения - звеньями трактов.

По ГОСТ 11515-91 электрический канал ЗВ заканчивается на вы-
ходе радиопередатчика (в случае радиовещания) или на абонентской
розетке (при проводном вещании). Система ЗВ (рис. 11.1) включает
тракты формирования программ, их первичного (каналы доставки
программ к радиовещательным станциям) и вторичного распределе-
ния (сети радиовещательных станций и систем проводного вещания),
а также и тракты приема программ радиовещания (радиоприемные
и абонентские устройства слушателей).

Тракт формирования программ (ТФП) включает в себя оборудова-
ние студий и аппаратных радиодомов (РД) и телевизионных центров
(ТЦ), служащее для формирования, преобразования и усиления элек-
трических сигналов.

Тракт первичного распределения программ (ТПРП) содержит го-
родские соединительные линии (СЛ) и междугородные каналы ЗВ,
а тракт вторичного распределения (ТВРП) - оборудование радиове-
щательных передающих центров (радиопередатчики)и станций ПВ
(усилители, передатчики проводного вещания), а также линии ПВ.
Рис. 11.1. Составные части системы звукового вещания

Приемное оборудование (радиовещательные приемники и абонент-
ские устройства ПВ) выделяют в тракты приема программ.

Каждый способ звукового вещания - радиовещание и проводное
вещание - имеет свои преимущества и недостатки, проявляющиеся
в конкретных условиях. При выборе и построении системы ЗВ основ-
ную роль играют качество воспроизведения, устойчивость, надеж-
ность и экономичность. Например, при сравнительно малых расстоя-
ниях от источника программы до точек расположения приемных уст-
ройств и при их большой плотности, т. е. количестве устройств на
единицу площади территории, технические и экономические преиму-
щества имеет система ПВ. При больших расстояниях и малой плот-
ности более выгодной окажется система РВ.

Понятие сеть носит территориальный смысл. Под сетью понима-
ют распределение по обслуживаемой территории выбранных техни-
ческих средств вещания. Говорят, например, о сети междугородных
каналов звукового вещания (МКЗВ), сети радиовещательных станций,
централизованной или децентрализованной сети радио- или провод-
ного вещания. В первом случае территорию обслуживает одна радио-
станция или станция ПВ, во втором - несколько.

11.2.	Организация звукового вещания

Звуковым вещанием в России занимаются как государственные,
так и частные телерадиовещательные (ТРК) и радиовещательные
(РК) компании, а также Министерство Российской Федерации по де-
лам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций
(МПТР) и Министерство Российской Федерации по информационным
технологиям и связи.

В ведении ТРК и РК находятся вопросы подготовки и формирова-
ния программ ЗВ, определения суточного объема вещания в часах,
последовательности передач во времени, выбора технических средств
доставки радиовещательных программ слушателям.

Контрольные и регулирующие функции в звуковом вещании осу-
ществляют МПТР и Минсвязи. В ведении первого органа находится
разработка единых для всех участников «правил игры» на информа-
ционном поле, контроль за их соблюдением, государственная под-
держка социально значимых для общества проектов, разработка пла-
нов развития теле- и радиовещания в России. Одной из важнейших
его функцией является лицензирование телерадиовещания, прове-
дение конкурсов на получение лицензий на право вещания на выде-
ленных государством для этих целей частотах.

Одна из основных задач Минсвязи - регулирование деятельности
в области использования радиочастотного спектра и орбитальных
позиций спутников, используемых для трансляции программ теле- и
радиовещания, разработка частотных планов, территориально-
частотное планирование. Исключение составляют здесь только во-
просы присвоения радиочастот для целей телерадиовещания, что
входит в сферу деятельности МПТР. Иначе говоря, Минсвязи России
организует работу по планированию, назначению и учету радиочас-
тот, контроль за их использованием, разработку мероприятий и кон-
троль за обеспечением электромагнитной совместимости радиоэлек-
тронных средств, за мешающими радиовещанию помехами, включая
индустриальные, а также международно-правовую защиту радиочас-
тотного ресурса России.

Сети первичного распределения программ, на базе которых орга-
низованы каналы доставки программ к передающим средствам ра-
диовещания, и собственно сети радиовещательных станций ранее
находились в ведении Минсвязи России, позже они были включены в
состав Всесоюзной государственной телерадиовещательной компа-
нии (ВГТРК). Часть каналов доставки программ сдавалась в аренду
негосударственным компаниям в соответствии с действующими та-
рифами. В 2001 г. начались работы по созданию акционерных об-
ществ со смешанным капиталом, основной сферой деятельности ко-
торых является доставка теле- и радиопрограмм. Решение Президен-
та РФ об этом было принято еще 16 августа 2001 г., в соответствии с
которым в целях «...обеспечения передачи и распространения элек-
тронных СМИ, развития, реконструкции и эксплуатации технической
базы, необходимой для передачи и распространения телерадиове-
щательного сигнала, средств коммуникации и связи, совершенство-
вания функционирования сети распространения телерадиопрограмм,
формирования единого производственно-технического комплекса го-
сударственных телевизионных и радиовещательных сетей» было
создано федеральное унитарное государственное предприятие «Рос-
сийская телевизионная и радиовещательная сеть». Юрисдикцией над
всем телевизионным и радиопространством России это предприятие
стало обладать с 1 января 2002 г., когда фактически завершился
«развод» с ВГТРК, куда ранее в течение нескольких лет входили все
радиотелевизионные передающие центры (РТПЦ) страны.

Программы ЗВ готовят в редакциях, агентствах, творческих объе-
динениях, специализированных по жанрам. Например, существуют
редакции новостей, литературно-драматического вещания, спортив-
ных передач, экономики, вещания для детей, школьников и юношест-
ва и т. д. В редакциях определяют темы, направленность передач,
подбирают материалы, авторов, исполнителей, ведут режиссерскую
и репетиционную работы. Имеются координационные органы, зани-
мающиеся стратегией вещания, суточными, недельными, месячными
планами, взаимодействием разных программ. Отдел выпуска состав-
ляет расписание передач и реализует его. Отдел технического кон-
троля следит за техническим качеством вещания.

Передачи ведутся непосредственно в прямом эфире или в записи.
Соотношение этих двух видов передач определяется принятой в то
или иное время концепцией. Было время, когда прямые передачи со-
ставляли 5...10% всего времени вещания. В настоящее время это со-
отношение изменяется. Большее время уделяется новостям, эконо-
мической информации, актуальным передачам с места событий, диа-
логом со слушателями. Звуковое вещание все в большей степени
становится интерактивным.

Территория России имеет большую протяженность с запада на
восток. Она охватывает десять часовых поясов. Учитывая это, две
формируемые в Москве общенациональные программы «Радио-1» и
«Радио России» выпускаются в виде пяти дублей, причем дубли А, Б,
В и Г опережают основной дубль М соответственно на 8, 6, 4 и 2 часа.
Программы «Маяк» и «Орфей» распределяются по территории стра-
ны без сдвигов по времени.

11.3.	Структура каналов и трактов звукового вещания

Техническая база системы ЗВ состоит из нескольких функцио-
нальных частей - ТФП, ТПРП, ТВРП (см. рис. 11.1). Тракты формиро-
вания программ подразделяют на головной, находящийся в Москве,
республиканские, расположенные в столицах республик, входящих
в состав России, и местные - в краевых и областных центрах. В ТФП
Рис. 11.2. Структура головного центра ЗВ

ведут подготовку и выпуск программ, коммутацию сигналов программ
на входы СЛ, идущих на местные радиовещательные передающие
центры, к центральной станции проводного вещания (ЦСПВ). Аппа-
ратно-студийные комплексы (АСК) радиодомов содержат аппаратно-
студийные блоки (АСБ), в каждом из которых имеется студия и одна-
две аппаратные (например, записи и вещания), монтажная, трансля-
ционная, центральная аппаратная (соответственно МА, ТА, ЦА).

Структура головного звена системы ЗВ изображена на рис. 11.2.
В нее входят АСК, центральная коммутационно-распределительная
аппаратная (ЦКРА), центральная междугородная вещательная аппа-
ратная (ЦМВА), радиопередающие станции (РПС), земные станции
(ЗС) систем спутниковой передачи (ССП), магистральная сетевая стан-
ция (МСС) кабельных систем передачи (КСП), оконечные радиорелей-
ные станции (ОРЛС) радиорелейных систем передачи (РРЛСП). Рес-
публиканские, краевые, областные центры РВ имеют более простую
структуру (рис. 11.3). В нее входят МВА и КРА, АСК или радиовещатель-
ная аппаратная (РВА). Отсюда сигналы программ поступают на местные
РПС и ЦСПВ. Местные районные центры ЗВ (рис. 11.4) содержат пульт
районного вещания (ПРВ), расположенный на станции проводного ве-
щания СПВ, усилительные и передающие устройства и сеть ПВ.

Тракт первичного распределения программ включает городские
СЛ, МКЗВ, а также соответствующие аппаратные - коммутационно-

От
головного
центра

ССП

КСП

РРЛСП

Рис. 11.3. Структура республиканского
(краевого, областного) центра ЗВ
ПРВ СП в		спв	Сеть ПВ
			

Рис. 11.4. Структура местного
центра ЗВ

распределительную (в Москве - это
ЦКРА) и междугородную вещательную
(в Москве - ЦМВА). В ЦКРА осуществ-
ляется прием и контроль сигналов
программ, поступающих из АСК ТРК, и
передача их далее в ЦМВА, на радио-

передающие станции объединения «Радио» (производственное объ-
единение радиовещания ПОР-1) и ЦСПВ Московской городской ра-

диотрансляционной сети ПВ.

После ЦМВА сигналы программ поступают в магистральные кана-
лы распределения сигналов программ ЗВ. В ЦМВА обеспечивается
управление МКЗВ и их контроль. Частным случаем МВА является ре-
гиональная узловая магистральная вещательная аппаратная (РУ
МВА), которая входит в состав сетевого узла первичной сети между-
городной связи. Междугородная вещательная аппаратная располага-
ется на оконечной междугородной станции (ОМС) первичной сети,
находящейся в республиканских, краевых и областных центрах.

Сеть распределения программ ЗВ представляет собой вторичную сеть,
основанную на первичной сети связи, организованной на спутниковых,
кабельных и радиорелейных системах передачи. Она строится по ради-

ально-узловому принципу и делится на магистральную, внутризоновые и
местные сети.

Тракты приема программ (ТПП) образованы парком радиовеща-
тельных приемников и абонентских устройств ПВ.

Все большее место в ТПРП и ТВРП занимают спутниковые службы
связи (ССС). Регламентом радиосвязи предусмотрены два типа ССС
для целей вещания: фиксированная (ФСС) - часть тракта первичного

распределения программ звукового и телевизионного вещания; радиове-
щательная (РВСС) - часть тракта вторичного распределения программ.

В ФСС используют искусственные спутники Земли (ИСЗ), распо-
ложенные на геостационарной и высокой эллиптической орбитах, в
РВСС - только на геостационарной орбите. Фиксированная спутнико-
вая служба предназначена для связи между земными станциями (ЗС),
расположенными в определенных (фиксированных) точках террито-
рии. В отдельных случаях она включает в себя линии «Спутник -
спутник» и линии от ЗС до других служб спутниковой связи. Все поло-
сы частот, выделенные ФСС, предназначены для совместного ис-
пользования с другими службами радиосвязи.

По распределению частот земной шар разделен на три района:
первый включает в себя Европу, Африку, территорию бывшего СССР
и Монголию, второй - Северную и Южную Америку, третий - Азию
(кроме территории бывшего СССР и Монголии), Океанию и Австра-
лию. Выделенные для разных районов полосы частот занимают об-
ласть от 2 до 275 ГГц.
Рис. 11.5. Схема спутниковой системы ЗВ

В нашей стране на основе ФСС организованы каналы сети первич-
ного распределения программ ЗВ и ТВ. Это каналы передачи сигна-
лов ЗВ от передающих ЗС через ретранслятор ИСЗ к приемным ЗС и
далее на радиопередающие станции, станции проводного вещания,
кабельные и радиорелейные системы передачи (рис. 11.5). В России
основными системами ФСС являются «Орбита», «Орбита-2», «Орби-
та-2м», «Орбита-РВ», «РАБИТА», «Экран», «Экран-М», «Москва»,
«Москва-Глобальная». Земные станции этих систем действуют через
ИСЗ «Горизонт», «Экспресс», «Галс».

Наиболее крупные международные системы ФСС - Intelsat и Eutel-
sat (ECS - European Communication Satellite). На каждом ИСЗ уста-
новлены четыре передающих антенны. Одна формирует луч, направ-
ленный на Европу, вторая - Западно-европейский луч, третья - Вос-
точноевропейский, четвертая - Атлантический луч. Сигналы ЗВ при-
нимаются земными станциями и далее распределяются по кабель-
ным сетям Возможен прием и на индивидуальные спутниковые стан-
ции. Европейская система Astra создает сигнал по уровню, достаточ-
ный для приема на индивидуальные антенны диаметром 70 см.

За рубежом активно развиваются также системы непосредственно-
го спутникового вещания (НТВ) в полосах частот 0,62...0,79; 2,5...2,69;
11,7...12,2 (третий район); 11,7...12,5 (первый район); 12,2...12,7 (вто-
рой район); 22,5...23 (второй и третий районы); 40,5...42,5; 84...86 ГГц.
Системы НТВ действуют в Великобритании, Австрии, ФРГ, Италии,
Франции, Швейцарии, Скандинавских странах, Японии. Аналогичная
система создается и в нашей стране. Она получила название СТВ-12
(система телевизионного вещания в диапазоне 12 ГГц). В полосе час-
тот 11,7...12,5 ГГц размещено 40 частотных каналов с шириной поло-
сы 27 МГц каждый. В ФРГ разработана система цифрового спутнико-
вого РВ, получившая название DSR. Через каждый ствол ИСЗ TDF-1
и TV-SAT передается 16 стереофонических программ. В системах
РВСС могут быть образованы и обратные каналы, например для свя-
зи студентов с удаленным от них преподавателем.
11.4.	Стереофоническое радиовещание

Стереофоническое радиовещание можно организовать в любом
диапазоне волн. Однако для этого чаще всего используют диапазон
МВ (частоты 30...300 МГц), где можно обеспечить более высокие па-
раметры качества системы стереофонического радиовещания в це-
лом. Для передачи двух раздельных сигналов стереопары используют
один радиопередатчик, несущую которого модулируют по частоте так
называемым комплексным стереофоническим сигналом (КСС), пред-
варительно сформированным из сигналов стереопары. Весьма важ-
но, что стереопередачу можно принимать на монофонические радио-
приемники и получать при этом полноценное монофоническое звуча-
ние. Требование совместимости системы стереофонического радио-
вещания с монофонической является обязательным. Более того, это
требование должно выполняться уже на этапе создания стереофони-
ческой фонограммы, что предполагает возможность формирования
полноценного монофонического сигнала путем суммирования левого
и правого сигналов стереопары. Кроме того, полоса частот радиока-
нала при стереопередаче не должна существенно расширяться по
сравнению с полосой частот, занимаемой монофоническим передатчи-
ком, так как в противном случае уменьшается зона обслуживания. И,
наконец, расходы на реконструкцию передатчиков и стоимость радио-
приемной аппаратуры должны окупаться приростом качества звучания.

В России и ряде стран СНГ для передачи программ стереофони-
ческого радиовещания используют диапазоны частот 65,8...74 и
87,5...108 МГц, в большинстве стран Западной Европы и США
87,5...108 МГц, в Японии 76...88 МГц.

Международным союзом по электросвязи для организации сте-
реофонического радиовещания в диапазоне МВ рекомендованы три
системы: отечественная, работа которой основана на принципе по-
лярной модуляции; американская с пилот-тоном, разработанная
фирмой «Зенит-Дженерал-Электрик», и шведская (предложенная
значительно позже первых двух).

Идея полярной модуляции понятна из рис.11.6, а, на котором поло-
жительные полупериоды (полюсы) колебаний модулированы по ампли-
туде одним сигналом, а отрицательные полупериоды - другим. Поэто-
му верхняя и нижняя огибающие полярно-модулированного колебания
(ПМК) несут два вида информации - от левого и от правого микрофонов.

Спектральный анализ ПМК показывает, что в его спектре содер-
жатся звуковые частоты (рис.11.6, б), вследствие чего такой сигнал не
может непосредственно излучаться антенной передатчика. Поэтому
полярно-модулированным сигналом модулируют по частоте несущую
УКВ передатчика. Сам же полярно-модулированный сигнал получают,
модулируя поднесущую 31 250 Гц.
a

Рис. 11.6. Принцип полярной модуляции (а) и спектр полярно
модулированного сигнала (б) при модуляции двумя частотами

Отметим, что монофонический приемник может воспроизвести
только звуковую часть спектра ПМК, поэтому, если в области звуко-
вых частот передавать только сигнал А (или В), звучание будет не-
полноценным, поскольку содержит информацию только о левой (или
правой) части сцены. Чтобы удовлетворить требованию совместимо-
сти, в полосе звуковых частот передается сумма сигналов Д + В, а в
диапазоне ультразвуковых частот - информация о разностном сигна-
ле А - В (рис. 11.7, а).

Прежде чем промодулировать несущую частоту передатчика, необ-
ходимо подвергнуть ПМК дополнительной обработке. Необходимость в
этом обусловлена тем, что по действующим стандартам максимальная
девиация частоты передатчика ограничена значением 50 кГц как в мо-
но-, так и в стереорежиме. Поэтому при модуляции несущей частоты
полярно-модулированным колебанием значительная часть девиации
несущей (более 50%) приходится на передачу поднесущей. Это приве-
дет к тому, что прием стереофонической передачи на обычный прием-
ник будет производиться с уменьшением громкости (на 7 дБ) по срав-
нению с громкостью обычной монофонической передачи.

0,03	15	16,25	31,25	46,25 f кГц

a

А+В	А-В

0,03	15	16,25	31,25	46,25 /, кГц

б

Рис. 11.7. Спектр полярно-модулированного (а)
и комплексного стереосигнала (б)
Стереомодулятор

Рис. 11.8. Структурная схема передающего тракта системы
стереофонического радиовещания (ЦПП - цепь подавления поднесущей)

Для устранения этого недостатка в полярном модуляторе произво-
дится частичное подавление поднесущей частоты, т. е. уменьшение ее
амплитуды в 5 раз (14 дБ). В этом случае обеспечивается почти полная
совместимость: уменьшение громкости приема стереопередачи по
сравнению с монофонической программой составляет 2 дБ, что почти
не заметно для человеческого слуха. Спектр ПМК с частично подав-
ленной поднесущей показан на рис. 11.7, б. Для повышения помехоза-
щищенности сигналов А и В в области верхних частот, где уровень
спектральных составляющих существенно меньше, чем на средних
частотах, введена RC-цепь предыскажений сигналов А и В стереопа-
ры, ее постоянная времени стандартизована и составляет 50 мкс.
Именно этот сигнал называется комплексным стереосигналом (КСС).

Структурная схема передающего тракта отечественной системы
стереофонического радиовещания приведена на рис.11.8.

В американской системе (она называется системой с пилот-тоном)
также формируется комплексный стереосигнал. Его спектр (рис.11.9, а)
тоже содержит две части: низкочастотную, представляющую собой
сумму А + В сигналов стереопары, и надтональную - АМ колебание
с полностью подавленной поднесущей. Частота поднесущей в амери-
канской системе выбрана равной 38 кГц. Чтобы иметь возможность
точно восстанавливать частоту поднесущей на приемной стороне
системы, в спектре КСС дополнительно введен пилот сигнал частотой
19 кГц, передаваемый уровнем в 10 раз ниже номинального.

Уменьшение громкости при приеме на монофонический приемник
в системе с пилот-тоном составляет всего 1 дБ. Однако в системе с
пилот-тоном устройства разделения стереофонических сигналов более
сложные из-за наличия системы синхронизации поднесущей частоты.

Отличие шведской системы стереофонического радиовещания от
отечественной и американской заключается в том, что поднесущая
частота модулируется не по амплитуде, а по частоте рис.11.9, б).
Кроме того, сигнал А-В для повышения его помехозащищенности
и

ЧМ

А-В

f, кГц

А+В

0,05

15

33,5
б

/кГц

Рис. 11.9. Спектр частот американской системы
с пилот-тоном (а) и шведской системы ЧМ-ЧМ (б)

подвергается компандированию (канал А- В стереомодулятора со-
держит компрессор, а стереодекодер - экспандер).

11.5.	Цифровое радиовещание

Варианты технической реализации цифрового радиовещания.
Высокие потребительские характеристики сети многопрограммного
высококачественного цифрового радиовещания определяют слож-
ность реализации таких систем. В частности, это связано с:
- необходимостью обеспечить надежный высококачественный прием
не только стационарными, но и мобильными (переносными и уста-
новленными на подвижном объекте) приемниками в условиях ин-
тенсивной городской застройки и горной местности, т. е. в многолу-
чевом канале с частотно-селективными замираниями;

-	стремлением обеспечить высокую удельную скорость передачи
информации, т. е. высокую эффективность использования отве-
денной полосы частот;

-	ограниченными энергетическими ресурсами, особенно при исполь-
зовании спутниковых ретрансляторов;

-	жесткими ограничениями на сложность и стоимость бытового циф-
рового приемника.

Данные табл. 11.1 иллюстрируют теоретически возможные вари-
анты технической реализации системы ЦРВ. Каждый из указанных
здесь вариантов решения той или иной проблемы цифрового радио-
вещания имеет свои достоинства и недостатки. Выбор в пользу кон-
кретного технологического решения может быть сделан только на ос-
нове анализа технико-экономических показателей с учетом высоких
потребительских требований к сети многопрограммного высококаче-
ственного цифрового радиовещания.
Таблица 11.1. Возможные варианты технической реализации
системы ЦРВ

Узловые проблемы реализации систем ЦРВ	Возможные варианты решения
Метод представления сигнала ЗВ в цифро- вой форме	а)	кодирование формы сигнала во времени;  б)	кодирование сигнала в частотной области
Способ организации общего (суммарного) цифрового потока	а)	временное уплотнение (ВРК) - последовательная передача;  б)	частотное уплотнение (ЧРК) - параллельная передача с вариантами, отличающимися числом поднесущих
Метод защиты радио- канала от ошибок	а)	помехоустойчивое кодирование;  б)	маскирование (интерполяция);  в)	перемежение: по времени; по частоте; по времени и по частоте
Способ борьбы с многолучевостью в радиоканале	а)	расширение базы сигнала, т. е. переход к состав- ным (широкополосным) сигналам;  б)	направленные антенны;  в)	последовательные адаптивные алгоритмы;  г)	алгоритмы, связанные с увеличением длительности посылок и введением защитных интервалов
Тип модуляции	а)	многократная квадратурная АМ (КАМ);  б)	относительная фазовая манипуляция (ОФМ): однократная (ОФМ-2) или двукратная (ОФМ-4);  в)	ЧММС (ЧМ с минимальным сдвигом)
Вариант организации вещательной сети сплошного покрытия	а)	одночастотная (количество частот, используемых на обслуживаемой территории, N=1);  б)	малочастотная (Л/= 3...7);  в)	многочастотная (Л/= 9...31);  г)	сеть, у которой N > 1, а разнос несущих меньше полосы;  д)	сеть, у которой N > 1, а разнос несущих больше полосы

Возможно использование разных методов передачи и приема, ко-
дирования сигнала и канала, вариантов организации вещательной
сети, других частных решений отдельных подсистем и элементов сис-
темы. Однако возможность реализации всех известных систем ЦРВ
однозначно определяется достигнутым уровнем частотной (спек-
тральной) и энергетической эффективности радиосистемы передачи
(РСП) звукового вещательного сигнала. В свою очередь, частотно-
энергетическая эффективность РСП определяется:

-	эффективностью процедуры компактного представления звукового
вещательного сигнала;

-	эффективностью модуляции;
-	эффективностью принятых методов формирования радиосигнала и
его демодуляции/декодирования.

Рассмотрим далее и обоснуем технические решения, принятые в
наиболее распространенных и проверенных практикой системах ЦРВ.

Разновидности цифровых систем эфирного радиовещания и
их сравнительный анализ. Принципиально возможны следующие
цифровые системы эфирного радиовещания с приемом, как на ста-
ционарные, так и на мобильные цифровые радиоприемники:

-	системы наземного ЦРВ, подразделяющиеся на системы, рабо-
тающие на частотах ниже 30 МГц и в диапазонах ОВЧ и УВЧ;

-	системы непосредственного (т. е. прямого спутникового) ЦРВ (НЦРВ)
с приемом сигнала на бытовой радиоприемник;

-	комбинированные системы ЦРВ, содержащие технические средст-
ва первых двух систем. В этом случае система ЦРВ может быть
реализована как смешанная (гибридная) наземно-спутниковая сис-
тема (НСС), в которой используется маломощная распределитель-
ная сеть для увеличения зоны обслуживания ИСЗ. НСС, как прави-
ло, предполагает использование одного и того же частотного диа-
пазона спутниковыми и наземными службами.

В табл. 11.2 представлены сведения об основных системах ЦРВ
разных частотных диапазонов и вариантов построения.

Архитектура системы ЦРВ (в общем случае, комбинированной)
представлена на рис. 11.10. Здесь: 1 - центр управления системой
вещания, 2 - основная станция передачи программ на ИСЗ, 3 - бор-
товой ретранслятор ИСЗ, 4 - мобильная приемная установка, 5 - ста-

Таблица 11.2. Системы ЦРВ и их основные характеристики

Наименование системы	Вариант построения			Диапазон рабочих частот	Возможность мобильного приема
	Назем- ная	НЦРВ	НСС		
T-DAB (Eureka 47/DAB)	+	-	—	ОВЧ + УВЧ (-1,5 ГГц)	Гарантирована
DRM		+	—	—	нч, сч, вч	Гарантирована
AM IBOC DSB	+	—	—	сч	Гарантирована
IBAC и IBOC	+	—	—	ОВЧ	Ограничена
S-DAB (Media-Star)	—	+	+	УВЧ	Ограничена
World Space	—	+	—	УВЧ	Ограничена
Sirius Satellite Radio	-	+	+	УВЧ	Отсутствует
XM Satellite Radio	—	+	+	УВЧ	Отсутствует
DSR	—	+	—	СВЧ	Отсутствует
ADR	—	+	—	СВЧ	Отсутствует
Digital System E	—	+	+	УВЧ	Отсутствует
ционарная приемная установка, 6 - антенны дополнительной назем-
ной сети, где осуществляется переизлучение сигналов ИСЗ.

Функционирование такой системы может выглядеть следующим
образом. Несколько звуковых программ, сформированных различны-
ми студиями, объединяются в единый цифровой поток на входе мо-
дулятора передающей станции 2. В результате сформированный банк
вещательных программ транслируется на бортовой ретранслятор
ИСЗ 3. Здесь, после демодуляции, возможно демультиплексирование
единого цифрового потока - с целью формирования локальных набо-
ров (пакетов) звуковых программ из общего банка программ для кон-
кретной зоны вещания - в соответствии с командами, поступающими
из центра управления системой вещания 1. Сформированный ло-
кальный цифровой поток поступает далее на модулятор бортового
ретранслятора, а модулированный СВЧ сигнал излучается затем ан-
тенной системой (как вариант - многолучевой) ИСЗ в сторону Земли.

В принципе, любые системы радиовещания можно разделить на
две категории:

-	системы, требующие для функционирования выделения отдельно-
го частотного диапазона, свободного от других радиослужб;

-	системы, для работы которых это не является необходимым усло-
вием.

Наиболее совершенной из разработанных ныне систем ЦРВ, отно-
сящейся к первой категории, является Eureka 147/DAB. Для функцио-
нирования этой системы требуется выделение в диапазоне частот от
30 МГц до 3 ГГц полосы частот шириной не менее 1,54 МГц на один
комплексный сигнал ЦРВ (так называемый DAB-блок или ансамбль),
который может содержать, например, шесть высококачественных сте-
реофонических программ и различную дополнительную информацию.

Ко второй категории относятся системы ЦРВ IBAC и IBOC, разрабо-
танные в США. Они предназначены для работы в диапазонах ОВЧ
88...108 МГц и СЧ 525...1608 кГц - одновременно с существующими
аналоговыми ЧМ и АМ радиостанциями, вещающими в этих же диапа-
зонах. Система IBAC работает в ОВЧ диапазоне в режимах использо-
вания соседнего канала (по отношению к действующему аналоговому
ЧМ радиоканалу) или резервного канала. Первый режим называется In-
Band Adjacent Channel (IBAC), второй - In-Band Reserved Channel
(IBRC). Цифровой сигнал занимает один свободный ЧМ канал шириной
200 кГц. В нем могут передаваться с высоким качеством одна звуковая
стереофоническая программа и дополнительная информация.

Система IBOC также предназначена для работы в ОВЧ диапазоне,
но в канале, совмещенном с каналом аналогового ЧМ вещания (In-
Band On Channel - IBOC), что дословно переводится как «внутридиа-
пазонная, передаваемая в том же канале». Как и в предыдущей сис-
теме, в цифровом сигнале может передаваться одна высококачест-
венная звуковая стереопрограмма и дополнительная информация.
Спектр радиочастотного цифрового сигнала располагается либо в
двух полосах частот шириной 73,5 кГц каждая, симметрично относи-
тельно несущей ЧМ сигнала, либо в одной из боковых полос - верх-
ней или нижней.

Система ЦРВ AM IBOC DSB, предназначенная для радиовеща-
тельных диапазонов, где традиционно используется амплитудная мо-
дуляция, по утверждению разработчиков, гарантирует передачу сте-
реофонических программ с качеством, близким к качеству звучания
компакт-диска. При этом используется АМ радиопередатчик, переда-
ча ведется в одном канале с такой же аналоговой монофонической
программой, причем уровень цифрового сигнала устанавливается на
25 дБ ниже уровня передачи аналогового сигнала.

С целью проведения сравнительного анализа технических воз-
можностей и характеристик различных систем ЦРВ в 1995-1996 гг. в
США под эгидой Ассоциации электронной промышленности были про-
ведены их лабораторные и полевые испытания.

Испытаниям были подвергнуты системы ЦРВ четырех типов, разра-
ботанные в течение последних нескольких лет: Eureka 147/DAB, IBAC,
IBOC, а также система VOA/JPL (ITU-R System В), предназначенная
для непосредственного спутникового вещания в диапазоне частот
2311...2360 МГц (эта система не включена в табл. 11.2, поскольку она
так и не вышла из стадии испытаний). При тестировании оценивались:
совместимость с другими (цифровыми и аналоговыми) системами, ус-
тойчивость приема сигналов в разных условиях приема, качество зву-
ковоспроизведения и возможность передачи данных. По результатам
проведенных испытаний были сделаны следующие общие выводы.

1.	Системы типа IBOC обладают рядом фундаментальных недос-
татков:

-	отсутствие устойчивости к помехам, вызванным многолучевым
распространением сигналов (что делает эти системы непригодны-
ми для пользователей на подвижных объектах или в любых других
местах, где возможен прием отраженных сигналов);

-	неприемлемое ухудшение параметров сигнала ведущей ЧМ радио-
। станции, что приводит к несовместимости данной системы с суще-
ствующими радиовещательными ЧМ приемниками (а их общее
число у потребителей достигает десятков миллионов единиц).

Общим недостатком для систем IBOC и IBAC является наличие
взаимных помех между цифровыми и аналоговыми сигналами, пере-
даваемыми в пределах ОВЧ диапазона 88...108 МГц в одних и тех же
или близко расположенных каналах. Это приводит к невозможности
для указанных систем удовлетворительно работать при существую-
щем распределении частот, а также усугубляет их несовместимость с
ЧМ приемниками. Учитывая эти недостатки, комиссия сделала вывод
о непригодности систем для организации высококачественного циф-
рового звукового вещания.

2.	Система непосредственного спутникового вещания VOA/JPL
также обладает низкой устойчивостью к помехам, вызванным много-
лучевым распространением сигналов. Кроме того, эта система не
обеспечивает возможность приема сигналов в отсутствии прямой ви-
димости между приемной антенной пользователя и ИСЗ при наличии
блокирующих препятствий (зданий, деревьев, холмов и т. д.). Эти не-
достатки обусловливают непригодность данной системы для обслу-
живания пользователей, находящихся, например, в движущихся ав-
томобилях в городских условиях, в лесу или в горах.

3.	На основании проведенных испытаний экспертная комиссия
сделала следующий общий вывод: из всех тестируемых систем толь-
ко Eureka 147/DAB обеспечивает те параметры качества звучания и
устойчивости приема сигналов, которые радиослушатели ожидают от
новой службы цифрового звукового радиовещания. Эта система не
имеет достойных конкурентов, завоевала широкое признание и вне-
дряется не только в европейских, но и во многих других странах мира.

Типовая функциональная схема системы ЦРВ. Несмотря на
разнообразие возможных вариантов построения систем ЦРВ (спутни-
ковые, наземные, кабельные), можно выделить типовую структуру
трактов формирования, передачи и приема сигналов ЗВ (рис. 11.11, а -
передающая часть системы; б - приемная часть). В зависимости от
варианта построения системы, используемого диапазона частот и ко-
личества передаваемых в одном блоке звуковых программ меняются
методы преобразования, кодирования и модуляции сигналов. Рас-
сматриваемая здесь типовая схема будет в дальнейшем (уточнена на
примерах конкретных систем.

Сигналы ЗВ, поступающие в тракт формирования в аналоговой
форме, подвергаются аналого-цифровому преобразованию (АЦП).
Звуковые программы, поступающие в тракт формирования в цифро-
вой форме, как правило, имеют частоту дискретизации (ЧД) 48 или
44,1 кГц. Частота 48 кГц является стандартной для цифровой студий-
ной аппаратуры, используемой при подготовке программ ЗВ. Если же
используются CD-фонограммы, то ЧД, равная 44,1 кГц, преобразуется
в преобразователе частоты дискретизации (ПЧД) к номинальному
значению, принятому в конкретном варианте построения системы ЦРВ.

Аналоговый выход

б

Рис. 11.11. Типовая функциональная схема системы ЦРВ
Далее цифровые сигналы звуковых программ и данные подвергают-
ся индивидуальному кодированию соответственно в кодерах источника
(КИ) и кодере данных (КД). В современных версиях систем ЦРВ ис-
пользуются кодеки источника с устранением избыточности. Высокоэф-
фективные алгоритмы сжатия таких кодеков (в частности, система
MUSICAM) обеспечивают многократное сжатие звуковой информации
при сохранении субъективно высокого качества передачи звука.

Следующим этапом обработки компактно представленных сигна-
лов звуковых программ и данных является их канальное преобразо-
вание: скремблирование, помехоустойчивое кодирование и переме-
жение по времени. Хотя различные схемы кодеров канала (КК) очень
непохожи друг на друга, все они характеризуются использованием
значительного объема дополнительных, или избыточных, символов.
Кодеру канала в системах ЦРВ всегда сопутствует блок временного
перемежения (БВП), предназначенный для преобразования пакетов
ошибок в канале с замираниями в одиночные ошибки. Канальное ко-
дирование предваряет скремблирование индивидуальных цифровых
потоков. Основная цель этой процедуры - превратив цифровой сиг-
нал в квазислучайный, облегчить решение задач синхронизации.

Полученные в результате индивидуального кодирования цифровые
потоки звуковых программ и данных подвергаются третьему этапу
обработки, включающему мультиплексирование, а также системную
организацию и управление. Так, чтобы обеспечить синхронизацию
приемника, парциальные цифровые потоки, поступающие на главный
служебный мультиплексор (MUX), собираются в циклы определенной
длительности (фреймы) с определенной последовательностью со-
ставных частей. Каждой звуковой программе, передаваемой по кана-
лу передачи звуковых сигналов, или информации, передаваемой по
каналу данных, соответствует свой временной интервал во фрейме.

Работой мультиплексора управляет контроллер MUX, причем ре-
жим мультиплексирования может при необходимости изменяться в
соответствии с заданной программой. В системах Т-DAB и DRM, что-
бы обеспечить минимальную задержку доступа к передаваемым сиг-
налам при их приеме, точная информация о текущем режиме мульти-
плексирования (например, данные для выбора требуемой программы)
передается по каналу быстрой информации (FIC). В этом канале дан-
ные не подвергаются перемежению и потому не претерпевают за-
держки.

Следующим этапом является формирование сигнала ЦРВ, предна-
значенного для последующей передачи в эфир. В самом общем случае
для этого необходимы модулятор (Мод) и синтезатор частоты (СЧ).

С выхода модулятора сигналы ЦРВ поступают в тракт радиопере-
дающего устройства (РПдУ), где усиливаются по мощности и излуча-
ются в эфир в выделенной для вещания полосе частот.
В тракте приема сигналов ЦРВ (рис. 11.11, б) выполняются опера-
ции обратные тем, которые выполнялись в тракте передачи. Сигнал,
принятый антенной, поступает на вход тюнера, который обеспечивает
выделение сигналов определенного диапазона частот, их усиление,
преобразование по частоте и фазовую и дифференциальную демоду-
ляцию суммарного потока. С выхода демодулятора тюнера цифровой
поток демультиплексируется (DEMUX) на ряд компонентных потоков,
каждый из которых последовательно претерпевает временное депере-
межение (ВДП), коррекцию ошибок в декодере канала (ДКК) и деск-
ремблирование (ДСКР). Данные с выхода этого блока обрабатываются
в декодере источника (ДКИ), а в канале данных - в декодере данных.
Восстановленные ИКМ-отсчеты передаваемой программы поступают
далее на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) для преобразова-
ния в звуковые монофонические или стереофонические сигналы.

Приемник обеспечивает одновременное декодирование более чем
одной канальной компоненты многопрограммного группового цифро-
вого потока, например, звуковой программы параллельно с сервисной
информацией.

Системный контроллер приемника взаимодействует с интерфей-
сом пользователя и управляет приемником в соответствии с коман-
дами пользователя и информацией, сопутствующей передаче звуко-
вых программ, или поступающей по каналу FIC (в системах Т-DAB и
DRM).

Далее рассмотрим более подробно особенности некоторых систем
ЦРВ.

Аналого-цифровая система спутникового радиовещания
формата ADR. Этот формат пользуется популярностью у слушате-
лей и рекламодателей в Европе: не менее 0,5 млн. владельцев спут-
никовых антенн имеют возможность принимать более 85 цифровых
программ ADR (Astra Digital Radio).

Структура системы ADR в упрощенном виде представлена на
рис. 11.12, а. Сигналы РВ и звукового сопровождения ТВ передаются
здесь на поднесущих частотах (рис. 11.12, б). Поднесущие располо-
жены в полосе частот от 6,12 до 8,46 МГц с интервалом 180 кГц. На
поднесущих частотах 7,02 и 7,2 МГц передаются в аналоговой форме
левый L и правый R сигналы стереофонического сопровождения те-
левизионной программы. Для этого используется ЧМ с девиацией
±50 кГц. Для увеличения отношения сигнал/шум до модуляции звуко-
вые сигналы в этих каналах (7,02 и 7,2 МГц) на передающей стороне
системы подвергаются предыскажению с постоянной времени 50 или
75 мкс и компрессии. При радиоприеме после демодуляции (ЧД) ана-
логовая пара сигналов проходит экспандер системы Panda-1 и далее
цепь компенсации частотных предыскажений. Эти дополнительные
устройства на рис. 11.12, а не показаны.
Сигнал изображения

Стереофоническое
сопровождение
ТВ программ

ЧМ

MPEG
кодер

Звуковые
сигналы
радиовещания

ADR-радио

MPEG
кодер

MPEG
кодер

ФМ

ЧМ

ФМ

ФМ

ЧМ-1 -

Сигнал изображения

R —

Звуковые сигналы РВ

MPEG
декодер

ФДМ

_ пч-звк
РВ

ПЧ

/ РЧ

ЧД

ИСЗ

- УРЧ

ПЧ/
ХуПЧ2

- УПЧг

Выбор звуковых
каналов радиовещания

Рис. 11.12. Система ADR: а - структурная схема передающей и приемной
частей; б - спектр модулирующего сигнала системы

L

R

1

На остальных поднесущих частотах системы ADR передаются в
цифровой форме сигналы стереофонического РВ. При этом для пе-
редачи каждого сигнала стереопары используется отдельная подне-
сущая частота и фазовая модуляция 4-ФМ (4-PSK, Phase Shift
Keying). До модуляции звуковые сигналы проходят кодер источника
стандарта MPEG-1 ISO/IEC 11171-3 Layer 2, где устраняется прису-
щая им после первичного кодирования избыточность. На выходе ко-
дера скорость цифрового потока составляет 128 кбит/с на канал. По-
лоса частот радиоканала для любой поднесущей частоты равна 130
кГц, а полоса частот звуковых сигналов составляет 40...15000 Гц. По-
еле модуляции (ЧМ и PSK-M) эти сигналы суммируются, образуя сиг-
нал, спектр которого изображен на рис. 11.12, б, и поступают на час-
тотный модулятор (ЧМ-1), затем преобразователем частоты (ПЧ) пе-
реносятся на частоту радиоканала (РЧ), усиливаются УРЧ и переда-
ются на спутник (ИСЗ).

DSR - цифровое спутниковое радиовещание. Впервые циф-
ровое спутниковое радиовещание в формате DSR (Digitale
Satelliten Radio) было продемонстрировано в Берлине на междуна-
родной выставке в 1989 г. В цифровом потоке системы DSR пере-
даются 16 стереофонических программ радиовещания с общей
скоростью 20,48 Мбит/с. Суммарная ширина полосы частот радио-
канала составляет 14 МГц. Так как спутниковые каналы имеют
обычно полосу частот 27 или даже 36 МГц, то передача радиосиг-
нала системы DSR не имеет проблем в части, касающейся требуе-
мой полосы пропускания.

Общая структурная схема системы радиовещания в формате DSR
показана на рис. 11.13. Исходные стереофонические сигналы (1,2,...,
16) преобразуются из аналоговой в цифровую форму. Для этой цели
обычно используется частота дискретизации 48 кГц, равномерное
квантование и кодирование ЗС с разрешением 16 бит/отсчет. Полоса
частот каждого исходного звукового сигнала составляет 20...20 000 Гц,

Дополнительные цифровые данные

Входные
аналоговые
стереофони-
ческие
сигналы

— АЦП!

— АЦП2

DSR-
кодер

ИСЗ

УРЧ

ПЧ /

Хупч

-* АЦП16

DQPSK-
модулятор

Рис. 11.13. Упрощенная структурная схема системы
спутникового радиовещания в формате DSR
что является стандартным значением для аппаратуры студийного
тракта. После первичного кодирования 16-битовые кодовые слова
отчетов каждого звукового сигнала преобразуются в кодере DSR с
использованием метода плавающей запятой в 14-битовые кодовые
слова уже с частотой дискретизации 32 кГц. Полоса частот каждого
ЗС после этого преобразования составляет уже 20...15 000 Гц. Это
делается для того, чтобы согласовать параметры звуковых каналов с
линиями передачи цифровых данных. В кодере DSR цифровые пото-
ки индивидуальных каналов подвергаются также помехоустойчивому
кодированию и форматированию, образуя цифровые потоки кадров А
и В, каждый со скоростью 10,24 Мбит/с. Далее эти потоки скрембли-
руются и поступают на DQPSK-модулятор (Differential Quadrature
Phase Shift Keying). Выходной сигнал модулятора усиливается на
промежуточной частоте (УПЧ). При помощи преобразователя частоты
ПЧ он переносится на несущую частоту радиоканала и после усиле-
ния радиочастоты (УРЧ) излучается антенной на бортовой ретрансля-
тор, установленный на искусственном спутнике Земли (ИСЗ). В при-
емной установке выполняются обратные преобразования.

DAB - цифровое звуковое вещание. В Европе аналоговое сте-
реофоническое радиовещание с частотной модуляцией дополняется
цифровой системой радиовещания (Digital Audio Broadcasting, DAB).
Система DAB предназначена для доставки высококачественных циф-
ровых звуковых программ и данных, передаваемых наземными
и спутниковыми передатчиками в диапазонах частот 174...252 (DAB-T)
и 1452...1492 (DAB-S) МГц, а также распределяемых через кабельные
сети (DAB-C) и принимаемых автомобильными, переносными и ста-
ционарными приемниками цифровых сигналов. Она разработана
с учетом реализации методов эффективного использования спектра
и излучаемой мощности при частотном планировании наземной пере-
дающей сети, получившей название «одночастотная сеть» (Single
Frequency Network, SFN), а также с учетом применения маломощных
ретрансляторов, работающих на единой частоте передачи и приема
(gap filler) и обеспечивающих уверенный прием цифрового сигнала в
«мертвых» зонах городов с разноэтажной застройкой. Эта система
реализована и в виде спутниковой, а также в виде гибридной (сме-
шанной) спутниково-наземной системы радиовещания с использова-
нием простой практически ненаправленной приемной антенны. Сис-
тема DAB удовлетворяет необходимым требованиям совместной ра-
боты с другими службами радиосвязи.

Типичным для распространения сигналов МВ является то, что эти
сигналы попадают на приемник несколькими путями, т. е. не прямо, а
обходными путями с запаздыванием по времени. Эти отражения от
зданий, гор, разнообразных движущихся объектов и т. д. интерфери-
руют с прямым сигналом и, конечно же, друг с другом. Следствием
этого являются глубокие провалы амплитуды поля в точке приема
для узких областей частот. Частоты провалов зависят от места прие-
ма. Они приводят к появлению помех, которые особенно заметны при
мобильном приеме, например в автомобиле. Из-за малого количества
предоставленных в распоряжение передатчиков радиовещания час-
тотных диапазонов в международном масштабе договорились об их
полосе и загрузке. Чтобы обеспечить прием на большой территории,
предлагается вместо мощного центрального передатчика использо-
вать маломощные пространственно рассредоточенные передатчики.
Поэтому возникает проблема многолучевого приема. К настоящему
времени уже накоплен большой опыт в области мобильной цифровой
связи. Многолучевость при радиоприеме является в системе DAB
скорее достоинством, чем недостатком. Благодаря передаваемым
контрольным сериям приемник может идентифицировать сигналы с
различной задержкой и вновь сложить их после ее компенсации. Тем
самым становится возможным не только устранение помех, вызван-
ных многолучевостью, но и увеличение полезной мощности сигнала
при радиоприеме.

Вместо большого числа обычных узкополосных каналов передачи
в системе DAB используются широкополосные каналы с одновремен-
ной передачей в них нескольких звуковых программ, сигналов дан-
ных, разнообразной сервисной информации. Упрощенные структур-
ные схемы передающей (а) и приемной частей (б) системы DAB пока-
заны на рис. 11.14. Входными сигналами DAB являются сигналы зву-
ковых программ Audios Audio2,.... Audion, сопутствующая звуковым
программам информация PAD,, PAD2.... PADn, цифровые сигналы

данных Datan Data2..Data,,, информация быстрого доступа FIC, ин-

формация о конфигурации мультиплексирования, разнообразная
служебная информация. Аналоговые звуковые сигналы предвари-
тельно поступают на АЦП, где преобразуются в цифровую форму с
частотой дискретизации 48 кГц и разрешением 16 бит/отсчет. Далее
каждый из них кодируется MPEG-кодером стандарта ISO/IEC 11172-3
Layer 2 с целью компрессии цифровых аудиоданных.

В системе DAB формируются три канала передачи цифровых по-
токов (рис. 11.14, а).

1.	Канал пользователя MSC (Main Service Channel) используется для
передачи звуковых сигналов программ РВ и цифровых данных PAD, свя-
занных с программами. Данные PAD могут, например, содержать ин-
формацию об управлении динамическим диапазоном сигнала, о типе
программы: речь/музыка, сведения о дорожной информации, спорт, но-
вости и т. п. В канале MSC могут передаваться также и дополнительные
данные (канал AIC), а также данные условного доступа. Реализация
данной функции предполагает использование секретных ключей и крип-
тографических алгоритмов. Цифровой поток канала MSC разбивается на
Рис. 11.14. Упрощенные структурные схемы передающей (а)
и приемной (б) частей системы DAB: СК - скремблирование
и помехоустойчивое кодирование; СКП - скремблирование,
помехоустойчивое кодирование и временное перемежение

множество общих субканалов, в каждом из которых производится инди-
видуальное сверточное кодирование, скремблирование и временное
перемежение. В каждом субканале могут передаваться одна или не-
сколько компонент канала пользователя. Организация субканалов и ка-
нальных компонент называется конфигурацией мультиплексирования
(MSI). Канал пользователя образуется из логических фреймов с пе-
ремежением, являющихся частью фрейма передачи.

2.	Канал быстрой информации FIC (Fast Information Channel) ис-
пользуется для быстрого доступа к информации в приемнике. По не-
му передаются информация о мультиплексировании MCI (Multiplex
Configuration Information), сервисная информация SI (Service Informa-
tion) и данные быстрого доступа FIDC (Fast Information Data Channel),
например сигналы гражданской обороны и т. п. В канале FIC не ис-
пользуется временное перемежение цифровых символов. Данные
каналы FIC защищены сверточным кодом и для большей надежности
правильного приема многократно повторяются.
3.	Канал синхронизации (Synchronization Channel) используется
внутри передающей части системы для синхронизации фрейма пере-
дачи, автоматического управления частотой, оценки состояния субка-
налов и идентификации передатчика.

В системе DAB перемежаются во времени как данные, так и несу-
щие частоты. Это позволяет эффективно бороться с влиянием много-
лучевости при радиоприеме. Система DAB обеспечивает надежный
прием звуковых программ в ситуациях, когда условия радиоприема
и характеристики радиоканала непрерывно и достаточно быстро из-
меняются, например, за счет многолучевости при движении автомо-
биля и сопутствующих селективных замираний.

Цифровые потоки звуковых сигналов (Audio!..Audion), данных,

связанных с программами (PADn PAD2.... PADn), цифровых данных

(Data,, Data2.Datan), сервисной информации SI после помехоустой-

чивого кодирования и временного перемежения поступают на муль-
типлексор аудиофрейма, образуя цифровой поток канала пользова-
теля MSC со скоростью 2,304 Мбит/с. Последний далее объединяется
с потоком канала FIC и символами канала синхронизации SC в общий
цифровой поток в мультиплексоре фрейма передачи, и после объе-
динения суммарный цифровой поток со скоростью 2,4 Мбит/с посту-
пает на COFDM-модулятор (COFDM-кодер, Coded Orthogonal Fre-
quency Division Multiplex). Далее COFDM-сигнал переносится преоб-
разователем частоты ПЧ в требуемую полосу частот, усиливается
УРЧ и излучается в эфир.

На приемной стороне системы (рис. 11.14, б) выполняются обрат-
ные преобразования: принятый DAB сигнал проходит ВЧ тракт и пе-
реносится смесителем на промежуточную частоту. После усиления в
УПЧ он демодулируется в COFDM-демодуляторе и демультиплекси-
руется, после чего выполняются процедуры помехоустойчивого деко-
дирования и деперемежения (здесь не показаны). Затем сжатые циф-
ровые потоки, соответствующие звуковым программам, декодируются
в MPEG-декодерах, после чего подвергаются цифроаналоговому пре-
образованию в ЦАП! ЦАП2....ЦАПП. Выходными сигналами приемной

части системы DAB являются сигналы звуковых программ Audios
Audio2,.... Audion, данные PAD и сигналы данных Datan Data2,.... Datan.

Система цифрового радиовещания DRM. Digital Radio Mondiale
(DRM - всемирное цифровое радио) - это многофункциональная сис-
тема цифрового радиовещания (ЦРВ), которая предназначена для
применения в диапазонах частот, не превышающих 30 МГц, и рас-
пределенных радиовещательных службах.

Эта система ЦРВ позволяет реализовать стереофоническое зву-
ковое радиовещание с качеством звуковоспроизведения, характер-
ным для УКВ ЧМ радиовещания и намного более высоким, чем при
АМ радиовещании. Возможна также передача монофонических про-
грамм, речевых сигналов и разнообразной дополнительной информа-
ции (данные, относящиеся к программам, независимые данные, тек-
стовая и графическая информация, неподвижные изображения).

При необходимости система DRM обеспечивает передачу в одном
канале сигнала цифрового радиовещания и аналогового вещательно-
го сигнала с амплитудной (АМ) или однополосной (ОМ) модуляцией.
Технические решения, примененные в системе DRM, обеспечивают
высокую устойчивость приема сигналов при наличии неблагоприят-
ных факторов в каналах передачи (помехи, замирания, многолучевое
распространение, эффект Доплера и др.). Это позволяет осуществ-
лять качественный прием сигналов DRM в стационарных и походных
условиях, а также в автомобилях или других подвижных объектах.

' При организации DRM-вещания возможно использование одночас-
тотной сети (Single Frequency Network, SFN), состоящей из передат-
чиков, работающих в синхронном режиме на одной и той же частоте
(в одном радиоканале). Такая организация вещания позволяет много-
кратно расширять зоны обслуживания при существенной экономии
радиочастотного спектра.

Система DRM спроектирована таким образом, что обеспечивает
выполнение разнообразных требований радиовещательных служб во
всем мире. Для случая передачи одной и той же программы одновре-
менно в разных радиоканалах в системе DRM предусмотрена функ-
ция автоматической настройки приемника на частоту канала, обеспе-
чивающего наилучшее качество радиоприема.

Концептуальная структурная схема передающей части системы
представлена на рис. 11.15.

Рис. 11.15. Концептуальная структурная схема передающей части
системы DRM: ПЗИ - повышенная защита информации;
НЗИ - нормальная защита информации
В системе DRM обработка первичных цифровых сигналов, посту-
пающих от поставщиков радиовещательных программ, производится
в несколько этапов.

Первый этап - кодирование указанных сигналов. Цель кодирова-
ния - снижение скоростей передачи соответствующих цифровых по-
токов (ЦП). При ограниченной пропускной способности канала пере-
дачи сигналов DRM это позволяет увеличить количество передавае-
мых программ. Такое кодирование не должно приводить к заметному
ухудшению качества звуковоспроизведения на приемной стороне по
сравнению с исходным звуковым сигналом (ЗС).

В системе DRM применяются три метода кодирования первичных
цифровых звуковых сигналов: MPEG-4 AAC, MPEG-4 CELP и MPEG-4
HVXC. Описание этих методов содержится в стандартах ISO/IEC
14496-3 и ISO/IEC 14496-3/Amdl.

Диапазон используемых скоростей передачи ЦП звуковых и, в ча-
стности, речевых сигналов в системе DRM составляет от 2 до
72 кбит/с. Скорость ЦП, равная 2 кбит/с, соответствует передаче ре-
чевого сигнала с качеством, характерным для телефонной связи, а
при скорости ЦП, равной 72 кбит/с, можно передать стереофониче-
ский ЗС с достаточно высоким качеством.

В тракте передачи системы DRM формируются три канала:

Main Service Channel (MSC - главный канал передачи пользова-
тельской информации или главный сервисный канал);

Fast Access Channel (FAC - канал быстрого доступа);

Service Description Channel (SDC - канал описания пользователь-
ской информации).

Канал MSC формируется на выходе мультиплексора пользова-
тельской информации MUX. На вход мультиплексора поступают ЦП,
которые соответствуют кодированным звуковым, речевым сигналам
или сигналам дополнительной информации. Эти ЦП разделяются на
части с повышенной и нормальной защитой от ошибок. Повышенная
защита применяется для частей ЦП, наиболее чувствительных к
ошибкам.

В мультиплексоре эти ЦП объединяются. Сформированный канал
MSC также содержит части с повышенной и нормальной защитой от
ошибок.

В блоках рандомизации или рассеивания энергии (energy dispersal)
ЦП дополняются псевдослучайными последовательностями битов с
целью устранения систематических повторений комбинаций двоичных
символов и возникающей при этом нежелательной регулярности в
передаваемом сигнале.

В канальных кодерах выполняется помехоустойчивое кодирована
информации, которое базируется на сверточных кодах, перемежение
битов в целях рассредоточения групповых ошибок и преобразование
ин формации в так называемые QAM-ячейки (Quadrature Amplitude
Modulation), т. е. определенные кодовые комбинации, рассмотренные
ниже QAM-ячейки в канале MSC подвергаются перемежению, что по-
зволяем повысить устойчивость приема сигналов в каналах с изме-
няющимися характеристиками (например, при приеме радиосигналов
DRM, отраженных от ионосферы, в диапазоне коротких волн).

В канале быстрого доступа FAC передается информация о полосе
частот, занимаемых радиосигналами DRM, режиме модуляции, коли-
честве и типах ЦП в MSC, идентификации программ и др.

Канал SDC предназначен для передачи информации о конфигура-
ции мультиплексирования MSC, условном доступе, частоте сигнала,
районе обслуживания, языке вещания, времени, дате и др.

Перемежение QAM-ячеек в каналах FAC и SDC не применяется.
Ото позволяет исключить временные задержки, связанные с процеду-
рой перемежения, и повысить оперативность работы приемника DRM.
Тем не менее информация, передаваемая в каналах FAC и SDC,
имеет достаточно высокую степень защиты от ошибок.

Генератор пилот-ячеек обеспечивает возможность синхронной де-
модуляции DRM-сигналов в соответствующих приемниках.

Основной функцией преобразователя OFDM-ячеек (Orthogonal
Frequency Division Multiplexing - мультиплексирование с ортогональ-
ным частотным разделением) является распределение различных
классов ячеек по времени и частоте с целью формирования в даль-
нейшем OFDM-сигналов, которые состоят из OFDM-символов (эле-
ментарных OFDM-сигналов).

Генератор OFDM-сигналов преобразует каждое множество ячеек с
одинаковыми временными индексами в набор параметров модуляции
для заданного количества несущих OFDM-сигнала, равномерно рас-
пределенных по частоте, а также для определенного интервала вре-
мени. Таким образом, формируется используемая часть OFDM-
символа. Далее образуется полный OFDM-символ. Для этого перед
используемой частью OFDM-символа вводится временной защитный
интервал, в течение которого передается фрагмент используемой
части OFDM-символа. Защитный интервал имеет установленную дли-
тельность и служит для ослабления влияния на качество приема эф-
фекта межсимвольной интерференции, который может возникать при
передаче OFDM-сигналов (DRM-сигналов) по реальным каналам связи.

В модуляторе производится преобразование OFDM-сигнала из
цифровой в аналоговую форму, частотное преобразование вверх и
фильтрация с целью выполнения требований МСЭ-Р к спектрам пе-
редаваемых радиосигналов. Далее сигнал поступает на вход DRM-
передатчика и затем передается в виде радиоволн.

Концептуальная структурная схема тракта приема цифровых сиг-
налов радиоприемника системы DRM представлена на рис. 11.16.
Радиосигнал системы DRM, поступающий из ненаправленной прием-
Деперемежение
QAM-ячеек

FAC

SDC

Шина управления

Канальное
декодирование
и исправление
ошибок

Канальное
декодирование
и исправление
ошибок

Канальное
декодирование
и исправление
ошибок

Дерандо-
мизация

Дерандо-
мизация

Дерандо-
мизация

ГР1

Декодер
MPEG-4
CELP

Декодер
MPEG-4
HVXC

— Декодер
MPEG-4
I- AAC+SBR

Гр2

Контроллер

Декодер
данных

Каналы
данных

Блок управления
и индикации

Рис. 11.16. Концептуальная структурная схема тракта приема
цифровых сигналов радиоприемника системы DRM

ной антенны, выделяется в блоке тюнера, после чего направляется
на вход демодулятора OFDM. С выхода данного устройства сигнал
поступает на инверсный преобразователь OFDM-ячеек, на выходе
которого восстанавливаются по отдельности каналы MSC, FAC и
SDC. В канале MSC производится деперемежение QAM-ячеек. Далее
осуществляется канальная демодуляция, т. е. обратное преобразова-
ние QAM-ячеек и исправление ошибок, возникших при передаче сиг-
нала DRM по реальному каналу связи. После этого производится де-
рандомизация цифровых сигналов, передаваемых в каналах MSC,
FAC и SDC. Затем выполняется демультиплексирование MSC, т. е.
разделение мультиплексированного потока на отдельные звуковые
(речевые) каналы или каналы данных. Цифровые потоки, передавае-
мые в них, декодируются в предназначенных для этого декодерах.
Информация, передаваемая в каналах данных, может отображаться
на дисплее пользователя и/или поступать на выход приемника для
дальнейшего использования. Системный контроллер соединен с бло-
ком управления и индикации. Он управляет приемником в соответст-
вии с командами пользователя и информацией, передаваемой в ка-
налах FAC и SDC.
11.6.	Синхронное радиовещание

Синхронное радиовещание применяется как в аналоговых систе-
мах (обычно в диапазоне СВ), так и в сетях цифрового радиовещания
DAB, DRM.

Термином синхронное радиовещание (СР) обозначают способ ор-
ганизации передающих сетей радиовещания, в которых все передат-
чики РВС работают в синхронном режиме на одной частоте (в зару-
бежной литературе такие сети называют одночастотными - Single
Frequency Network SFN).

Данный способ организации радиовещания позволяет обеспечить
многократное расширение зон обслуживания при экономии радиочас-
тотного спектра. Такое расширение становится возможным в связи с
тем, что для РВС, передающих одинаковые программы в синхронном
режиме, требуются меньшие защитные отношения по радиочастоте.
Выход из строя одного или нескольких передатчиков в синхронной
сети не приводит полному прекращению вещания, а вызывает лишь
сокращение зон хорошего приема. Поэтому надежность синхронных
сетей достаточно высока (выше, чем у одиночных РВС).

В сетях СР нецелесообразно использовать мощные передатчики,
работающие на пространственной волне, так как это может привести
к нарушению их работы при повышении уровня помех от мешающих
станций или других источников помех. Значительно устойчивее рабо-
та синхронной сети при использовании передатчиков малой и сред-
ней мощности. Суммарная мощность этих передатчиков меньше
мощности одного передатчика, обеспечивающего такую же напря-
женность поля на границах зоны обслуживания. Расчет показывает,
что при замене передатчиков мощностью 20 кВт передатчиками мощ-
ностью 1 кВт их потребуется в 4 раза больше, но общий расход энер-
гии сократится при этом в 5 раз. Для того, чтобы еще улучшить эко-
номические показатели сети СР при возросшем числе передатчиков
их переводят на дистанционное управление.

Еще одно достоинство сети СР - высокая надежность ее работы
благодаря взаимному резервированию синхронно работающих пере-
датчиков. Так, при выходе из строя одного из передатчиков радио-
слушатель все же имеет возможность принимать информацию, есте-
ственно, с ухудшением качества.

Недостатком сети СР является наличие некоторой площади между
станциями, на которых прием неудовлетворителен. Искажения возни-
кают вследствие интерференции полей соседних передатчиков. При
этом из-за разности фаз несущих колебаний напряженность резуль-
тирующего поля в некоторых местах обслуживаемой территории мо-
жет быть очень мала (рис. 11.17).
Рис. 11.17. Интерференционная картина в зоне искажений
при синхронном радиовещании

Интерференция полей приводит не только к ослаблению, но и ис-
кажению сигналов в радиоприемнике. Максимумы и минимумы ре-
зультирующего поля для несущей частоты и боковых полос в про-
странстве могут не совпадать. В результате спектр модулированных
колебаний заметно изменяется, что при детектировании приводит к
частотным и нелинейным искажениям. Область, где эти искажения
особенно заметны, называют зоной искажений. В зависимости от
длины волны и соотношения напряженностей ширина зоны искажений
может составлять от 7 до 15% расстояния между передатчиками (на
рис. 11.17 интерференционная картина для наглядности приведена
не в масштабе).

Эти искажения могут проявляться в любой точке зоны искажений
в зависимости от фазовых соотношений напряженности полей прини-
маемых станций. В областях зоны, где искажения заметны, достаточ-
но переключить приемник с внешней (электрической) антенны на
внутреннюю (магнитную), или наоборот. Искажения при этом пере-
ключении устраняются потому, что в поле стоячих волн точки мини-
мумов электрической и магнитной составляющих электромагнитного
поля не совпадают. В точках минимума (узла) электрической состав-
ляющей магнитная составляющая имеет максимум (пучность). По-
этому для современного приемника, в котором предусмотрена воз-
можность переключения с электрической антенны на магнитную, зона
искажений практически отсутствует. Однако непременным условием
в этом случае является работа передатчиков в режиме фазового син-
хронизма. При расхождении фаз (частот) излучения передатчиков
интерференционные искажения будут перемещаться по территории.

В настоящее время для улучшения синхронизма применяют сис-
тему фазовой синхронизации путем непрерывной автоматической
подстройки фазы колебания несущей частоты РВС. Для автопод-
стройки передаются сигналы точных частот. Передачу осуществляют
Рис. 11.18. Схема фазовой синхронизации радиовещательных
станций сети синхронного радиовещания

на километровых волнах, обладающих стабильными характеристика-
ми распространения. Этот принцип иллюстрируется рис. 11.18, где
ПРС - передающая радиостанция, излучающая сигналы точных час-
тот; ПТЧ - приемник точной частоты. На вход фазового детектора
(ФД) поступают частоты с выхода ПТЧ и с синтезатора частот мест-
ной радиостанции РВС. Система фазовой автоподстройки (АПФ)
обеспечивает стабильность фазы синтезаторов частот всех РВС, ра-
ботающих в данной синхронной сети.

Почти на всей территории Европейской части нашей страны фазо-
вая синхронизация передатчиков всех синхронных сетей осуществля-
ется через радиостанцию, излучающую сигнал точной (образцовой)
частоты, равной 66,6 кГц. Суточное отклонение этой частоты от но-
минального значения не превышает 0,7-10-5 Гц. Передатчик мощно-
стью 10 кВт работает круглосуточно.

Применяют два типа синхронных сетей: одноволновые и много-
волновые. Одноволновые сети бывают однородными и комбиниро-
ванными. Одноволновые синхронные сети, состоящие из передатчи-
ков одинаковой или близкой по значению мощности, применяют для
обслуживания вещанием районов с большой концентрацией населе-
ния. Между радиостанциями сети на части территории с малой кон-
центрацией населения допускается существование зоны искажений.
Комбинированная синхронная сеть состоит из мощной опорной ра-
диостанции (500...1000 кВт) и нескольких маломощных (1...50 кВт),
размещаемых в крупных городах и предназначенных для повышения
напряженности поля с целью ослабления влияния промышленных
помех на качество приема.

Многоволновые синхронные сети предназначены для обслужива-
ния населения больших территорий. В этих сетях зоны обслуживания
станций, работающих на разных частотах, располагаются таким обра-
зом, что зона искажения передатчиков, работающих на одной частоте,
Рис. 11.19. Построение синхронной сети:
а - одноволновой, б - многоволновой

обслуживается передатчиком, работающим на другой частоте (рис. 11.19.).
В настоящее время в рамках СНГ работает около сорока синхронных
сетей вещания, в которых задействовано более 150 РВС.

11.7.	Проводное вещание

Назначение, классификация, построение систем и сетей провод-
ного вещания. Комплекс устройств, предназначенный для доведения
программ звукового вещания по проводам широкому кругу слушателей,
называется системой проводного вещания (ПВ). Проводное вещание
осуществляется при помощи узлов проводного вещания (УПВ). Обору-
дование УПВ делится на станционное, линейное и абонентское.

Станционные сооружения разделяются на активные и пассивные.
К активным относятся опорные усилительные станции (ОУС), где рас-
положены устройства усиления сигналов звукового вещания (мощные
вещательные усилители, МВУ) и устройства преобразования звуко-
вых сигналов в удобную для передачи форму (например, передатчики
второй и третьей программ - П-П, П-Ill при организации трехпро-
граммной системы ПВ); к пассивным - трансформаторные подстан-
ции (ТП). В состав станционного оборудования входят коммутацион-
но-распределительные устройства, устройства дистанционного
управления, защиты и контроля, резервного питания и др.

Линейные сооружения - это совокупность линий подачи и распре-
деления программ (абонентских, распределительных, магистраль-
ных), различных трансформаторов и защитных устройств.

Абонентские устройства (АУ) включают в себя абонентские громко-
говорители (в системе трехпрограммного вещания - приемные уст-
ройства).

Линейное и абонентское оборудование образует распределитель-
ную сеть.

Системы проводного вещания разделяются на централизованные
и децентрализованные. В централизованной системе проводного ве-
Вещательный
сигнал

Станционное сооружение

Линейные
сооружения

ЦСП В

OVCifc

OVcTfc

Линейные
сооружения

ч ОУСП fc

Станционное сооружение

Рис. 11.20. Структурные схемы:
а - централизованной и б - децентрализованной СПВ

I

щания напряжение сигналов звукового вещания в распределительную
сеть подается от одного активного станционного сооружения (рис. 11.20,
а), в децентрализованной - от двух и более (рис. 11.20, б), располо-
женных на обслуживаемой территории.

Подача программ на ОУС, дистанционное управление и контроль
за их работой и работой ТП осуществляется с центральной станции
проводного вещания (ЦСПВ) по соединительным линиям СП, органи-
зованным в сетях проводного вещания, и соединительным линиям
телефонных каналов СЛТК, в качестве которых используются теле-
фонные пары городской телефонной станции (ГТС) или по волоконно-
оптическим линиям связи (ВОЛС). Если одна из ОУС территориально
совмещена с ЦСПВ, то образованный комплекс называют централь-
ной усилительной станцией (ЦУС). Повреждение какого-либо звена
децентрализованной системы приводит к выходу из строя лишь от-
дельной ее части, что свидетельствует о ее более высокой надежно-
сти по сравнению с централизованной. Однако в последней упроща-
ются энергоснабжение, эксплуатация и резервирование.

Применение той или иной системы ПВ определяется количеством
обслуживаемых абонентских устройств, плотностью их распределе-
ния на обслуживаемой территории, ее конфигурацией.

Возможность применения у абонентов обычных громкоговорите-
лей без элементов усиления и дополнительного электропитания дос-
тигается подачей на их вход по абонентским линиям (АЛ) номиналь-
ного напряжения первой программы, равного 30 В. Таким образом
любая распределительная сеть (PC) содержит АЛ, которые являются
первым звеном PC.

Сети, в которых напряжение сигналов от усилительной станции
(УС) или от ОУС подается непосредственно на АЛ и затем на АУ, на-
зываются однозвенными (рис. 11.21, а). В одну АЛ включают не более
100 АУ.

Обслуживание больших территорий с большим количеством або-
нентов однозвенными сетями проводного вещания (ПВ) нецелесооб-
Абонентская линия (АЛ) 30 В

Абонентские устройства (АУ)

Рис. 11.21. Структурные схемы: а - одно-, б - двух-,
и в - трехзвенной сетью проводного вещания

разно из-за больших потерь. Поэтому в сети ПВ дополнительно вклю-
чают линии более высокого напряжения - 240 В, называемыми рас-
пределительными фидерами (РФ). К каждому из таких фидеров по
всей его длине подключаются абонентские трансформаторы (АТ), вто-
ричные обмотки которых нагружены на одну или несколько АЛ. РФ яв-
ляется вторым звеном распределительной сети, а сеть ПВ, построен-
ная таким образом - двухзвенной (рис. 11.21, б). Нагрузка одного РФ в
городах с малой плотностью населения обычно составляет примерно
500 АУ, в городах с большой плотностью населения 1500...2000 АУ.

В протяженных линиях подачи и распределения программ вклю-
чаются третьи звенья - магистральные фидеры (МФ), номинальное
рабочее напряжение которых составляет 480, 680 или 960 В. Пониже-
ние напряжения, поступающего с МФ на РФ осуществляется на ТП.
Такие PC называются трехзвенными (рис. 11.21, в). Число РФ, питае-
мых от одной ТП порядка 6-8.

Выбор варианта построения системы ПВ определяется величиной
нагрузки, ее распределением по территории, требуемыми качествен-
ными показателями, необходимой надежностью и экономической це-
лесообразностью. Централизованная система с однозвенной сетью
рекомендуется для небольших населенных пунктов, промышленных
предприятий, санаториев, домов отдыха, стадионов; централизован-
ная система с двухзвенной сетью применяется для небольших горо-
дов с населением 50...100 тыс. чел. и числом АУ 11...20 тыс.; децен-
трализованная с двухзвенной (или трехзвенной) сетью используется
для городов с населением 150...200 тыс. чел.; децентрализованная
система с трехзвенной сетью рекомендуется во всех городах с насе-
лением более 200...250 тыс. чел.

Для повышения надежности работы проводного вещания преду-
смотрено резервирование тех звеньев, отказ которых вызывает пре-
кращение подачи программ большому количеству абонентов. В круп-
ных городских узлах такими звеньями являются источники программ,
усилительное оборудование ЦСПВ, соединительные линии, усилите-
ли ОУС, магистральные фидеры. На рис. 11.22 приведена структур-
ная схема узла ПВ города. Из рисунка видно, что к каждой ТП подве-
дены рабочий и резервный магистральный фидеры, причем резерв-
ный фидер (РМФ) подведен от другой ОУС. При выключении ОУС или
МФ питание ТП переключается на соседние ОУС. Если вблизи нет
ОУС, от которой можно провести РМФ, то для резервного питания ТП
строят резервную усилительную подстанцию, так называемую блок-
подстанцию (БП). Эта подстанция включается только при выключении
МФ. Из рис. 11.22 следует, что в приведенной схеме имеется четыре
ОУС и восемь ТП (указано на ЦСПВ).

Экономические расчеты показали, что даже в больших городах
в районах новой массовой жилой застройки целесообразно сооружать
не трехзвенные, а двухзвенные сети. В этом случае усилительные
станции размещают в зданиях АТС, что облегчает их обслуживание
и энергоснабжение.
Распределительные фидеры и абонентские линии - наиболее про-
тяженная и дорогая часть линейных сооружений. В то же время повре-
ждения этой части приводят к прекращению подачи программ ограни-
ченному числу абонентов. Поэтому для данной части сети применяют
меры локализации повреждений, т. е. меры, сводящие к минимуму
число необслуживаемых абонентов при повреждениях сети.

В городах средней величины, но сильно вытянутых в одном на-
правлении или состоящих из нескольких территориально разделен-
ных жилых районов, длина МФ может оказаться настолько большой,
что затухание и частотные искажения получаются чрезмерными. Для
укорочения МФ прибегают к децентрализации станционных устройств,
организуя несколько ОУС, к каждой из которых подключена своя рас-
пределительная сеть.

Сельские узлы проводного вещания, как правило, обслуживают
несколько удаленных друг от друга населенных пунктов. Число або-
нентских устройств, приходящихся на километр линии (удельная
плотность АУ), в сельской местности весьма мала, что обусловливает
большую протяженность сетей ПВ и малый КПД. Рентабельность по-
добных УПВ низка. Сельские системы ПВ должны быть образованы
из отдельных независимых объединений, состоящих из обслуживае-
мых УПВ (с двухзвенной распределительной сетью), находящихся в
районных центрах, и автоматических УПВ, рассредоточенных по всей
территории района. Управление и контроль автоматизированных УПВ
осуществляют из обслуживаемого УПВ.

Системы многопрограммного проводного вещания. Передачу
сигналов различных программ организуют в системах многопрограммно-
го ПВ (МПВ) токами звуковых частот или модулированными токами ВЧ.

Для передачи сигналов ЗВ токами звуковых частот используют не-
сколько усилителей звуковой частоты (УЗЧ) и многопарную сеть (как
правило, кабельную), а АУ дополняют переключателем каналов П
(рис. 11.23, а). Из-за сложности и дороговизны многопарной сети ее
организуют в ограниченных пределах, на небольших территориях,

Рис. 11.23. Варианты организации многопрограммного ПВ:
а - токами звуковых частот; б - модулированными токами ВЧ

б
U

1

мпвт
178 211 244 277 310 343

_|__________г

100	200	300 ff кГц

а

и

1 тпв

010

2	3	Диапазон КМВ

bLi . nil i	.

28 100120	200	300	/, кГц

б

Рис. 11.24. Расположение частотных каналов в системах:
а-МПВ-Т; б-ТПВ

например в гостиницах, больницах, общежитиях, студенческих и во-
енных городках.

Высокочастотная система МПВ с амплитудной модуляцией может
быть организована при использовании однопарной сети. Для этого на
станции ПВ устанавливают несколько передатчиков Пер, а АУ в дан-
ном случае представляет собой простейший приемник прямого уси-
ления с переключаемыми ПФ (рис. 11.23, б). Далее следует усили-
тель высоких частот УВЧ, детектор Д, регулятор громкости РГ, усили-
тель звуковых частот УЗЧ. Для передачи ВЧ сигналов чаще всего ис-
пользуют телефонную сеть, реже электроосветительную. Оба вари-
анта реализуют и на сетях кабельного телевидения, причем для пер-
вого используют кабель с несколькими (по числу организуемых кана-
лов) парами, а во втором - с одной симметричной парой.

Несущие частоты системы МПВ-Т располагаются в диапазоне ки-
лометровых волн (КМВ), поскольку этот диапазон в Европе не ис-
пользуется для РВ (рис. 11.24, а).

Развитие систем МПВ в нашей стране пошло по другому пути. Те-
лефонные сети были развиты недостаточно, зато широкое распро-
странение нашли одноканальные системы ПВ с собственными сетя-
ми. Поэтому было решено строить систему МПВ на их основе. Была
разработана комбинированная система, названная системой трехпро-
граммного проводного вещания (ТПВ). В ней наряду с каналом звуко-
вой частоты организованы два ВЧ канала с двухполосной амплитуд-
ной модуляцией на несущих частотах 78 и 120 кГц (рис. 11.24, б).

Современные телекоммуникационные технологии в радио-
трансляционных сетях. Новые технические возможности, появив-
шиеся в связи с бурным развитием цифровых средств обработки и
передачи звуковых сигналов, оказывают влияние на структуру по-
строения сетей проводного вещания. В качестве примера рассмотрим
организацию цифровых каналов городской трансляционной сети в
Санкт-Петербурге.
Рис. 11.25. Упрощенная структурная схема передающего
оборудования аппаратуры «Отзвук»

Для организации каналов звукового вещания с полосами частот 20,
15, 10и7кГцв первичном цифровом потоке Е1 (2048 кбит/с) в Санкт-
Петербурге используется цифровое оборудование образования трак-
тов ЗВ «Отзвук». Аппаратура рассчитана как на частичное, так и на
полное использование потока Е1, обеспечивает совместный прием,
передачу, или транзит сигналов ЗВ, телефонии и различных данных.
Частота дискретизации сигналов с полосой частот 7, 10, и 15 кГц рав-
на 32 кГц, а для сигналов с полосой частот 20 кГц - 48 кГц. В аппара-
туре используется цифровой интерфейс МККТТ G703, G704. Приме-
нение для кодирования сигналов ЗВ алгоритма MPEG-1 ISO/IEC
11172-3 Layer 2 позволяет существенно снизить скорость цифрового
потока до 64 кбит/с для каналов ЗВ с полосой частот 7 и 10 кГц, а для
каналов с полосой частот 15 и 20 кГц до 128 кбит/с.

Упрощенная структурная схема передающего оборудования аппа-
ратуры «Отзвук» приведена на рис. 11.25. В блок кодирования БК
входит аналого-цифровой преобразователь АЦП и кодер К. На сим-
метричные входы АЦП подаются два аналоговых сигнала ЗВ, каждый
из которых преобразуется в последовательность 16-разрядных циф-
ровых I/IKM отсчетов, следующих с частотой дискретизации 32 или
48 кГц, т. е. со скоростью 512 или 768 кбит/с.

Кодер (К), входящий в состав БК, обеспечивает сжатие (компрес-
сию) двухканального цифрового потока с выхода АЦП в соответствии
со стандартом MPEG-1 ISO/IEC 11172-3 и их ввод в канальные интер-
валы внутреннего ИКМ интерфейса, который имеет структуру данных
аппаратуры ИКМ -30.

Блок кодирования занимает во внутреннем потоке ИКМ-30 от одно-
го до четырех последовательных канальных интервала КИ (каждый по
64 кбит/с) в зависимости от варианта исполнения. Номер первого КИ,
начиная с которого БК будет вводить данные во внутренний поток
ИКМ-30, определяется положением соответствующих переключате-
лей, установленных на кодере. В состав передающего оборудования
аппаратуры «Отзвук» может входить несколько (до восьми) блоков
кодирования, устанавливаемых в соответствующие слоты (посадоч-
ные места), каждому из которых присваивается номер.

Объединение компрессированных сигналов и их ввод в первичный
поток Е1, формируемый системой, происходит в устройстве цифрово-
го интерфейса УЦИ. УЦИ вводит (вставляет) компрессированные сиг-
налы ЗВ, поступающие от БК, в выходной поток в те канальные ин-
тервалы, номера которых установлены на блоках кодера (режим пе-
редачи). УЦИ обеспечивает возможность совместной передачи сиг-
налов ЗВ с другими сигналами (например, телефонии или передачи
данных) по одному тракту и служит для синхронизации работы всех
блоков. Само УЦИ может синхронизироваться от внешнего источника
или работать как автономный генератор.

Блок цифрового стыка ЦС обеспечивает стык (прием/передачу)
с цифровым трактом и требуемый ввод в него и/или вывод из него
цифровых сигналов.

Блок управления и сигнализации УС конфигурирует, управляет и
контролирует работу всех остальных блоков. В случае возникновения
сбоев в работе УС выдает сообщения об аварии на терминал и на
цифровую индикацию на аппаратуре.

Упрощенная структурная схема приемного оборудования аппара-
туры «Отзвук» представлена на рис. 11.26. Функциональное назначе-
ние блока ЦС на этом рисунке такое же, как на рис. 11.25.

При работе аппаратуры на приемной стороне УЦИ обеспечивает
выделение из входного первичного цифрового потока и передачу к
блоку декодера БД тех канальных интервалов КИ, номера которых
установлены на декодере Д. Номера КИ определяются положением
соответствующих переключателей (на рисунке не показаны), установ-
ленных на декодере (аналогично кодеру). Таким образом, УЦИ служит

Рис. 11.26. Упрощенная структурная схема приемного
оборудования аппаратуры «Отзвук»
для вставки и выделения кодированной информации в потоке Е1, а
также для транзита потока Е1 через аппаратуру «Отзвук» с возмож-
ностью вставки и выделения цифровых сигналов (режимы передачи,
приема и транзита).

Работа декодера осуществляется следующим образом. Поток ком-
прессированных данных с внутреннего ИКМ интерфейса поступает на
демультиплексор, осуществляющий выделение информации в задан-
ных канальных интервалах, стандартные аудиофреймы ISO/IEC
11172-3 Layer 2 которых декодируются и выводятся в цифро-
аналоговый преобразователь ЦАП. ЦАП обеспечивает восстановле-
ние сигналов ЗВ в аналоговой форме.

Полный комплект цифрового оборудования «Отзвук» обычно вклю-
чает в себя приемное и передающее оборудование, позволяющее рабо-
тать в режиме приема, передачи и приемо-передачи (транзита) цифро-
вого потока Е1 с возможностью выделения и вставки сигналов. При этом
устройство цифрового интерфейса УЦИ, блок управления и сигнализа-
ции УС могут быть общими для приемного и передающего оборудования.

Цифровая сеть проводного вещания. Цифровая сеть звукового
вещания ЦСЗВ строится как наложенная сеть на транспортной сети
SDH. Архитектура сети подачи программ ЗВ, сигналов контроля и
дистанционного управления из ЦСПВ на ОУС и ТП имеет многоколь-
цевую структуру (рис. 11.27). Все мультиплексоры расположены в
зданиях радиотрансляционной сети РТС, подключены к источникам
гарантированного питания, контролируются и управляются из единого
центра - ЦСПВ.

Тенденции развития проводного вещания. Независимо от ин-
тенсивного развития телевидения и эфирного радиовещания провод-
ное вещание остается наиболее дешевым, доступным и привычным
для населения средством массовой информации, а также средством

Логические элементы
сети SDH
Опорно-усилительная
станция с MUX
Опорно-усилительная
станция без MUX
Волоконно-оптические
линии связи
Транспортная сеть SDH
Наложенная транс-
портная сеть ГРТС
Центральная станция
проводного вещания

Рис. 11.27. Упрощенная структурная схема транспортного
уровня радиотрансляционной сети Санкт-Петербурга
локального оповещения при чрезвычайных ситуациях. В крупных го-
родах проводное вещание продолжает быть рентабельным.

Внедрение современных цифровых телекоммуникационных техноло-
гий в систему ПВ наряду с традиционными услугами подачи трехпро-
граммного вещания и оповещения позволит предоставлять абонентам
широкий спектр услуг по передаче данных, видеоизображения, Интернет
и т. д., что принесет дополнительную прибыль. Учитывая, что сети ПВ, как
правило, охватывают территорию высокой деловой активности и крупные
промышленные объекты, сегодня целесообразен новый взгляд на разви-
тие сетей ПВ, а именно переход от концепции «прибыль от произведен-
ных затрат», которая считается самым приемлемым методом вычисления
окупаемости, к концепции «прибыль от числа предлагаемых услуг».

1 Развитие сети ПВ может проходить в несколько этапов: 1 - подача
цифровых потоков к ОУС; 2 - дальнейшая их трансляция к ТП; 3 -
доведение цифрового потока Е1 до абонента.

Если доведение цифровых потоков до ОУС сводится к простой за-
мене соединительных линий подачи трехпрограммного вещания (да-
же высокого качества) волоконно-оптическим кабелем, а прокладка
трассы до конечного абонента - дорогостоящее мероприятие, то на
сегодняшний день оптимальным решением видится доведение воло-
конно-оптического кабеля до ТП, с дальнейшей трансляцией потоков
Е1 по РФ до дома или группы домов при помощи системы уплотнения
с вхождением в домовую сеть с приемного устройства через сеть АЛ.
При помощи данного оборудования можно включить 60 абонентов по
медной жиле (60 выделенных каналов). Однако РФ проложены, как
правило, биметаллическим проводом с ограниченной полосой пере-
даваемых частот, что существенно снижает количество организуемых
каналов. То есть в доме, состоящем из 100...300 квартир, лишь
15...20 абонентов помимо привычного вещания могут получить другие
информационные услуги за оплату значительно меньшую, если бы
к ним подвели ВОЛС. Поэтому вопрос «последней мили» - подход
к абоненту по биметаллической паре является актуальным.

В общем случае «последняя миля» заканчивается устройством,
обеспечивающим доступ пользовательского оборудования (так назы-
ваемого оборудования Customer Premises Equipment, CPE) к цифро-
вой услуге. Оно может называться по-разному: устройством абонент-
ского доступа (Data Service Unit/Channel Service Unit, DSU/CSU), тер-
минальным адаптером (Data Termination Unit, DTU), устройством
окончания цифрового канала или по-другому. В любом случае это
устройство является неотъемлемой частью сети поставщика услуг, ее
«представителем» в помещении абонента.

Устройство доступа к цифровой услуге обеспечивает стандартный
цифровой интерфейс (V.35, V.24, Х.21, G.703 или др.) для подключе-
ния оборудования пользователя (СРЕ).
Важной задачей информатизации общества является обеспече-
ние возможности общения между людьми, в любое время и на лю-
бом языке. Большой вклад в решение этой задачи вносит интерак-
тивность. Она позволяет получателям сообщений реагировать в ре-
альном или квазиреальном масштабе времени на характер и содер-
жание предоставляемых услуг путем передачи соответствующих
сигналов в места расположения служб, запрашивать различную ин-
формацию. Долгие годы звуковое вещание обеспечивало лишь од-
нонаправленную доставку информации. Сегодня обязательной
функцией становится интерактивность. Она успешно вписывается
в системы мультимедиа и новые информационные службы (напри-
мер, компьютерное ТВ, Интернет и др.). Для реализации интерак-
тивности в проводном вещании наряду с прямыми (информацион-
ными) каналами необходимо предусмотреть и обратные - от потре-
бителей к источникам программ вещания и различным информаци-
онным службам. Такие каналы должны стать обязательным атрибу-
том системы ПВ, поскольку интерактивность приобретает домини-
рующее значение, как в системах телекоммуникаций, так и во мно-
гих сферах жизни общества.

Операторы связи для развития своего бизнеса проявляют боль-
шой интерес к возможностям предоставления интерактивных услуг
физическим лицам, т. е. массовому абоненту. Для этих целей наибо-
лее привлекательным является создание сети абонентского доступа
на основе технологий Ethernet и HPNA на базе ресурсов сети провод-
ного вещания. К каждому жилому дому подводится волоконно-
оптический кабель от станционного объекта радиосети. На самом
станционном объекте размещается оптический коммутатор Ethernet.
На жилом доме через медиаконвертор (преобразователь сигнала из
оптического в электрический) сигнал поступает в коммутатор HPNA
(Home Phoneline Networking Alliance) и распространяется далее по
медному кабелю абонентам (общая шина, т. е. одна медная пара на
подъезд). Скорость цифрового потока на общей шине составляет
1 Мбит/с для HNPA 1.1 (возможно до 10 Мбит/с для HNPA 2.0). Для
желающих может быть подведена своя отдельная линия HNPA или
даже 100 Мбит/с Ethernet.

Строительство такой сети обходится в несколько раз дешевле, чем
в случае построения полноценной сети широкополосного абонентско-
го доступа. А так как к каждому дому подводятся оптические линии
связи, то в будущем не составит большого труда расширить спектр
предоставляемых услуг или интегрироваться в широкополосную сеть
абонентского доступа.

Если оптику подводить не к каждому дому, а к группе домов, то
возможно дальнейшее снижение первоначальных затрат на построе-
ние сети. В этом случае технология HPNA используется не только для
построения сети в отдельном доме, но и для связи близлежащих до-
мов. Однако у такой схемы есть серьезный недостаток - отсутствие
перспективы в будущем.

Контрольные вопросы

1.	Поясните следующие термины: система звукового вещания, сеть звукового
вещания, электрический канал звукового вещания, тракт вещания, звено,
передача, программа. Приведите примеры их употребления.

2.	Изобразите типовые структуры ТФП, ТПРП и ТВРП.

3.	Изобразите структурную схему спутниковой системы ЗВ.

4.	Расскажите о способах организации стереофонического радиовещания.

5.	Каковы основные преимущества цифрового радиовещания?

6.	Поясните преимущества и недостатки синхронного радиовещания.

7.	Каким образом можно уменьшить зону искажений в сети синхронного ра-
диовещания?

8.	Поясните формат цифрового сигнала в системе DSR.

9.	Поясните принцип работы системы DAB.

10.	Каково назначение и основные функциональные возможности системы
DRM?

11.	Для чего предназначен метод кодирования звуковых сигналов SBR? На
каких принципах основан этот метод?

12.	Приведите структурные схемы централизованной и децентрализованной
систем ПВ.

13.	В каких случаях применяется одно-, двух- и трехзвенная сеть ПВ?

14.	Из каких соображений выбраны несущие частоты в системах ТПВ?

15.	Приведите структурную схему оборудования узла трехпрограммного про-
водного вещания.

16.	Приведите структурную схему и поясните принцип действия цифрового
оборудования образования трактов звукового вещания «Отзвук».

17.	Каковы основные тенденции в развитии систем ПВ?
Глава 12. Телевидение

12.1.	Элементы физиологии зрения и принцип
телевизионной развертки

Оконечным устройством, принимающим ТВ изображение, является
зрительная система человека. Поэтому для рационального построения
ТВ систем необходимо учитывать свойства и характеристики зрения.

Для изучения принципа передачи изображения рассмотрим уст-
ройство, работу и основные особенности человеческого глаза.

Глаз является внешним органом зрения. Он представляет собой
тело примерно шарообразной формы (глазное яблоко) (рис. 12.1),
покрытое оболочкой - склерой 1. Передняя часть склеры 2, назы-
ваемая роговицей, прозрачна и имеет несколько более выпуклую
форму. За роговицей расположена передняя камера 3, заполненная
жидкостью. Передняя камера отделена от остальной части глаза
радужной оболочкой 4, имеющей в центре отверстие - зрачок 5.
Размер зрачка изменяется в зависимости от освещенности глаза. За
зрачком находится хрусталик 6, представляющий собой прозрачное
тело, форма которого напоминает двояковыпуклую линзу. С помо-
щью мышцы, охватывающей хрусталик, кривизна последнего может
меняться, фокусируя на задней стенке глаза изображения предме-
тов, находящихся на расстоянии примерно от 10 см до бесконечно-
сти. С внутренней стороны в глазное яблоко входит зрительный
нерв 7, состоящий из большого количества нервных волокон. Окон-
чания нервных волокон покрывают изнутри глазное яблоко оболоч-
кой 8, которая называется сетчаткой.

Сетчатка несколько напоминает по своему строению пчелиные со-

ты, в каждой ячейке которых расположены светочувствительные эле-

менты одного из двух типов: палочки (их
около 130 миллионов) и колбочки (около
7 миллионов).

Колбочки расположены главным обра-
зом в центральной части сетчатки против
зрачка. Особенно плотно они размещаются
в области так называемого желтого пятна,
угловой размер которого составляет около
5° с центральной ямкой (1°). Каждая кол-
бочка обычно присоединена к отдельному
нервному волокну, передающему воспри-
нимаемые ощущения в головной мозг. По-
этому с помощью колбочек, расположен-

Рис. 12.1. Строение
человеческого глаза
ных в центральной ямке, различаются мелкие детали рассматривае-
мого объекта.

Колбочки требуют для своего возбуждения сравнительно большой
освещенности. Но зато они при этом, кроме ощущения света, разли-
чают цвет.

Палочки расположены в основном на периферии сетчатки. Макси-
мум плотности палочек располагается в зоне 10... 12° от ее центра.
Палочки присоединяются к нервным волокнами, как правило, группам,
в некоторых случаях до ста палочек на одно волокно. Это обеспечи-
вает их большую светочувствительность, но не дает возможности
различать мелкие детали. Зрительный нерв, передающий от колбочек
и лалочек сетчатки сигналы о яркости и цветности падающего на них
света, содержит около миллиона отдельных нервных волокон. Вслед-
ствие этого зрительные центры коры головного мозга одновременно
получают информацию о яркости и цветовых характеристиках при-
мерно миллиона отдельных участков наблюдаемой сцены.

Разрешающая способность зрения. При рассматривании двух рав-
ноудаленных от глаза светящихся точек они воспринимаются раздельно
лишь при условии, что их изображения на сетчатке попадают на две
колбочки, разделенные хотя бы одной колбочкой, не получающей свето-
вого раздражения (рис. 12.2, а). Если изображения двух светящихся то-
чек попадают на одну или две соседние колбочки (рис. 12.2, б), то глаз
воспримет их как одну точку. Следовательно, любое изображение,
сфокусированное хрусталиком на сетчатку, разбивается на ряд точек.

Наименьший угол, под которым глаз еще может различить в от-
дельности две черные точки на белом фоне, называется разрешае-
мым углом и обычно выражается в угловых минутах. Величина, об-
ратная разрешаемому углу, носит название разрешающей способно-
сти глаза или остроты зрения. Разрешающая способность глаза силь-
но зависит от условий наблюдения: яркости или освещенности объек-
тов, их яркостной или цветовой контрастности с фоном и некоторых
других факторов, например адаптации (приспособляемости) глаза.

Рис. 12.2. Восприятие глазом двух точек, находящихся
под различными углами зрения
При оптимальных условиях наблюдения острота зрения достигает
весьма высоких значений. Однако обычно для всевозможных ориен-
тировочных расчетов остроту зрения глаза принимают равной 1 (раз-
решаемый угол принимают равным одной угловой минуте).

Инерционность зрения. Фотохимические процессы в колбочках и
палочках глаза не могут происходить мгновенно. Они требуют некото-
рого времени. Поэтому зрительные ощущения обладают известной
инерционностью, т. е. способностью «видеть» исчезающее световое
изображение еще примерно 0,1 с. Если смена изображений происхо-
дит чаще 10 раз в секунду, то человек не наблюдает разрывов между
изображениями.

На инерционности зрения основан кинематограф. Лента кино-
фильма содержит большое число кадров. Каждый кадр - это момен-
тальный снимок, на котором запечатлена одна из фаз движения объ-
екта съемки. При воспроизведении на экране достаточно большого
числа кадров в секунду кинозритель уже не замечает смены отдель-
ных кадров и у него возникает ощущение непрерывного движения.
Создатели телевизионных систем также использовали покадровый
принцип передачи для создания иллюзии движения объектов.

Принцип телевизионной развертки. Действие передающей труб-
ки аналогично действию глаза. В зрительной системе информация об
освещенности участков сетчатки передается по нервным волокнам
одновременно. При одновременной передаче сигналов яркости в те-
левидении потребовалось бы число каналов, равное числу элементов
изображения (около 500 000), что практически невозможно. Поэтому в
телевидении используется последовательная передача сигналов яр-
кости элементов изображения. Последовательная передача элемен-
тов изображения с определенной скоростью и в строго определенном
порядке называется разверткой изображения.

Развертка может быть различной, например, при записи на ком-
пакт-диски применяется спиральная развертка; при обычной магнит-
ной звукозаписи - линейная. В телевидении применение нашла раз-
вертка, при которой прочерчиваются параллельные строки, т. е.
строчная развертка.

Число строк разложения определяется разрешающей способностью
глаза. Исследования показывают, что поле зрения глаза ограничивает-
ся углом 120... 130°, но только в центральной части с углом около 15°
зрение имеет большую разрешающую способность. Как было отмечено
ранее, глаз различает две точки как отдельные, если угловое расстоя-
ние между ними составляет примерно одну минуту. Поэтому, чтобы
строчная структура телевизионного изображения не была заметной,
число строк должно быть не менее 1571' = 900 строк. Как будет пока-
зано, от числа строк зависит ширина спектра телевизионного сигнала,
поэтому выбор числа строк обусловлен также технико-экономическими
показателями. Отечественным стандартом принято число строк, рав-
ное 625.

После того как закончится развертка всего изображения (625
строк), цикл повторяется с исходного положения (с первой строки).
Полный цикл развертки изображения называется кадром.

Все строки кадра образуют растр. Прочерчивание строк может
быть последовательным - от первой строки ко второй, от второй к
третьей и т. д. После прочерчивания последней строки снова насту-
пает очередь первой, и весь процесс повторяется снова. Такая раз-
вертка называется прогрессивной (рис. 12.3).

Прогрессивная развертка используется в системах прикладного
телевидения и в компьютерных мониторах.

’ Мы отмечали, что для передачи движущихся изображений необхо-
дима частая смена кадров. Тогда за счет инерционности зрения у на-
блюдателя создается иллюзия непрерывного движения объекта.

Слитность движения наступает при частоте смены кадров 16... 18 Гц.
Однако при этом заметно мелькание яркости на экране. Частоту, при
которой глаз перестает воспринимать изменение яркости, называют
критической частотой мелькания. При демонстрации кинофильма
скорость смены кадров составляет 24 кадра в секунду. Для того чтобы
исключить мелькание, в кино каждый кадр показывается дважды с
помощью так называемого обтюратора - механической заслонки,
вращающейся перед фильмовым каналом. При этом частота проек-
ции составляет 48 кадров в секунду, что устраняет мелькание.

В телевидении эта же задача решается с помощью чересстрочной
развертки. Сначала передаются все нечетные строки, т. е. первая,
третья и т. д. После передачи половины последней нечетной строки
луч перемещается в среднюю точку между первой и третьей строками
и прочерчивает в промежутках между нечетными строками все четные
строки. Когда заканчивается передача последней четной строки, луч
возвращается к началу первой и процесс повторяется вновь (рис. 12.4).
При этом передачу только нечетных или только четных строк принято
называть передачей полукадров или полей.

Рис. 12.3. Телевизионный растр
при прогрессивной развертке

Рис. 12.4. Структура ТВ кадра
при чересстрочной развертке
Частота полукадров у нас в стране принята равной 50 Гц, что обес-
печивает отсутствие мельканий, поскольку эта частота больше крити-
ческой. В то же время частота кадров будет равна 25 Гц.

12.2.	Спектр частот телевизионного сигнала

Сигнал изображения, полученный в процессе развертки с помо-
щью передающей телевизионной трубки, называется видеосигналом.
Для определения спектра видеосигнала необходимо установить низ-
шую и высшую частоты спектра.

На рис. 12.5, а приведен простейший пример неподвижного изо-
бражения в виде двух горизонтальных полос - белой и черной. Как
видно из рисунка, сигнал, соответствующий этому изображению,
представляется в виде импульсов с периодом следования Тк, равным
времени передачи кадра.

Частота этих импульсов (первая гармоника в соответствующем
этим импульсам ряду Фурье) будет равна частоте смены кадров. При
заданной частоте кадров невозможно придумать неподвижное изо-
бражение для сигнала, частота первой гармоники которого была бы
ниже частоты кадров. Таким образом, нижняя частота спектра теле-
визионного сигнала fH = 1/Тк.

При чересстрочной развертке изображение рис. 12.5, а практиче-
ски будет одинаковым как в четном, так и в нечетном полукадре.
В связи с этим при чересстрочной развертке за нижнюю границу спек-
тра следует принять частоту, равную числу полукадров, т. е. 50 Гц.

Верхняя граница спектра телевизионного сигнала определяется
мельчайшими деталями изображения, которые еще могут быть вос-
произведены на экране кинескопа. В кинескопе должна быть возмож-
ность сфокусировать электронный луч так, чтобы его диаметр был ра-
вен толщине одной строки. Для определения верхней частоты подсчи-
таем число пар черных и белых элементов на изображении «шахмат-

Ус

t
a

k/3 х 625/2 пар элементов

б

Рис. 12.5. К определению нижней (а) и верхней (б) границ
спектра частот телевизионного сигнала
ной доски», состоящей из клеточек, вертикальный и горизонтальный
размеры которых равны диаметру развертывающего луча (рис. 12.4, б).
Число пар таких клеточек, передаваемых в секунду, и определит
верхнюю границу спектра телевизионного сигнала.

Число пар элементов по горизонтали определяется длиной строки,
зависящей от формата изображения. Стандартное соотношение ши-
рины экрана к его высоте в телевидении, как и в кино выбрано рав-
ным 4:3. При этом число пар элементов составит 4/3x625/2 = 416;
число пар во всем кадре 4/3x625/2x625 = 260 000. Так как частота
кадров при чересстрочной развертке равна 25 Гц, общее число пар
элементов, передаваемых в секунду, составит 6 500 000. Таким обра-
зам, верхняя частота телевизионного сигнала равна 6,5 МГц.

Расчет верхней частоты производят по формуле

f

e 3 2 ’

где Z- число строк; 4 - частота кадров.

Из формулы видно, что чересстрочная развертка дает возмож-
ность в 2 раза уменьшить полосу частот, занимаемую видеосигналом.
Кроме того, квадратичная зависимость полосы частот от числа строк
накладывает жесткие ограничения на их выбор. Так видеосигнал ра-
нее используемого во Франции телевидения с числом строк 819 за-
нимал полосу частот около 11 МГц, что вызывало ряд серьезных
трудностей при их передаче. Практика показывает, что верхняя час-
тота телевизионного сигнала может быть уменьшена на 15...20% без
заметного ущерба для качества передачи. При этом 4 = 5...6 МГц.

Экспериментальные исследования, проведенные в последнее
время, показали, что телезрители предпочитают формат ТВ кадра с
отношением сторон 16:9. Широкоформатное ТВ изображение суще-
ственно более комфортно при его рассматривании, чем традицион-
ный формат 4:3. Главная причина этого заключается в особенностях
зрительного восприятия человека. В этом случае увеличивается угол
зрения в горизонтальном направлении, что ведет к росту объема вос-
принимаемой информации. При этом в восприятии участвуют пери-
ферические области сетчатки, которые уменьшают заметность границ
изображений, повышают различимость отображаемых объектов, а
также усиливают впечатление объемности и относительного про-
странственного расположения рассматриваемых объектов. Поэтому
в перспективных ТВ системах используется формат кадра 16:9.
В свою очередь это приведет к некоторому увеличению верхней гра-
ничной частоты спектра ТВ сигнала (примерно в 1,33 раза).

Строчная структура телевизионного сигнала приводит к тому, что
спектральные составляющие не распределены в указанном диапазо-
не частот равномерно, а группируются вокруг гармоник строчной час-
тоты в сравнительно узкие полосы боковых частот, обусловленные
кадровой разверткой и сигналами, несущими информацию о переда-
ваемом изображении (рис. 12.6). Наличие «пустых» зон в спектре ви-
деосигнала используется в цветном телевидении для передачи ин-
формации о цвете.

12.3.	Полный телевизионный сигнал

Передача изображения возможна только в том случае, когда дви-
жение электронного луча на экране приемной трубки синхронно и
синфазно с движением луча передающей трубки.

Синхронизация осуществляется путем передачи по каналу связи
особых синхронизирующих импульсов (строчных и кадровых). Эти
импульсы вырабатываются в передающей части тракта (рис. 12.7)
синхрогенератором (СГ). Последний управляет работой блока раз-
вертки (БР) передающей трубки (ПТ) и одновременно подает синхро-
импульсы в видеоусилитель (ВУ), где они смешиваются с видеосиг-
налом. Затем полным сигналом модулируют несущую частоту пере-
датчика (Пер).

В приемнике (Пр) из модулированных колебаний выделяется сиг-
нал яркости, который с помощью приемной трубки - кинескопа (К) -
преобразуется в оптическое изображение. В канале синхронизации
(КС) происходит отделение синхроимпульсов от сигнала яркости. Вы-
деленные синхроимпульсы используются для синхронизации блока
развертки (БР) приемного устройства.

Рис. 12.7. Структурная схема телевизионной системы
Рис. 12.8. Форма ТВ сигнала положительной
полярности на строчном интервале

Кроме синхроимпульсов в состав телевизионного сигнала должны
также входить гасящие импульсы, которые запирают передающую и
приемную трубки во время обратного хода строчной и кадровой раз-
верток.

Таким образом, полный телевизионный сигнал состоит из сигналов
яркости (видеосигнала), сигналов строчной и кадровой синхронизации
и гасящих импульсов (ГИ).

Для упрощения процесса ознакомления целесообразно рассмот-
реть сначала структуру ТВ сигнала во временном интервале, где от-
сутствуют кадровые гасящие импульсы (КГИ). Форма полного ТВ сиг-
нала, соответствующего одному периоду строчной развертки, пред-
ставлена на рис. 12.8.

В интервале времени, соответствующем прямому ходу строчной
развертки, передается видеосигнал, величина которого пропорцио-
нальна яркости передаваемых элементов изображения. Уровень ви-
деосигнала, соответствующий минимальному значению яркости, на-
зывается уровнем черного, а уровень, соответствующий максималь-
ному значению яркости, - уровнем белого. Между этими уровнями
располагаются все остальные значения видеосигнала, соответст-
вующие промежуточным значениям яркости.

Чтобы обратные ходы разверток не были заметны зрителю, необ-
ходимо яркость в это время сделать минимальной. Для этой цели в
видеосигнал во время обратного хода строчной и кадровой разверток
вводятся специальные строчные и кадровые гасящие импульсы (СГИ
и КГИ), длительность которых соответствует длительности обратных
ходов строчной и кадровой разверток.
Рис. 12.9. Форма ТВ сигнала отрицательной полярности
на кадровом интервале

Как уже было отмечено, одновременно с видеосигналом переда-
ются строчные и кадровые синхронизирующие импульсы (ССИ, КСИ).
Данные импульсы не должны мешать передаче видеосигнала, поэто-
му их располагают на вершинах ГИ в так называемой области «чер-
нее черного». Различие между ними состоит в частоте повторения и
длительности: частота повторения ССИ соответствует частоте строк,
а длительность равна 4,7 мкс, частота следования КСИ равна 50 Гц
при длительности 160 мкс.

В полном ТВ сигнале за опорный принимается уровень ГИ. Он соз-
дает границу между областью передачи видеосигнала и областью
передачи сигналов синхронизации.

Структура ТВ сигнала во время передачи кадровых импульсов по-
казана на рис. 12.9. Для исключения нарушений строчной синхрони-
зации ССИ следует передавать и во время КГИ, и во время КСИ.
ССИ во время передачи КСИ помещаются внутри него в виде врезок,
из которых в телевизорах формируются обычные ССИ.

12.4.	Передача и прием телевизионных сигналов

Передача телевизионных сигналов. Ранее мы отметили, что
наивысшая частота изображения равна примерно 6 МГц. Для переда-
чи сигнала с таким широким спектром целесообразно использовать
амплитудную модуляцию.

Для использования амплитудной модуляции требуется полоса
частот шириной 12 МГц, в то время как по отечественному телевизи-
онному стандарту на передачу одного телевизионного канала отво-
дится полоса 8 МГц. Но так как вся информация о сигнале содержит-
ся в одной боковой полосе частот, можно передавать только одну бо-
ковую полосу АМ сигнала. Однако, полное подавление одной боковой
полосы требует наличия в приемнике сложного фильтра, имеющего
Рис. 12.10. Размещение спектров сигналов изображения
и звука в канале телевизионного вещания

крутые спады частотной характеристики. Поэтому передается верхняя
боковая полоса, несущая и часть нижней боковой полосы (рис. 12.10).

Звуковые сигналы телевидения передаются с помощью частотной
модуляции. Несущую частоту звуковых сигналов телевидения распо-
лагают рядом с частотами радиосигналов изображения. Это позволя-
ет применять одну и ту же антенну и общие каскады усилителя ра-
диочастоты приемника для приема радиосигналов - изображения и
звука. Полная ширина спектра сигнала составляет 8 МГц. Для исклю-
чения искажений разность частот несущих колебаний изображения и
звука, равная 6,5 МГц, поддерживается телецентром с высокой сте-
пенью точности. Передача сигналов изображения и звука производит-
ся с помощью двух различных передатчиков.

Прием телевизионных сигналов. Телевизионные приемники
строятся по супергетеродинной схеме. По методу приема звуковых
сигналов телевидения телевизионные приемники могут быть двухка-
нальными (с раздельным усилением сигналов звука и изображения на
промежуточной частоте) и одноканальные (с общим усилением).

На рис. 12.11 показана структурная схема одноканального телеви-
зионного приемника. Сигнал, принятый антенной, поступает на селек-
тор телевизионных каналов (СК). В СК сигнал усиливается в усилите-
ле радиочастот (УРЧ) и подается на смеситель (См), куда поступают
также колебания от местного гетеродина (Г).

После селектора каналов (СК) радиосигналы изображения и звука
на промежуточных частотах усиливаются общими каскадами УПЧ, а
затем детектируются амплитудным детектором (Д). В результате де-
тектирования АМ радиосигнала изображения выделяется полный те-
ревизионный сигнал (ПТС). На выходе Д образуется также частота
биений между промежуточными несущими частотами изображения
и звука, равная 6,5 МГц. В этом случае промежуточная несущая час-
тота изображения выполняет функцию частоты гетеродина. При этом
сигналы биений 6,5 МГц, как и промежуточная несущая частота звука,
будут промодулированы по частоте.

Преимущество рассматриваемого способа преобразования частоты
в канале звука состоит не только в отсутствии необходимости иметь
отдельные гетеродин и смеситель, но и в том, что отсутствует неста-
бильность настройки, связанная с изменением частоты гетеродина.
Для получения неискаженного воспроизведения звука не требуется
точная настройка приемника. Здесь отклонение частоты гетеродина от
номинала приводит к равному изменению промежуточных частот ви-
деосигнала и сигнала звука, а разность частот 6,5 МГц остается неиз-
менной. На эту частоту настроены усилитель промежуточной частоты
звука (УПЧЗ), ограничитель амплитудный (О) и частотный детектор (ЧД).

Полный телевизионный сигнал с выхода видеоусилителя (ВУ) пода-
ется на управляющий электрод кинескопа. Для того чтобы сигнал с час-
тотой биений не попадал на кинескоп, на выходе ВУ ставится фильтр
(Ф), вырезающий эту частоту и не пропускающий ее к управляющему
электроду. Одновременно полный телевизионный сигнал подается на
амплитудный селектор (АС), который отделяет кадровые и строчные
синхроимпульсы от полного телевизионного сигнала. Затем с помощью
разделительного фильтра (РФ) разделяются кадровые и строчные син-
хроимпульсы. Первые управляют работой генератора кадровой раз-
вертки (ГКР), вторые - генератора строчной развертки (ГСР). Выход-
ные каскады генераторов кадровой и строчной разверток (ВКК и ВКС)
обеспечивают необходимые токи в отклоняющих катушках кинескопа.

Канал звукового сопровождения

Рис. 12.11. Структурная схема телевизионного приемника
12.5.	Принципы передачи и воспроизведения информации
в цвете

Цветовое зрение. Техника цветного телевидения значительно
сложнее, чем черно-белого. Однако существенные преимущества
цветного изображения - его несравненно большие выразительность,
естественность и отчетливость - оправдывают это усложнение. Для
многих передач цвет является совершенно необходимым компонентом.

Установлено, что человеческий глаз различает до 180 цветовых
тонов. Может сложиться мнение, что для передачи всей гаммы цве-
товых тонов нужно иметь канал связи, обладающий в 180 раз боль-
щей пропускной способностью, чем обычный черно-белый канал. Од-
нако это не так. Замечательное свойство глаза - трехцветное зре-
ние - позволяет обходиться только трехкратным увеличением пропу-
скной способности цветного канала по сравнению с черно-белым.
Применение специальных технических мер, которые рассматривают-
ся дальше, дает возможность еще больше сократить необходимую
пропускную способность.

Идея теории трехкомпонентного цветового зрения, на которой ос-
нована система современного цветного телевидения, впервые была
высказана М. В. Ломоносовым. Затем эту теорию обстоятельно раз-
вил Г. Гельмгольц.

Согласно данной теории в сетчатой оболочке человеческого глаза
имеются три типа колбочек, обладающих различной спектральной чув-
ствительностью. Возбуждение колбочек одного типа дает ощущение
красного цвета, другого - зеленого и третьего - синего цвета. Световые
лучи, падающие от наблюдаемого объекта на сетчатку, воздействуют
одновременно на колбочки всех типов. Лучи белого цвета возбуждают в
одинаковой степени все колбочки. При неодинаковой степени возбужде-
ния различных колбочек возникает ощущение цветного изображения.
Красный, зеленый и синий цвета называются основными. Они взаимоне-
зависимы, так как ни один из них нельзя получить путем сложения двух
других. Все остальные цвета получаются в результате одновременного
воздействия на сетчатку световых колебаний трех основных цветов, взя-
тых в определенном количественном соотношении.

Принципы передачи цветного изображения. Из теории трехком-
понентного цветного зрения можно сделать вывод, что для передачи
цветного изображения необходимо:

-	разложить изображение на три основных цвета: красный, зеленый
и синий;

-	преобразовать три цветовых изображения в электрические сигналы;

-	передать электрические сигналы в приемник и преобразовать их в
оптические изображения красного, зеленого и синего цветов;

-	смешать все три цветовых сигнала в один.
Различают поочередные и одновременные системы разложения и
сложения цветов для передачи цветного изображения. При пооче-
редной системе все три сигнала основного цвета передаются после-
довательно по одному и тому же каналу связи. При одновременной
системе все три сигнала основного цвета передаются одновременно
по разном каналам связи.

При выборе принципа передачи цветного изображения основным
является требование совместимости. Под термином «совместимость»
понимаются возможность приема цветных программ в черно-белом
виде на черно-белые телевизоры и возможность использования су-
ществующих линий междугородной связи для передачи цветных про-
грамм. Кроме того, цветные телевизоры должны обеспечивать прием
черно-белых программ.

Для удовлетворения принципа совместимости необходимо, чтобы
параметры цветного телевидения были такими же, как и черно-
белого: частота кадров 25 Гц, ширина полосы частот сигнала изобра-
жения не более 6,5 МГц, число строк 625. В составе сигнала цветного
телевидения должен быть такой сигнал, который на экране черно-
белого телевизора давал бы нормальное черно-белое изображение.
Следовательно, одним из сигналов изображения цветного телевиде-
ния должен быть яркостный сигнал У.

При поочередной системе для устранения мельканий вместо 25
кадров приходится передавать 75 кадров в секунду. При одинаковом
числе строк в кадре данная система цветного телевидения имеет в
3 раза более широкую полосу частот сигнала изображения по сравне-
нию с черно-белым телевидением. Передавать и принимать такую
широкую полосу частот при использовании радиоканала технически
трудно. В телевизионном вещании поочередная система цветного
телевидения не применяется, в отличие от прикладных телевизион-
ных систем.

Одновременная система цветного телевидения на первый взгляд
требует расширения спектра частот в 4 раза, так как необходимо пе-
редать яркостный сигнал У и сигналы цветности - красный R, зеле-
ный G, синий В. Рассмотрим, каким образом удалось сократить поло-
су частот в современной системе цветного телевидения.

Известно, что яркостный сигнал является суммой сигналов цвет-
ности: У= 0.59G +0,3/7 +0,11В. Поскольку в яркостном сигнале со-
держится 59% зеленого, специальный сигнал зеленого можно не пе-
редавать. При этом будет обеспечиваться совместимость (за счет
передачи яркостного сигнала) и число сигналов сокращается до трех:
яркостного, красного и синего.

Дальнейшее сужение полосы частот может быть достигнуто за
счет свойства цветного зрения. Известно, что мелкие окрашенные
детали воспринимаются глазом как черно-белые. Следовательно, их
можно передавать с помощью только одного сигнала, подобного сиг-
налу черно-белого телевидения. Ранее отмечалось, что мелким дета-
лям изображения соответствуют высокие частоты, крупным - сравни-
тельно низкие. Опытным путем было установлено, что для передачи
цветных деталей изображения достаточна полоса частот шириной
всего около 1,5 МГц.

Кроме того, сигналы красного и синего цветов помимо информации
о цветовом тоне и насыщенности несут информацию о яркости данно-
го участка изображения, которая является совершенно излишней, по-
скольку уже имеется специальный яркостный сигнал. Поэтому вместо
сигналов красного и синего цветов целесообразно передавать так на-
зываемые цветоразностные сигналы R-Y и В-Y, не несущие инфор-
мации о яркости. Эти сигналы называются сигналами цветности.

Рассматривая спектр телевизионного сигнала, мы отмечали, что при
построчной передаче изображения спектр яркостного сигнала оказыва-
ется дискретным (см. рис. 12.6) и в нем имеются свободные от сигнала
участки. Так как полоса частот сигналов цветности существенно со-
кращена, появляется возможность уплотнить канал связи этими сигна-
лами, разместив их в свободных участках спектра. Это достигается со-
ответствующим выбором поднесущей сигналов цветности.

Сигналы цветности в пределах свободного участка спектра могут
передаваться одновременно и последовательно.

В Российской Федерации, а также во Франции в качестве стан-
дартной системы принята система SECAM (SEquential Couleur Avec
Memoire - последовательная передача цветов с запоминающим уст-
ройством). Данная система является последовательно-
одновременной системой цветного телевидения, так как преобразо-
вание цветного изображения в три первичных сигнала R, G и В проис-
ходит одновременно, а передача по линии связи двух цветоразност-
ных сигналов осуществляется поочередно. Яркостный сигнал в сис-
теме SECAM передается непрерывно, а передача цветоразностных
сигналов - поочередно (через строку): в течение одной строки пере-
дается сигнал В-У, а в течение другой строки - R-Y.

Для поочередной передачи цветоразностных сигналов (рис. 12.12, а)
к кодирующей матрице (КМ) подключается электронный коммутатор
(ЭК). К его входам от кодирующей матрицы подводятся сигналы R-Y
и В-Y. При переключении ЭК в момент обратного хода строчной раз-
вертки на его выходе появляется сигнал с чередующимися цветами.

Полученный в результате коммутации цветоразностный сигнал по-
сле некоторой обработки используется для модуляции цветовой под-
несущей. Промодулированная поднесущая смешивается с сигналом
яркости Y, в результате чего получается цветовой телевизионный
сигнал.
Рис. 12.12. Упрощенная структурная схема системы SECAM:
а - передающая часть; б - приемная часть

В декодирующем устройстве (рис. 12.12, б) ставятся линия за-
держки (ЛЗ) на длительность одной строки (64 мкс) и электронный
коммутатор. На входы последнего поступают сигналы цветности с
входа и выхода линии задержки. В результате в каждый момент на
входе коммутатора имеются два цветоразностных сигнала: один, ко-
торый действительно передается в данное время на данной строке
(например, R-Y), и другой, который передавался во время предыду-
щей строки, но был задержан в линии задержки. Поскольку выходы
коммутатора подключаются к каждому из его входов через строку, то
на соответствующем выходе коммутатора выделяется только один
вид цветоразностного сигнала.

На одном из выходов коммутатора выделяется цветовая поднесу-
щая сигнала R-Y, а на втором - B-Y. Конечно, правильное распреде-
ление сигналов возможно при синфазной и синхронной работе комму-
таторов кодирующего и декодирующего устройств.

Способ передачи и приема цветоразностных сигналов и различает
между собой современные вещательные системы цветного ТВ. В на-
стоящее время в различных странах мира эксплуатируются три веща-
тельные системы цветного телевидения. В нашей стране и еще в 60
странах мира с населением 760 млн. человек используется рассмот-
ренная система цветного телевидения SECAM.

В США разработана цветная система с квадратурной модуляцией
поднесущей частоты NTSC (National Television System Committee),
которая используется в 54 странах мира с населением 870 млн. че-
ловек. В ФРГ разработана система с квадратурной модуляцией и
строчно-переменной фазой PAL (Phase Alternation Line). Система PAL
эксплуатируется в 81 стране мира с общим населением 3,5 млрд,
человек.

В качестве сигналов для передачи цветовой информации в систе-
ме NTSC (525 строк, 30 кадров в секунду) приняты также цветоразно-
стные сигналы. Различие заключается в том, что оба цветоразност-
ных сигнала передаются одновременно, в каждой строке развертки,
причем без расширения полосы частот, занимаемой сигналом цвет-
ности в спектре сигнала яркости. Это достигнуто применением квад-
ратурной модуляции, при которой две поднесущие, модулируемые
цветоразностными сигналами по амплитуде, имеют одну и ту же час-
тоту, но сдвинуты друг относительно друга по фазе на 90°.

Кроме эксплуатационных недостатков, связанных со сложным
принципом передачи и разделения сигналов цветности - квадратур-
ной модуляцией и синхронным детектированием, необходимо указать
на большую подверженность системы NTSC искажениям типа «диф-
ференциальная фаза» и «дифференциальное усиление». Первое
приводит к искажениям цветового тона, который изменяется в зави-
симости от мгновенного значения сигнала яркости. Второе из-за не-
линейности амплитудных характеристик приводит к искажениям на-
сыщенности цвета.

Система PAL (625 строк, 25 кадров в секунду) в своей основе со-
держит все идеи американской NTSC. Особенность PAL заключается
в оригинальном способе устранения фазовых искажений, присущих
системе NTSC. В системе PAL фаза поднесущей одного цветоразност-
ного сигнала от строки к строке меняется на 180°. Кроме того, в прием-
нике используется линия задержки на время одной строки (64 мкс). То
есть имеются два сигнала цветности с относительной задержкой на
одну строку. Изменение фазы от строки к строке на 180° приводит к
тому, что фазовые ошибки, одинаковые по величине, имеют разные
знаки. Сложение напряжения на входе линии задержки с перевернутым
напряжением на ее выходе устраняет ошибку (сбой) фазы.

При очевидных достоинствах главным недостатком системы PAL
является существенное усложнение ТВ-приемника за счет введения в
его схему дополнительных узлов для задержки сигнала цветности на
время одной строки и периодического изменения фазы цветоразност-
ного сигнала.

В целом, если сегодня поставить рядом три телевизора достаточ-
но хорошего класса и подать на них одну и ту же передачу, но в трех
разных стандартах (NTSC, PAL, SECAM), то глаз рядового телезрите-
ля не сумеет уловить разницы.

Ниже в табл. 12.1 и 12.2 приведены основные характеристики те-
левизионных систем и их модификации.
Таблица 12.1. Основные характеристики телевизионных систем

Тип системы	NTSC	PAL	SECAM
Частота вертикальной развертки, Гц	60	50	50
Частота горизонталь- ной развертки, кГц	15,374	15,625	15,625
Число строк в кадре	525	625	625
Число видимых строк в кадре	480	576	576
Тип модуляции цвето- вой поднесущей	Амплитудная	Амплитудная	Частотная
Полоса видеосигнала, МГц	4,2	5 для B/G; 5,5 для I; 6 для D/K	
Частота цветовой под- несущей, МГц	3,60	4,43	4,41 по U, 4,25 по V
Разнос несущих видео/ звук, МГц	4,5	5,5 для B/G; 6 для I; 6,5 для D/K	
Полная ширина сигна- ла, МГц	6	7 для B/G; 8 для I/D/K	

Таблица 12.2. Модификации телевизионных систем

Стандарт	Число строк	Ширина канала, МГц	Полоса частот ви- деосигнала, МГц	Разнос видео/ звук, МГц	Поляр- ность модуля- ции видео	Тип мо- дуляции несущей звука
А	405	5	3	3,5	+	АМ
В	625	7	5	5,5	—	ЧМ
с	625	7	5	5,5	+	АМ
D	625	8	6	6,5	—	ЧМ
Е	819	14	10	11,15	+	АМ
F	819	7	5	5,5	+	АМ
G	625	8	5	5,5	—	ЧМ
Н	625	8	5	5,5	—	ЧМ
I	625	8	5,5	6	—	ЧМ
К	625	8	6	6,5	—	ЧМ
L	625	8	6	6,5	+	АМ
М	525	6	4,2	4,5	—	ЧМ
N	625	6	4,2	4,5	-	ЧМ

Напомним, что в России принят стандарт SECAM D/К (первая бук-
ва относится к диапазону метровых волн, вторая - дециметровых), во
Франции - SECAM Е/L, Монако - SECAM С/L, Иране - SECAM В, Гер-
мании - PAL В/G, Англии - PAL А/l, Бельгии - PAL В/Н, Бразилии -
PAL М/М, Китае - PAL D/К, в США, Японии и Тайване - NTSC М/М.
В заключении отметим, что французский и российский SECAM су-
щественно отличаются в модуляции несущего радиосигнала - как по
видео, так и по звуку. А на уровне низкочастотных сигналов отличий
нет. Основное отличие между SECAM В/G и D/К - в частоте разноса
звука от видео. В то же время с точки зрения модуляции радиосигна-
лов отличий между PAL D/К и SECAM D/К нет. Это позволяет исполь-
зовать телевизионный тюнер, настроенный на PAL D/К, для выделе-
ния нашего SECAM из высокочастотного сигнала. Очевидно, что по-
лученный при этом низкочастотный сигнал все же необходимо пода-
вать именно на SECAM-декодер.

( 12.6. Форматы записи видеосигнала

Низкочастотный телевизионный видеосигнал является композит-
ным, т. е. представляет собой результат сложения яркостного сигнала
У, двух цветовых поднесущих, модулированных сигналами цветности
U и V, а также синхроимпульсов, причем частоты цветоразностных
сигналов лежат в пределах полосы спектра яркостного сигнала. При
этом частоты поднесущих сигналов цветности выбраны так, чтобы
спектральные пики этих сигналов оказались между пиками яркостного
сигнала. В результате путем использования специальных гребенчатых
фильтров возможно эффективное разделение этих сигналов. Однако,
подобные фильтры весьма сложны и дороги, а потому в основном ис-
пользуются в профессиональной аппаратуре высокого разрешения.

В бытовых устройствах ограничиваются более простыми полосо-
выми фильтрами, заметно снижающими четкость изображений. Так в
видеомагнитофонах и камерах классов VHS (Video Home System)
и Video-8 используются только композитные видеосигналы, при этом
разрешение ограничено 240 телевизионными строками. Кроме того,
даже полное использование всех различий сигналов все равно не по-
зволяет идеально разделить их. Поэтому более эффективным оказы-
вается использование не единого композитного сигнала, а двух ком-
позитных сигналов УЮ. У, как и ранее, несет яркостный сигнал и син-
хроимпульсы, а С (Chrominance) - модулированные цветовые сигна-
лы. Такой сигнал называют S-Video, он используется при запи-
си/воспроизведении в аппаратуре классов S-VHS и Hi-8. Считается,
что при этом обеспечивается разрешение в 400 строк.

Следующим шагом к повышению качества является переход к
компонентному сигналу YUV. Он используется в профессиональной
аппаратуре класса Betacam и обеспечивает разрешение до 500 строк.
И, наконец, последним в этой череде является RGB-представление,
при котором отсутствуют какое-либо кодирование и модуляция, и
осуществляется наиболее простая и точная передача сигнала. Одна-
ко достигаемое здесь повышение качества уже становится визуально
несущественным. Поэтому, подобное представление реально исполь-
зуется только в высокоточной научной измерительной аппаратуре.

За последние несколько лет появилось большое число различных
цифровых форматов представления видеосигнала. Аппаратура, ра-
ботающая в этих форматах, выпускается рядом фирм - законодате-
лей мод в видеотехнике, такими как Sony, Panasonic, JVC и т. д. При-
ведем сводную таблицу существующих форматов, в том числе и
цифровых, о которых мы поговорим позже.

В таблице 12.3 самым «непонятным» является столбец «вид сиг-
нала». Что означают обозначения YUV 4:2:2, YUV 4:1:1 и т. п.? Об
этом мы поговорим в разделе 12.8, посвященном цифровому пред-
ставлению видеосигнала.

Таблица 12.3. Сравнительные характеристики различных форматов

записи на магнитную ленту

Формат записи	Тип записи	Вид сигнала	Ширина ленты, мм	Скорость ленты, мм/с	Отноше- ние сиг- нал/ шум, дБ	Коэффи- циент компрес- сии
VHS	Аналоговая	композит- ный	12,65	23,39	43	-
S-VHS	Аналоговая	Y/C	12,65	23,39	45	—
Hi8	Аналоговая	Y/C	8	20,5	44	—
Betacam	Аналоговая	YUV	12,65	101,5	49	—
Betacam SP	Аналоговая	YUV	12,65	101,5	51	—
Betacam SX	Цифровая	YUV 4:2:2	2,65	59,575	51	10:1
Digital Betacam	Цифровая	YUV 4:2:2	12,65	96,7	55	2:1
DV	Цифровая	YUV 4:2:0	6,35	18,831	54	5:1
DVCam	Цифровая	YUV 4:2:0	6,35	28,2	54	5:1
DVCPro	Цифровая	YUV 4:1:1	6,35	33,813	54	5:1
DVCPro50	Цифровая	YUV 4:2:2	6,35	67,626	62	3,3:1
Digital-S	Цифровая	YUV 4:2:2	12,65	57,8	55	3,3:1

12.7.	Телевидение высокой четкости

Под телевидением высокой четкости (ТВЧ) понимают передача
изображения с числом строк, приблизительно вдвое превышающим
тот показатель у существующих стандартов, и форматом кадра (от-
ношение ширины кадра к его высоте) 16:9. Англоязычное название
этой технологии - HDTV (High Definition Television). Объем информа-
ции содержащийся в каждом кадре ТВЧ изображения, возрастает в
пять-шесть раз по сравнению с обычным телевидением. На ТВЧ изо-
бражении отсутствуют дефекты, свойственные принятым сегодня
стандартам ТВ вещания, - недостаточная разрешающая способность,
заметность поднесущей, перекрестные искажения сигналов яркости и
цветности, мерцание изображения из-за недостаточно высокой часто-
ты кадров, дрожание строк и т. д. ТВЧ обеспечивает существенное
повышение качества ТВ изображения, приближая его восприятие к
зрительному восприятию естественных, натуральных сцен и сюжетов.
Такое радикальное улучшение качества изображения не может быть
достигнуто ни модификацией существующих стандартных систем
цветного ТВ, ни ТВ системами повышенного качества.

Идея телевидения с более высоким количеством строк по экрану
родилась уже очень давно, с середины 1960-х гг. Разработка нового
телевизионного стандарта высокой четкости велась больше по зако-
нам войны, в основе которой лежали и технологические, и политиче-
ские, и экономические причины, хотя, вероятно, не в меньшей степе-
ни - и амбиции стран. В войне участвовали все технологические
сверхдержавы - США, СССР, Япония и европейцы, выступавшие то-
гда консорциумом.

В первой Мировой войне HDTV-форматов участвовали все сверх-
державы мира. Неясно, кто же первым начал разрабатывать стандарт
высокой четкости, однако с начала 60-х гг. этой проблемой все выше-
перечисленные страны начали заниматься практически одновременно.

Сделавший очень многое для развития телевидения как нового
вида электронного СМИ и создавший в свое время телевизионный
стандарт в 625 строк (что для тех лет было само по себе ТВЧ, так как
в США вещали всего тогда в 343 строки), Советский Союз разработал
два стандарта четкого ТВ - чересстрочные 1525 и 1250. Руководство
страны, по всей видимости, считало, что если стандарт 625i, разрабо-
танный в СССР, Европа когда-то приняла для себя, то примет и тех-
нологически родственный ему стандарт ТВЧ 1250. Для этого было
немало предпосылок, и, собственно, почти так и произошло. Целиком
и полностью подготовленный с научной и технологической точки зре-
ния формат был готов к запуску, но сломалась экономика Советского
Союза, и тут было не до ТВЧ, а так и не вышедший из стен лаборато-
рий советский стандарт дал толчок развитию первой волны HDTV в
Европе. В России же вопрос о ТВЧ вернулся тогда, когда о «родном»
стандарте никто уже речь не заводил.

Европейцы, взяв за основу стандарт 1250, предложили за техноло-
гическую основу стандарт уже работавшего на тот момент спутникового
телевидения МАС и построили на его основе систему HD-МАС. Проект
назвали «Эврика-95», а ядром разработчиков системы выступили
Philips, Thomson и Bosh. Кроме них, в проекте участвовали Nokia, Grun-
dig и целый ряд научно-исследовательских и учебных институтов - все-
го 12 исследовательских групп. Проект обошелся в приличную сумму,
за 5 лет работы было потрачено более 350 млн. долл.
Европа впервые применила телевидение высокой четкости для
демонстрации матчей своего Чемпионата по футболу в 1988 г., и с
тех пор спорт считается одним из главных зрелищ, достойных HD-
разрешения.

Результат получился просто впечатляющим. В 1988 г. в Европе
пошли первые опытные передачи в HD-МАС через спутник TDE-2, а
еще через 2 года Европа и западные районы СССР имели возмож-
ность смотреть чемпионат мира по футболу с невероятным для тех
времен качеством.

Японская вещательная компания NHK в 1964 г. начала разработку
подобного стандарта и устройств под него. А к началу 80-х NHK пред-
ложила миру готовый стандарт HDTV. За 12 лет интенсивных разра-
боток была создана полная линейка HDTV - аппаратуры: телекамера,
видеомагнитофон и цветной монитор с диагональю экрана 80 см.
Формат имел 1125 строк, 60 чересстрочных кадров в секунду и фор-
мат изображения 16:9. В проекте приняли участие Sony, Toshiba и
NEC. Тогда же ими была разработана и вещательная спутниковая
система MUSE с сигналом в диапазоне 11,7... 12,5 ГГц. Трансляции
NHK начались в 1985 г. и, несмотря на просто гигантскую стоимость
HDTV-телевизора тех лет (почти $10 тыс.), к 1990 г. в японских домах
стояло около 150 тысяч таких аппаратов. Действие той системы за-
кончилось лишь в самом конце 90-х гг., когда на смену MUSE пришел
более дешевый в эксплуатации американский формат HDTV 1080р.

В Соединенных Штатах за 18 лет поисков и метаний пришли к тому
стандарту HDTV, который Федеральная комиссия по связи (FCC) оп-
ределила как ATSC. Стандарт совместим с 18 форматами ТВ, причем
только 6 из них относятся к HDTV. Все форматы, входящие в ATSC,
изначально совместимы с аналоговыми телеприемниками, предот-
вращая, таким образом, потерю аудитории, смотрящей телевидение
по старинке.

Таким образом, как и при внедрении цветного телевидения, так и
при внедрении телевидения высокой четкости, мы наблюдаем борьбу
стандартов.

В настоящее время существует 6 стандартов аналогового телеви-
дения HDTV и 18 стандартов цифрового (если такое вообще можно
назвать стандартизацией). В свою очередь, из 18 стандартов цифро-
вого телевидения лишь несколько определяются как HDTV - 720,
1125, 1080 и 1035 с чересстрочной разверткой (обозначаются буквой i)
и 720, 768, 1080 и 1125 с прогрессивной (р). Есть еще старый евро-
стандарт 1250i и советский 1525i, на которых, впрочем, никто не ве-
щает. Однако единый стандарт все же есть. В мае 1999 г. Междуна-
родный Союз Электросвязи МСЭ (ITU) утвердил в виде своих Реко-
мендаций как общемировой стандарт HDTV для производства и меж-
дународного обмена телепрограммами. Общий формат-изображения
определяется как имеющий 1920 элементов изображения в одной
строке, 1080 активных строк с чересстрочной и прогрессивной раз-
верткой, соотношение сторон 16:9 и частотой кадров в 24р, 25р, ЗОр,
50р, 50i, 60S и 60р в секунду. По сути своей, это расширенная версия
американского стандарта 10801, но, как видите, достаточно гибкая.

Стандарт HDTV 1080i оказался достаточно гибким, потому как, не-
смотря на свое название, поддерживает целый ряд разверток - 24р,
25р, ЗОр, 50р, 50i, 601 и 60р. Впрочем, и он сегодня исполняется не до
конца. Рекомендации ITU в далекой Восточной Азии не особо слуша-
ют и продолжают создавать программы и вещать в «нестандартных»
1125- и 1035-строчном форматах. Передачи эфирного 1080 HDTV се-
г^рня идут в США, Китае, Японии, а также в Австралии. При этом в
Австралии и в Японии на этот стандарт перешли практически все те-
лекомпании.

Массовое использование телевидения высокой четкости стало
возможным только с появлением в телевидении цифровых техноло-
гий, к рассмотрению которых мы и переходим.

12.8.	Основы цифрового телевидения

Общие сведения. Возрастающие требования к качеству телеви-
зионного вещания, дальнейшее совершенствование его технологии
приводят к необходимости изыскания новых эффективных методов
создания, записи и передачи сигналов телевизионных программ.
В течение многих лет в телевидении используют аналоговый телеви-
зионный сигнал, который на выходе преобразователя свет-сигнал яв-
ляется электрическим аналогом изображения.

Основное требование к передаче телевизионных сигналов сво-
дится к обеспечению минимальных искажений. Однако в процессе
формирования и записи сигналов телевизионных программ, а также
при передаче по линиям связи методами и средствами, используе-
мыми в аналоговом телевидении, телевизионный сигнал подверга-
ется искажениям, которые накапливаются с увеличением числа об-
работок и переприемов. Особенно сильно эти искажения проявля-
ются при компоновке программ, осуществляемой путем электронно-
го монтажа видеозаписей на магнитной ленте. При многократной
перезаписи фрагментов программ, неизбежной во время монтажа,
происходит существенное ухудшение качества аналоговых сигна-
лов. Аналоговый тип телевизионных сигналов ограничивает даль-
нейшее повышение качества изображения и возможность использо-
вания различных спецэффектов. Отмеченные ограничения могут
быть преодолены путем перехода на цифровую форму телевизионно-
го сигнала. Поэтому в последние годы все большее внимание уделя-
ется цифровому телевидению.
Цифровое телевидение - область телевидения, в которой опера-
ции обработки, записи и передачи телевизионного сигнала связаны с
его преобразованием в цифровую форму. Отметим преимущества
перехода к цифровой форме представления и передачи телевизион-
ных сигналов.

-	Появляется возможность создания унифицированного видео-
оборудования, которое использует единый стандарт цифрового коди-
рования и, в перспективе, вытеснит многочисленные, несовместимые
между собой стандартные системы цветного телевидения - SECAM,
PAL, NTSC.

-	Все цифровые сигналы обрабатываются по единой техноло-
гии. Повышается стабильность параметров оборудования, которое
работает в бесподстроечном режиме. Тем самым обеспечивается
значительное повышение качества телевизионного изображения,
особенно при цифровой видеозаписи с применением электронного
монтажа.

-	Качество цифровой видеозаписи чрезвычайно важно для созда-
ния фондовых и архивных материалов, а также для длительного их
хранения. Внедрение единого стандарта цифровой видеозаписи зна-
чительно облегчает международный обмен телевизионными про-
граммами.

-	Применение цифровых сигналов значительно расширяет но-
менклатуру спецэффектов. Это и селективная обработка участков
кадра, и электронный монтаж из фрагментов нескольких кадров, за-
мена объектов в кадре, геометрические преобразования изображе-
ний и т. п.

-	Цифровая техника открывает совершенно новые возможности
в художественном оформлении телевизионных программ.

-	Повышается качество передачи сигналов телевизионных про-
грамм по линиям связи благодаря значительному ослаблению эф-
фекта накопления искажений и применению кодов, обнаруживающих
и исправляющих ошибки передачи.

Системы цифрового телевидения могут быть в основном двух типов:

-Аналоговый телевизионный сигнал преобразуется в цифровую
форму только для цифровой обработки сигнала, для консервации
сигналов телевизионной программы или передачи их по каналам свя-
зи, а затем снова трансформируется в аналоговую форму. При этом
используются существующие телевизионные станции и парк телеви-
зионных приемников.

- Преобразование передаваемого изображения в цифровой сигнал
и цифрового сигнала в изображение на приемной стороне (обратное
преобразование) производится непосредственно в преобразователях
свет-сигнал и сигнал-свет. Во всех звеньях линии связи телевизион-
ная информация передается в цифровой форме.
Рис. 12.13. Обобщенная структурная схема цифрового тракта

*	преобразования ТВ сигнала

В настоящее время находят применение системы цифрового телеви-
дения первого вида, но в ближайшее время преимущественное развитие
получат системы телевидения второго вида. Можно выделить ряд общих
принципов построения систем и устройств цифрового телевидения и
охарактеризовать основные процессы, происходящие в тракте, обоб-
щенная структурная схема которого приведена на рис. 12.13.

Рассмотрение цифрового телевидения нельзя ограничить только
вопросами, связанными с цифровыми методами обработки и переда-
чи сигнала изображения. Необходимо также учитывать особенности
цифровой передачи сопутствующих сигналов звукового сопровожде-
ния и дополнительной информации.

Само понятие тракта телевидения в будущем будет совпадать с
понятием тракта передачи изображения, который определяют как
комплекс технических средств для передачи телевизионного изобра-
жения от входного зрачка объектива телевизионной передающей ка-
меры до экрана телевизора включительно. Однако в настоящее вре-
мя, как было отмечено выше, тракт цифрового телевидения служит
лишь промежуточным звеном тракта передачи изображения.

На вход тракта цифрового телевидения (см. рис. 12.13) поступает
аналоговый телевизионный сигнал. В кодирующем устройстве (коде-
ре) телевизионный сигнал преобразуется в цифровую форму и посту-
пает на передающее устройство, которое состоит, в общем случае, из
кодера канала и устройства преобразования сигнала. Пройдя через
канал связи, цифровой сигнал поступает в приемник, состоящий из
устройства обратного преобразования сигнала и декодирующего уст-
ройства (декодера), осуществляющего преобразование цифрового
телевизионного сигнала в аналоговый. Кодер и декодер канала обес-
печивают защиту от ошибок в канале связи. В устройствах преобра-
зования характеристики цифрового сигнала согласуются с характери-
стиками канала связи.

Основной сложностью при записи цифрового видео и при его пе-
редаче по каналам связи является большой объем телевизионного
сигнала. Проведем расчет, который покажет, какой же объем будет
иметь обычный двухчасовой фильм в разрешении 640x480 с частотой
смены кадров 25 Гц. Пусть каждая точка принадлежит стандартной
палитре RGB из 16 млн. цветов. 640x480x3 = 900 кб - размер одного
кадра, 22 500 кб - размер одной секунды видео, 154 Гб!!! - размер
всего фильма. Ясно, что такие огромные объемы информации хра-
нить и передавать очень сложно. Так, если мы хотим поместить
фильм из примера на компакт-диск объемом в 650 Мб, то нам пона-
добятся 243 диска!

Проблему большого объема ТВ сигнала следует также рассмот-
реть с точки зрения скорости цифрового потока. Напомним, что ско-
ростью цифрового потока с называется число передаваемых двоич-
ных знаков к в единицу времени. Скорость передачи ТВ сигнала в
цифровой форме равна произведению частоты дискретизации fa и
числа двоичных символов к в одном дискретном отсчете

с = /д/г.

Для количественной оценки скорости передачи цифрового сигнала
необходимо обосновать выбор к и /д. Число двоичных символов к в
кодовой комбинации одного отсчета связано с числом уровней кван-
тования т исходного сигнала соотношением

к = log2 т = 3,3т.

Выбор числа уровней квантования определяется требованием к
минимизации ошибок, возникающих из-за замены истинных значений
отсчетов сигнала их квантованными значениями.

Недостаточное число уровней квантования особенно неприятно
сказывается на цветных изображениях. Шумы квантования проявля-
ются в виде цветных узоров, особенно заметных на таких сюжетах,
как лицо крупным планом, на плавных перепадах яркости и пр. В на-
стоящее время рекомендуется использование линейной десятираз-
рядной шкалы квантования, предусматривающей квантование на
1024 уровня. Хотя еще несколько лет назад считалось вполне удовле-
творительным квантование на 256 уровней (восьмиразрядной шкалой).

На рис. 12.14 приведены диаграммы, дающие представление о со-
ответствии между аналоговым сигналом яркости Еу и уровнями кван-
тования для восьми- и десятиразрядной шкалы. В восьмиразрядной
шкале сигналу отводится 220 уровней квантования (с 16-го, соответ-
ствующего уровню черного, по 235-й, соответствующий белому). В де-
сятиразрядной шкале яркостный сигнал квантуется на 877 уровней
Рис. 12.14. Соответствие размаха яркостного аналогового сигнала шкале
квантования: а - восьмиразрядная шкала; б - десятиразрядная шкала

1024'
940

64
0 ,

>. 877 уровней

(64-й соответствует уровню черного, а 940-й - уровню белого). Из не-
используемых уровней одна часть резервируется для цифровых син-
хронизирующих сигналов, другая - представляет собой рабочий запас
на возможные в процессе преобразования аналогового сигнала пре-
вышения им допустимого Диапазона значений. Подобные случаи для
аналоговой техники весьма вероятны, а связанные с этим перегрузки
аналогово-цифровых преобразователей приводят к заметным неуст-
ранимым искажениям в изображении.

Рассмотрим теперь факторы, определяющие выбор частоты дис-
кретизации.

При полосе частот яркостного сигнала, равной 6 МГц, частота дис-
кретизации должна быть выбрана не менее 12 МГц. Учитывая невоз-
можность создания фильтра нижних частот с прямоугольной АЧХ, эта
цифра должна быть несколько увеличена.

На выбор частоты дискретизации влияют также следующие об-
стоятельства. Изображение, подвергнутое кодированию, представля-
ет собой совокупность отсчетов (пикселей), структура которых зави-
сит от частоты дискретизации. Лучшие результаты достигаются при
фиксированной относительно телевизионного растра структуре от-
счетов, расположенных в узлах прямоугольной решетки - так назы-
ваемая ортогональная структура дискретизации (рис. 12.15). Для это-
го необходимо, чтобы частота дискретизации была кратной частоте
строк. Кроме того, желательно удовлетворение этому требованию
одновременно для двух мировых стандартов разложения: 625/50 и
525/60. Одним из вариантов, отвечающих этим условиям, является
частота 13,5 МГц. В этом случае видимая часть строки изображения
для обоих стандартов состоит из 720 пикселей, что примерно соот-
ветствует разрешению аналогового вещательного телевидения. Для
более высокого формата разрешения частота дискретизации должна
быть пропорционально увеличена.

Приняв во внимание параметры квантования и дискретизации ана-
логового телевизионного сигнала, оценим скорость цифрового потока
яркостного сигнала для к= 10 и = 13,5 МГц:
Рис. 12.15. Ортогональная структура дискретизации

с = 10 13,5 = 135 Мбит/с.

А если учесть, что кроме сигнала яркости должна быть передана
информация о цвете, то общий цифровой поток, формируемый по
методу ИКМ, удвоится и будет равен 270 Мбит/с. Столь высоким бы-
стродействием должны обладать как устройства преобразования ТВ
сигнала, так и каналы связи. Очевидно, нельзя считать экономически
целесообразной передачу такого большого цифрового потока по ка-
налам связи. Поэтому сразу же с появлением цифрового видео остро
встал вопрос о компрессии видеоданных. Причем эта компрессия
должна быть очень сильной.

Цифровое представление компонентного видеосигнала. Ком-
понентный телевизионный видеосигнал может быть представлен в
цифровой форме в соответствии с Рекомендацией ITU-R 601. Эта
рекомендация устанавливает правила раздельной дискретизации,
квантования и кодирования сигнала яркости Y и двух цветоразностных
сигналов R-Y (Сг) и В-Y (СЬ). Частота дискретизации для яркостного
сигнала Y, как мы уже отмечали, установлена равной 13,5 МГц, для
цветоразностных сигналов - 6,75 МГц, т. е. частота дискретизации
яркостного сигнала в 2 раза больше частоты дискретизации цветораз-
ностных сигналов. Если взять, как принято, в качестве условной (базо-
вой для иерархии цифровых стандартов) единицы частоту 3,375 МГц,
то частоты дискретизации яркостного и двух цветоразностных сигна-
лов будут находиться в соотношении 4:2:2, которое, и дает часто ис-
пользуемое название стандарта.

При таких значениях частот дискретизации можно практически
преобразовать без искажений в цифровую форму сигнал яркости в по-
лосе до 5,75 МГц, а цветоразностные сигналы - в полосе до 2,75 МГц
Число отсчетов в активной части кадра
У -720x576 (576 строк по 720 отсчетов)
Св =360x576 (576 строк по 360 отсчетов)
Св =360x576 (576 строк по 360 отсчетов)

Q - отсчет Y
— - отсчет Св

I - отсчет Св

Рис. 12.16. Структура дискретизации при кодировании
компонентного видеосигнала (4:2:2)

(надо помнить о защитнсул интервале между граничной частотой сиг-
нала и половиной частоты дискретизации). Стандарт 4:2:2 использу-
ется в качестве базового при оценке других вариантов дискретизации,
и на значение 5,75 МГц часто ссылаются как на границу полной поло-
сы ТВ сигнала.

Как было отмечено ранее, частоты дискретизации представляют
гармоники строчной частоты, что обеспечивает неподвижную ортого-
нальную структуру отсчетов ТВ изображения (рис. 12.16).

Существуют и другие форматы представления компонентного сиг-
нала в цифровом виде. Кодирование по стандарту 4:4:4 предполагает
использование частоты 13,5 МГц для всех трех компонентов: R, G, В
или Y, Сг, СЬ (рис. 12.17). Это означает, что все компоненты переда-
ются в полной полосе частот. Для каждого компонента в активной
части кадра оцифровывается 576 строк по 720 элементов. Скорость
цифрового потока при 10-битовом слове составляет 405 Мбит/с.

Формат 4:4:4:4 описывает кодирование четырех сигналов (рис. 12.18),
три из которых являются компонентами видеосигнала (R, G, В или Y,
Сг, СЬ), а четвертый (альфа-канал) несет информацию об обработке
сигнала, например, о прозрачности изображения переднего плана
при наложении нескольких изображений. Дополнительным четвер-
тым сигналом может также быть сигнал яркости Y в дополнении к
сигналам основных цветов R, G, В. Частота дискретизации всех сиг-
налов - 13,5 МГц, т. е. все сигналы передаются в полной полосе
частот.

720 эл.

720 ЭЛ.

576
строк

576
строк

Св

576
строк

Св

Рис. 12.17. Кодирование компонентного видеосигнала (4:4:4)
720 эл.	720 эл.	720 эл.	720 эл.

576 строк	Y	576 строк	Св	576 строк	Св	576 строк	а

Рис. 12.18. Кодирование компонентного видеосигнала (4:4:4:4)

720 эл.	180 эл.	180 эл.

576 строк	Y	576 строк	Св	576 строк	Св

Рис. 12.19. Кодирование компонентного видеосигнала (4:1:1)

Формат 4:1:1 предлагает двукратное уменьшение частоты дискре-
тизации цветоразностных сигналов (в сравнении со стандартом 4:2:2).
Яркостной сигнал У дискретизируется с частотой 13,5 МГц, а цвето-
разностные (Сг и СЬ) - 3,375 МГц. Это означает и двукратное умень-
шение горизонтального разрешения в цвете. В активной части кадра
576 строк, каждая из которых содержит 720 элементов сигнала ярко-
сти и по 180 - цветоразностных сигналов (рис. 12.19). Формат 4:2:0
предлагает изображение, в котором яркостная компонента У содер-
жит в активной части кадра 576 строк по 720 отсчетов, а цветоразно-
стные компоненты Оги СЬ-288 строк по 360 отсчетов (рис. 12.20).

Цифровые сигналы этих двух форматов могут быть получены из
сигналов стандарта 4:2:2 путем предварительной обработки и деци-
мации (прореживания отсчетов) с целью сокращения скорости потока.
Формат 4:1:1 оказывается более удобным для систем со стандартом
разложения 525/60, а формат 4:2:0 - для систем 625/50. Это связано
с тем, что потеря вертикальной четкости более заметна в системе с
меньшим числом строк (525/60), а потеря горизонтальной четкости
более заметна в системе 625/50.

Находит также применение формат 3:1:1, в котором уменьшено
(в сравнении с 4:2:2) горизонтальное разрешение и для яркостной
компоненты (с 720 до 540), и для цветоразностных (с 360 до 180).
Активная часть кадра содержит 576 строк с 540 отсчетами яркостной
компоненты и 180 отсчетами для цветоразностных (рис. 12.21). Для
значительного сокращения скорости потока (например, в CD-ROM
приложениях) разрешение яркостной компоненты снижается при-
мерно в 2 раза по вертикали и по горизонтали, а цветоразностных -
в 4 раза по вертикали и в 2 раза по горизонтали (в сравнении со
стандартом 4:2:2).

360 эл.

720 эл.

576
строк

360 эл.

288
строк

288
строк

Cr

Рис. 12.20. Кодирование компонентного видеосигнала (4:2:0)
180 ЭЛ.

180 ЭЛ.

540 эл.

576
строк

576
строк

Св

576
строк

Cr

Рис. 12.21. Кодирование компонентного видеосигнала (3:1:1)

Компрессия видеосигналов. Резервы для уменьшения цифрово-
го потока без ущерба качеству воспроизводимого изображения за-
ключены в специфике ТВ сигнала, обладающего, как показывают ис-
следования, значительной информационной избыточностью. Эту из-
быточность обычно разделяют на статистическую, физиологическую и
структурную.

। Статистическая избыточность определяется свойствами изобра-
жения, которое не является в общем случае хаотическим распреде-
лением яркости, а описывается законами, устанавливающими опре-
деленные связи (корреляцию) как мфкду яркостями отдельных эле-
ментов, так и между их цветностями. Особенно велика корреляция
между соседними (в пространстве и во времени) элементами изобра-
жения. Использование корреляционных связей позволяет не переда-
вать многократно одни и те же данные и сокращать за счет этого объ-
ем сообщения. При этом устранение статистической избыточности
в ТВ сигнале может происходить без потери информации, и исходные
данные будут полностью восстановлены.

Визуальная или физиологическая избыточность ТВ сигнала обу-
словливается ограниченностью возможностей зрительного аппарата.
Использовать физиологическую избыточность - значит, не переда-
вать ту информацию, которая не будет воспринята нашим зрением.
Как следствие, устранение физиологической избыточности связано с
частичной потерей информации, но той информации, которая не вос-
принимается зрением, и ее потеря не повлияет на визуальное качест-
во изображения.

Структурная избыточность в соответствии с названием определя-
ется структурой видеосигнала: наличием в аналоговом телевизион-
ном сигнале гасящих импульсов. В цифровом потоке соответствую-
щие им временные интервалы можно исключить или использовать
для передачи другой информации, например звукового сопровожде-
ния. Только этот вид компрессии позволяет снизить скорость переда-
чи видеоданных на 23-25%.

Уменьшение цифрового потока ТВ сигнала за счет сокращения
статистической и физиологической избыточности в изображении осу-
ществляется в телевидении применением более эффективных мето-
дов кодирования по сравнению с ИКМ. При большом их многообразии
наиболее широко распространены следующие виды эффективного
кодирования: кодирование с предсказанием, кодирование с линейным
ортогональным преобразованием, взвешенное квантование, энтро-
пийное кодирование или кодирование с переменной длиной. Пере-
численные виды кодирования могут использоваться как самостоя-
тельно, так и в сочетании друг с другом, давая в последнем случае
значительно больший эффект.

В настоящее время существуют стандарты компрессии, которые
определяют основные правила эффективного кодирования и декоди-
рования цифровых потоков, как изображений, так и связанного с ними
звукового сопровождения. Эти стандарты получили общее наимено-
вание MPEG, представляющее собой аббревиатуру от названия раз-
рабатывавшего их международного комитета - Moving Pictures Ex-
perts Group (Группа экспертов по движущимся изображениям). Разра-
ботанные и разрабатываемые стандарты компрессии MPEG не под-
вергают жесткой регламентации процедуры эффективного кодирова-
ния, с тем чтобы оставить возможности для дальнейшего усовершен-
ствования кодеров и декодеров. Стандартизованы только кодовое
представление цифрового потока, сформированного устройством
компрессии, и процесс декодирования. В Европе в качестве основного
стандарта для цифрового телевизионного вещания приняты специ-
фикации сжатия MPEG-2, известные как стандарты «Main Profile at
Main Level» (основной профиль при основном уровне), хотя разрабо-
таны и другие подмножества стандарта, отвечающие различным
сферам применения и качеству изображений.

Эффективность компрессии, достигнутая к настоящему времени,
очень велика. Так, для упомянутого основного уровня стандарта
MPEG-2 (разрешение 720x576 пикселей) требуется битовая скорость
порядка 15 Мбит/с (против приведенного выше значения 270 Мбит/с
некомпрессированного ИКМ сигнала).

Внутрикадровое уменьшение избыточной видеоинформации.
Внутрикадровое сокращение избыточной информации основано на
дискретном косинусном преобразовании (ДКП), который базируется
на преобразовании, предложенном французским математиком Ж. Фурье.
Согласно нему, любую периодическую последовательность импуль-
сов можно представить в виде алгебраической суммы простейших
синусоидальных колебаний с кратным частотами и убывающими ам-
плитудами. Точное приближение к исходной форме импульса дает
практически всегда бесконечный ряд частот, кратных основной.

Совокупность целого ряда убывающих колебаний разных частот об-
разует спектр исходного (в данном случае прямоугольного) импульса.

Передать все составляющие его колебания не просто, так как для
этого требуется очень широкая частотная полоса канала связи. И чем
короче импульс, т. е. чем мельче деталь изображения, тем более ши-
рокой необходима частотная полоса. При недостаточной ширине полосы
фазы колебаний с высшими частотами (гармоники) будут изменяться,
Пиксели

Рис. 12.22. Дискретное представление
' яркостной полосы пикселями
и их числовыми значениями

и колебания будут ослабляться
по амплитуде, что приведет к
потере качества изображения.

Непериодические импульсы
могут быть также представлены
алгебраической суммой беско-
нечно убывающих синусоидаль-
ных колебаний с возрастающи-
ми частотами ряда 1, 3, 5, до f=
= 1/7" (где Т-длительность им-
пульса) и убывающими ампли-
тудами. При проведении анали-
за сигнала (в данном случае яр-
костного) исходят из того, что
телевизионное изображение

состоит из простейших элементов, так называемых пикселей.

Пиксель - это миниатюрный элемент изображения (picture element)
из большого массива графической информации. Пиксель несет све-
дения о яркости (или о цвете) элементарного участка изображения.

Каждый пиксель может принимать от 0 до 255 (от 0 до 1023 при 10-
битовом слове) значений уровней, яркость которых (пикселей) можно
условно представить разными амплитудами, но одинаковой длитель-
ности (рис. 12.22). Дискретизация производится через равные вре-
менные промежутки телевизионной строки, а для зрителя пиксель
является пространственным элементом, формирующим изображение.

Пиксель как сигнал можно анализировать, если перевести его из

амплитудно-временного представления в амплитудно-частотное, т. е.
получить его частотный спектр. В спектре наглядно видны колебания,
расположенные в низкочастотной области, несущие основную энер-
гию и формирующие амплитуду импульса-пикселя, а также колебания
менее значимые, находящиеся в высокочастотной области спектра,
формирующие крутизну фронта и спада, определяющие ширину час-
тотной полосы, занимаемую пикселем (рис. 12.23).

Рис. 12.23. Частотный спектр пикселя - элемента яркости
В большинстве случаев колебания в крайне правой высокочастот-
ной области спектра значительной роли для пикселя, как составляю-
щего элемента видеосигнала, не имеют. То есть передаются только
те коэффициенты, которые превышают пороговую величину, а ос-
тальные считаются нулевыми. Введение порога, строго говоря, при-
водит к потерям информации и, соответственно, к снижению качества
изображения, однако при оптимальном выборе величины порога та-
кое ухудшение окажется практически незаметным.

На рис. 12.23 выделены колебания с менее значимыми частотами
и амплитудами, которые можно удалить, что приведет к некоторому
снижению четкости и контрастности видеоизображения, с одной сто-
роны, но с другой, даст возможность: значительно сузить частотную
полосу, занимаемую видеосигналом и уменьшить необходимый объ-
ем памяти для запоминания значений оставшихся амплитуд и частот.

На этом построено уменьшение видеоинформации при внутрикад-
ровом сжатии цифровых данных на основе ДКП.

Основная цель внутри кадрового сжатия цифровой информации на
основе ДКП заключается в сужении частотной полосы, занимаемой ви-
деосигналом, путем заранее определяемых амплитудно-частотных по-
терь некоторых высокочастотных колебаний его составляющих, но без
заметных для глаза снижений четкости и контрастности изображения.

Уменьшение статистической избыточности за счет межкадро-
вого сжатия видеоинформации. Дискретное косинусное преобразо-
вание, устраняя избыточные высокочастотные колебания (составляю-
щие), тем самым уменьшает в два-семь раз количество внутрикадро-
вой информации и позволяет сохранить хорошее качество изображе-
ния. Но при этом количество цифровых данных, оставшихся после
внутрикадрового сжатия на базе ДКП, довольно еще значительно, что
требует при передаче высокой скорости, а значит, занятия широкой
полосы частот (порядка нескольких сотен мегагерц), что не совсем
приемлемо. Однако более высокую степень сжатия видеоданных этим
способом не применяют, так как могут быть заметны снижения четкости
и контрастности контуров изображения при приеме. Поэтому дополни-
тельно к внутрикадровому безвозвратному устранению избыточных
составляющих видеосигнала на базе ДКП применяется межкадровое
сжатие видеоинформации, восстанавливаемое на приемной стороне.

На рис. 12.24 условно показана структура кадра с точки зрения
цифровой обработки видеоинформации: блок, макроблок, ломтик и
изображение.

Блок (основной объект, к которому применяется ДКП) является ба-
зовой структурной единицей, над которой осуществляются все основ-
ные операции кодирования. Матрица блока состоит из 8x8 = 64 пик-
селей, т. е. имеет 64 отсчета. В телевизионном кадре по вертикали
размещается 576/8 = 72 столбцов матрицы, а по горизонтали 704/8 = 88
Рис. 12.24. Показаны условно: а - блок (матрица 8x8 пикселей);
б - макроблок (матрица 16x16 пикселей) и область поиска;
в - ломтик (44 макроблока); г - изображение

строк матрицы. В итоге полное телевизионное изображение форми-
руется из (72x88) = 6336 блоков, т. е. матриц яркостных данных, на
которых возможно провести ДКП. Блок цветоразностных данных в
формате изображения 4:2:2 отсутствует.	•

Макроблок (основной объект для предсказания с компенсацией
движения) состоит из матрицы 16x16 пикселей, т. е. из четырех бло-
ков яркостных данных. Кроме того, он имеет по два блока (по две
матрицы 8x8 пикселей) цветоразностных данных, которые соответст-
вуют этим же блокам яркостных данных (для формата 4:2:2).

Ломтик (является основным объектом для синхронизации и при
восстановлении данных, формирующих изображение) имеет 44 мак-
роблока, т. е. содержит 44х(16х16) пикселя данных яркости и имеет
«толщину» в один макроблок.

Так, когда появляется ошибка в общем потоке цифровых данных,
декодер обращается к началу следующего макроблока, входящего
в ломтик, что улучшает эффективность восстановления и качество
изображения. Очередность обработки макроблоков в ломтике такая
же, как и при обычном ходе строчной развертки, т. е. слева направо и
сверху вниз.

В области поиска осуществляется поиск «своего» макроблока в те-
кущем кадре, смежном с опорным. Область поиска включают в себя
64x64 пикселей, т. е. ограничена размерами в 4x4 макроблока.

Изображение - это конечная цель преобразования цифровой ин-
формации при приеме. Оно формируется одним яркостным и двумя
цветоразностными сигналами. Состоит из 6336 блоков, или из 1584
макроблоков, или из 36 ломтиков яркостных данных. Количество цве-
торазностных данных в изображении зависит от формата, который
определяет качество цветного изображения.

Идея, лежащая в основе межкадрового сжатия видеосигнала, пре-
дельно проста. Суть ее в следующем: в общей последовательности
кадров соседние кадры мало отличаются друг от друга. Например,
события развиваются на фоне неба, футбольного поля, леса и т. п.,
которые мало изменяются от кадра к кадру и различия между сосед-
ними кадрами очень незначительны.
В большинстве случаев, зная распределение яркостных и цвето-
разностных данных одного кадра, можно с высокой вероятностью
предсказать их распределение в ближайшем соседнем кадре.

Если изображения соседних кадров очень похожи, то передавать
по каналу связи всю информацию, содержащуюся в каждом отдель-
ном кадре, нет необходимости. Объем цифрового потока можно
уменьшить и передавать данные только одного кадра, предваритель-
но подвергнув его изображение ДКП, получив так называемый опор-
ный кадр. После этого, сравнивая соседний кадр с опорным, переда-
ется только разностная информация, указывающая на то, чем сосед-
ний текущий кадр отличается от опорного. Опорный кадр эпизодиче-
ски заменяется через определенное количество промежуточных кад-
ров новым в соответствии со сменой деталей сюжета.

Межкадровое сжатие информации базируется на применении им-
пульсно-кодовой модуляции (ИКМ) в разных ее вариантах.

При дифференциальной ИКМ (ДИКМ) по каналу связи передается
разность между текущим дискретным значением аналогового сигнала
и предшествующим (опорным). Для этого требуется меньшее количе-
ство бит, чем для передачи его полного дискретного значения.

Часто применяется, так называемая дельта-модуляция. Она пред-
ставляет собой вариант ДИКМ, при которой для кодирования каждого
дискретного значения аналогового сигнала используется только один
разряд (бит), показывающий изменение выходного си нала на еди-
ничную величину при увеличении или уменьшена входного сигнала.

При ДИКМ на основе нескольких предшествующих дискретных значе-
ний аналогового сигнала прогнозируется следующий дискретный сигнал.
По каналу связи передаются только разностные значения между ними.

Последовательность кадров при межкадровом сжатии видео-
данных. Для межкадрового сжатия видеоданных выбирается групп
кадров (группа изображений GOP - Group of Pictures), которая состоит
из нескольких последовательных кадров, объединении вместе и
обеспечивающих возможность условного доступа к каждому ее кадру.

1-кадры. Группа кадров всегда начинается с опорного 1-кадр (Intra
Frames), т. е. с изображения, которое подвергается только внутрикад-
ровому сжатию - ДКП. Изображение 1-кадра кодируется автономно,
независимо от других кадров, и внутрикадровое сжатие видео данных
здесь относительно небольшое. Это нужно для того, чтобы на прием-
ной стороне изображение 1-кадра меньше подвергалось изменениям,
ошибкам и обеспечивало бы тем самым высокую точность восстанов-
ления В- и Р-кадров, что очень важно. При наличии ошибок и искаже-
ний в опорных кадрах они автоматически переносятся на следующие
кадры. Количество l-кадров, входящих в группу GOP, может быть са-
мым разным - все определяется возможностям кодера и может изме-
няться. I-кадры играют также решающую роль при синхронизации ви-
Рис. 12.25. Структура группы кадров (изображений)
при передаче по каналу связи

деопоследовательностей и звуковых последовательностей. Структура
группы кадров показана на рис. 12.25.

Как видно из рис. 12.25, после определенного количества Р- и В-
кадров снова следует опорный l-кадр. Группа кадров должна быт дос<
таточно большой, если необходимо получить высокую степей сжатия
информации. С другой стороны, чем чаще следуют l-кадры, тем выше
качество изображения, но тем больший объем информации в реаль-
ном масштабе времени нужно передать по каналу связи, т. е. тем ши-
ре должна быть его частотная полоса. Считается оптимальным, если
на один l-кадр приходится в среднем от 7 до 15 Р- и В-кадров.

Р-кадры (Predicted Frames). Текущие кадры P-типа кодируются
или на основе предыдущего опорного l-кадра, или предыдущего
опорного Р-кадра предсказанием вперед. Сравнение и получение
разностной информации между кадрами происходит по макроблокам.
В текущих Р-кадрах информация сравнивается макроблоками с опор-
ным 1-кадром до тех пор, пока в любом макроблоке текущего кадра не
появится новый фрагмент. С этого момента кодирование переключа-
ется на внутрикадровое, т. е. применяется ДКП и формируется новый
Р-кадр, но уже как опорный. В опорных Р-кадрах сокращается про-
странственная (за счет ДКП) и временная избыточность (за счет меж-
кадрового сжатия относительно опорных 1-кадров) и они сами исполь-
зуются в качестве опорных для В-кадров. В этом случае необходима
высокая точность их восстановления. В Р-кадрах по сравнению с
1-кадрами достижимое сжатие информации в три раза выше.

В-кадры (Bidirectional Interpolated Frames) кодируются в зависи-
мости от характера передаваемых сюжетов телевизионного изобра-
жения следующими способами:

-	Предсказанием следующего ближайшего В-кадра на основе пре-
дыдущего опорного I- или Р-кадра (предсказанием вперед с компен-
сацией движения).

-	Обратным предсказанием (предсказанием назад с компенсацией
движения). Опорным служит следующий, соседний I- или Р-кадр. Та-
кое предсказание реализуется при появлении больших площадей в
изображении (в кадре), которых не было в предшествующем кадре.
- Двунаправленным предсказанием на основе предыдущего и сле-
дующего I- или Р-кадров, т. е. используется комбинация двух пред-
сказаний - предсказание вперед и обратное предсказание - предска-
зание назад с компенсацией движения. Опорными служат два кадра -
один из них ближайший предыдущий l-или Р-кадр, а другой ближай-
ший следующий I- или Р-кадр. Следует отметить, что изображение
(точнее информация, содержащаяся в кадре) предварительно вос-
станавливается в кодере точно так же, как и в декодере на приемной
стороне. Для этого кодер имеет все узлы декодера: инверсный кван-
тователь, инверсный ДКП и т. п. Подобная структура кодера позволя-
ет реализовать двунаправленное предсказание: на основе предыду-
щего и следующего I- или Р-кадров определяется текущий кадр.

- Внутрикадровым предсказанием без компенсации движения
только на основе l-кадров. При этом в текущем кадре информация
сравнивается по макроблокам с опорным 1-кадром и выделяется раз-
ностная информация между ними. Такое предсказание используется
при резкой смене сюжета или при больших скоростях перемещения
объекта изображения.

Следует отметить, что в В-кадрах достигается самое высокое сжа-
тие, цифровой информации - в 4,5 раза по сравнению с 1-кадрами.

Поскольку степень сжатия снижает точность восстановления, то
В-кадры не используются в качестве опорных.

Вектор движения" и компенсация движения. Телевизионное изо-
бражение всегда содержит движущийся объект или элемент. Поэтому
дискретные значения, принадлежащие однотипным пикселям в теку-
щем кадре, будут смещаться относительно опорного кадра. Очевид-
но, чем элемент быстрее движется в макроблоке, тем значительнее
разность между макроблоком опорного кадра и таким же макроблоком
текущего соседнего В- или Р-кадра, что приводит к увеличению коли-
чества обрабатываемой информации и снижению точности предска-
зания. Точность предсказания можно повысить (уменьшить ошибку
предсказания) путем нахождения (вычисления) вектора движения и
его компенсацией.

Вектор движения определяется для каждого макроблока, находя-
щегося в области поиска.

Область поиска должна быть достаточно большой, чтобы быстро
движущийся элемент в макроблоке опорного кадра не вышел в со-
седнем кадре за пределы этой области. С другой стороны, размеры
области поиска ограничивают из-за большого объема необходимых
вычислений, которые должны выполняться в реальном масштабе

Вектор движения отражает величину смещения объекта (элемента) по вертикали и по
горизонтали в кодируемом макроблоке текущего кадра относительно его положения в
опорном кадре
времени. Ее размеры 64x64 пикселей, т. е. в четыре раза превосхо-
дят размеры макроблока. В одном кадре, таким образом, создается
5^6/64 = 9 зон поиска по вертикали и 704/64 = 11 зон по горизонтали.
Следовательно, кадр содержит 99 областей поиска. При этом конфи-
гурация области поиска выбирается не произвольной, а в соответст-
вии со структурой дискретизации кадра, т. е. ортогональной.

Рассмотрим процедуру определения вектора движения. Пусть
имеется какой-то макроблок в опорном кадре и определены числовые
значения его пикселей. Необходимо найти подобный макроблок в те-
кущем соседнем кадре. Для этого первоначально суммируются зна-
чения пикселей в каждом макроблоке, относящиеся к области поиска
в соседнем кадре, затем вычисляется межкадровая разность каждого
макроблока относительно суммы пикселей макроблока опорного кад-
ра. Тот макроблок, у которого межкадровая разность наименьшая,
принимается за искомый, и его положение в области поиска описыва-
ется вектором движения - скалярным значением и координатами
смещения (как по вертикали, так и по горизонтали) - так как векторы
движения являются двумерными. Вектор движения отражает величи-
ну смещения объекта (элемента) по вертикали и по горизонтали в ко-
дируемом макроблоке текущего кадра относительно его положения
в опорном кадре. Это дает возможность скомпенсировать его пере-
мещение и уменьшить количество обрабатываемых данных и, таким
образом, повысить точность предсказания. Вектор движения опреде-
ляется для каждого макроблока в текущем В-кадре. Если, определяя
вектор движения, кодер не может обнаружить в области поиска теку-
щего кадра подходящий макроблок, то он автоматически переходит
от межкадрового кодирования к внутрикадровому с предсказанием
без компенсации движения (рис. 12.26).

12.9. Перспективы развития систем цифрового
телевизионного вещания

Возможности интерактивной сети ТВ вещания. В соответствии с
принятой в России концепцией развития вещательного телевидения
ближайшее будущее вещательного телевидения - это цифровая мно-
гопрограммная система ТВ вещания. Такая система будет интерак-
тивной, потому что большинство услуг, предоставляемых системой
ТВ вещания населению, могут быть реализованы только в интерак-
тивной системе.

Интерактивной ТВ системой называют систему, возможности ко-
торой позволяют организовать диалоговый обмен информацией ме-
жду телезрителем и центром подготовки ТВ программ. Международ-
ный союз электросвязи определяет интерактивные службы как
службы, позволяющие пользователю реагировать в реальном или
квазиреальном масштабе времени на характер и содержание пре-
доставляемых услуг передачей соответствующих сообщений в пунк-
ты расположения поставщиков услуг. Соответственно, структура ин-
терактивных систем предусматривает не только наличие прямого
канала для передачи ТВ программ и дополнительной информации,
что характерно для традиционного понятия вещательной ТВ систе-
мы, но также наличие обратного канала передачи сообщений или
другой информации в обратном направлении, т. е. от телезрителей
к источникам ТВ программ.

Появление интерактивных ТВ систем значительно расширяет воз-
можности ТВ вещания, открывается возможность использования сис-
темы вещательного телевидения в ряде новых качеств, в роли ин-
формационно-справочной системы, а также для получения ряда дру-
гих услуг. Перечень этих услуг варьируется в зависимости от техниче-
ских особенностей той или иной системы и потребностей пользовате-
лей сети. Эти услуги принято объединять в пять основных групп, по
важности, по значимости для пользователя и по сложности:

-	Услуги, связанные с программами вещания или дополняющие про-
граммы. Сюда входят, например: электронный путеводитель по
программам, различные описания передаваемых программ, теле-
магазин, услуга «видео почти по заказу», и т. д.

-	Вспомогательные данные и сигналы. К этой группе относятся зада-
чи опознавания достоверности объявлений, подтверждение раз-
личных сообщений, передача сигнала записи на домашний видео-
магнитофон, навигационная информация и т. д.

-	Услуги с применением прямого интерактивного канала. К этим услу-
гам относится передача газет, образовательных программ, викто-
рины, игры, в том числе и в реальном времени, телетекст.

-	Услуги приемника при его загрузке информацией по прямому кана-
лу. К таким услугам относятся также игры, но при помощи телеви-
зора с соответствующим программным обеспечением, передача
информации с компакт-дисков, передача каталогов библиотеки ау-
дио- и видеозаписей, хранящихся у поставщика услуг (провайдера),
передача информации, адресованной, например, для принтера.
- Услуги для отдельных индивидуумов или групп пользователей.

Примером таких услуг является дистанционное образование, ау-
дио- и видеоконференции, услуга «видео по заказу», банковские
операции, передача данных и т. д.

Следует заметить, что границы между перечисленными группами,
как и сам перечень услуг, не являются жесткими.

В настоящее время в ряде западных стран накоплен опыт много-
летней коммерческой эксплуатации интерактивных ТВ систем. Этот
опыт позволил выделить ряд наиболее востребованных услуг, а так-
же наметить прогноз их развития с учетом роста возможностей сети
ТВ вещания и, как следствие, увеличить степень «интерактивности» за
счет совершенствования характеристик обратного канала. За каждой
у<5лугой закрепились определенные названия или обозначения. Ниже
приведен ряд важнейших из них с указанием основных признаков.

Pay-per-Channel (РрС) - плата за канал:

-	содержание программ и их последовательность определяются
распространителем;

-	потребитель платит за возможность получения всего предлагаемо-
го выбора программ, т. е. за весь канал целиком;

-	отсутствие канала обратной связи «получатель-распространитель
программ».

Pay-per-View (PpV) - плата за просмотр:

-	потребитель оплачивает только отдельную просмотренную пере-
дачу, например, по тарифу, зависящему от времени просмотра;

-	содержание программ и их последовательность во время вещания
определяются распространителем программ;

-	требуется узкополосный канал обратной связи, например, теле-
фонный, между получателем и распространителем программ для
ежемесячного сбора данных.

Near-Video-on-Demand (NVoD) - «видео почти по заказу»: общий
перечень предлагаемых программ определяется распространителем:
- список программ передается со сдвигом во времени в виде не-
скольких «копий» таким образом, что в течение нескольких минут,
например каждые 15 мин, зритель может дождаться начала списка;
- зритель просматривает список и делает выбор по своим интересам
и материальным возможностям;

-	используется специальная приставка к телевизионному приемнику.

Interactive Video- On-Demand (IVoD) - интерактивное «видео по
заказу»:

-	общий перечень предлагаемых программ определяется распро-
странителем;

-	потребитель сам решает, в какое время и какой список ему лучше
всего заказать, сам составляет себе программу; потребитель может
сделать запись предлагаемого списка.
Videogames - видеоигры:

-	предлагаемые игры и их очередность определяются распространи-
телем программ;

-	потребитель платит фактически за использование программного
продукта («Downloading»). Services-on-Demand (SoD) - сервис по
заказу: содержание и объем предложений определяются распро-
странителем;

-	потребитель может за определенную сумму заказать товары и ус-
луги, а также информацию, например: заказ товаров, книг, банков-
ские услуги, учебное телевидение.

При всех вариантах применения интерактивных средств мультиме-
диа центральную роль играет дополнительный элемент, приставка к
телевизору - Set-Top-Box. Он имеет следующие основные функции:
- переключает обычные телевизионные программы;

-	осуществляет MPEG-декодирование и цифро-аналоговое преобра-
зование программ мультимедиа;

-	осуществляет связь с источником ТВ программ, к которому под-
ключен потребитель;

-	включает устройство для расчета оплаты услуг.

Set-Top-Box берет на себя функции, свойственные персональному
компьютеру, связывая при этом телевизионный приемник, телефон и
источник программ.

Перечисленные услуги (рис. 12.27) различаются между собой, в
основном, степенью интерактивности. При этом происходит посте-
пенное формирование служб и услуг с наиболее высоким уровнем
интерактивности.

Рис. 12.27. Эволюция интерактивных служб
Таким образом, службы и услуги, предоставляемые интерактивной
сетью ТВ вещания, могут различаться:

-	уровнем интерактивности;

-	использованием различных информационных сетей;

-	степенью использования цифровой техники.

В настоящее время в США и странах Европы, а также в России,
действует ряд систем интерактивного телевидения. Такие системы,
успешно прошедшие испытания, например, в Орландо (США), а также
в ряде городов Германии, достаточно убедительно доказали свою
способность предоставить населению целый ряд новых услуг, увели-
чить экономическую эффективность и усилить способность наращи-
вать возможности, гибко реагируя на требования формирующегося
рынка такого рода услуг.

Передача дополнительной информации в вещательных теле-
визионных системах. Система распределения дополнительной ин-
формации «Телетекст» является по своей сути системой интерактив-
ной, так как выбор содержания страниц и журналов «Телетекста», а
также способ взаимодействия зрителя с сетью ТВ вещания в процес-
се заказа и получения дополнительной информации, является дву-
сторонним процессом, эффективно проходящим только при интерак-
тивном взаимодействии.

Вещательное распространение дополнительной информации по
аналоговому ТВ каналу началось в Великобритании в 70-е гг. Лишь
несколькими годами позже развитие потребностей общества в ин-
формационно-справочной системе привело к появлению системы
«Телетекст». Общим признаком различных модификаций этой систе-
мы является передача дополнительной информации в интервале
кадрового гасящего импульса, причем только в те промежутки време-
ни, когда это не мешает другим передаваемым сигналам. Передача
информации в интервале кадрового гасящего импульса возможна не
во всех системах ТВ вещания в равной степени. Это связано с ис-
пользованием интервала гашения, например, для цветовой синхрони-
зации в системе SECAM. Кроме того, система передачи дополнитель-
ной информации должна учитывать стандарт развертки и другие не-
обходимые характеристики для обеспечения безошибочной передачи
и декодирования информационных пакетов.

Первые системы «Телетекст», называвшиеся SEEFAX и ORACLE,
были английскими. В настоящее время функционирование системы
регламентируется рекомендацией. В качестве стандартных утвер-
ждены четыре системы - А, В, С и D.

Система А, известная под названием «Didon-Antiope», разработана
и используется во Франции. Система В разработана в Великобрита-
нии и используется там и в других странах. Она известна под назва-
нием WST (World System Teletext - международная система телетек-
ста). Система С - североамериканская, она получила название
NABTS (North American Broadcasting Television System - североамери-
канская вещательная система телетекста). Она была разработана
в Канаде и используется в Канаде и в США. Наконец, система D раз-
работана и используется в Японии.

Наиболее широкое распространение в настоящее время получила
система WST. В частности, в России активно используется система
«Телетекст» (WST), причем для передачи как информации о текущих
ТВ программах, так и разных других сведений, важных для повсе-
дневной жизни общества.

Характер и количество дополнительной информации, передавае-
мой в вещательных ТВ системах, определяется, прежде всего, по-
требностями пользователей и статистикой спроса. Поэтому достаточ-
но востребованной услугой в таких системах является функция дос-
тупа к ресурсам сети Интернет. Популярность такой услуги связана
с тем, что сеть Интернет является универсальным источником разно-
образной информации, и эта информация представлена в формате,
предполагающем передачу именно по таким низкоскоростным кана-
лам, каким является канал передачи дополнительной информации в
вещательной ТВ системе.

Пользование услугой доступа в Интернет по каналу вещательного
телевидения в данном случае предполагает, что пользователь снача-
ла выбирает интересующий его сайт из определенной «карусели»
наиболее популярных сайтов, перечень которых ему с определенной
периодичностью передается по каналу дополнительной информации.

Затем, выбрав определенный сайт, в качестве следующего шага
пользователь указывает интересующую его ссылку. Далее, в зависи-
мости от характера системы и объема памяти, пользователь может
углубить поиск в интересующем его направлении и «скачать» на свой
терминал интересующую его информацию.

Возможность передачи телевизионных программ по узкопо-
лосным каналам. Появление новых технологий ТВ вещания, а также
новых каналов передачи данных заставляет вещательное телевиде-
ние адаптироваться к новым формам распространения ТВ программ.
Это важно, во-первых, ввиду постоянного роста количества ТВ про-
грамм и потребности в них, а также из-за особенностей цифровой
формы распространения ТВ сигнала, которая предъявляет менее же-
сткие требования к характеристикам канала передачи по сравнению,
например, с аналоговыми ТВ системами.

Как было показано ранее, система цифрового телевидения способна,
например, обеспечить кодирование информации и сокращение скорости
передачи до заданного значения, определяемой требованиями канала.

Если стандарт кодирования MPEG-2, сокращая скорость цифрово-
го потока в десятки раз, позволил снизить скорость потока при пере-
даче ТВ программы до нескольких мегабит в секунду и получил широ-
кое распространение в вещательном телевидении, то для передачи
изображения по компьютерной сети или по телефонному каналу та-
кая скорость все еще велика. Усилия разработчиков группы MPEG в
последние годы были направлены на создание стандарта MPEG-4,
который обладает новыми возможностями кодирования информации
и позволяет снизить цифровой поток при кодировании изображения
до нескольких десятков килобит в секунду. Такое значительное со-
кращение цифрового потока незаменимо для ряда практических за-
дач - в видеоконференцсвязи, при передаче видеоинформации по
узкополосным, например, телефонным каналам, по сети Интернет.

Особенностью стандарта MPEG-4 является так называемый объ-
ёктно-ориентированный подход к кодированию изображений, сущ-
ность которого заключается в том, что передаваемое изображение,
а также звуковое сопровождение, могут быть представлены как сово-
купность аудио- и видеообъектов. Такими объектами могут быть люди
или предметы, находящиеся перед неподвижным фоном, а также сам
фон. Аудиообъектами также могут быть голоса людей, музыка, и т. д.
Связанные аудио- и видеообъекты, например, изображение человека
и его голос, образуют единицу кодируемой информации в стандарте
MPEG-4 - «аудио-визуальный объект» (ABO) (Audio-Visual Object, AVO).

Описание изображения имеет иерархическую структуру. Алгоритм
анализа изображения, используемый в стандарте MPEG-4, близок к
механизму зрительного анализа изображения, для которого также ха-
рактерна определенная иерархия в восприятии отдельных объектов
(по их размеру и значимости). Соответственно, структура построения
кодирующего устройства определяется самой логикой кодирования
образа на передающей стороне: изображение передаваемой сцены
сначала анализируется, разделяется на отдельные АВО, к каждому
из которых применяются соответствующие средства анализа и коди-
рования. После кодирования информация представляется в виде
специального протокола, который называется DMIF (Delivery Multime-
dia Integration Framework, интегрированная система доставки мульти-
медиа) и управляет потоками данных для мультимедиа. Этот протокол
охватывает три основные сферы применения стандарта MPEG-4 -
передачу по интерактивным сетям, например, по сети Интернет, пе-
редачу по обычным вещательным каналам, а также запись видеопро-
грамм на компакт-диски.

Стандарт MPEG-4 обладает большим набором средств для коди-
рования различной информации об объекте. Закодирована также мо-
жет быть и дополнительная информация, например, текст, который
в виде окна может появиться на экране при воспроизведении сцены.
В стандарте предусмотрены методы кодирования изображений, среди
которых есть как традиционные для MPEG-1 и MPEG-2, так и принци-
пиально новые, основанные на понятии АВО. Стандарт может эффек-
тивно работать как с синтетическими изображениями, так и с реаль-
ными, применяя в каждом случае соответствующие инструменты ко-
дирования.

Стандарт MPEG-4 окончательно был принят в 1999 г. Его более ши-
рокое применение в вещательном телевидении значительно увеличит
эффективность использования каналов передачи. Одно из применений
стандарта связано с передачей ТВ программ по сети Интернет.

Передача телевизионных программ по сети Интернет. Рост по-
требности общества в новых ТВ программах, в информации вообще,
требует развития новых технологий ТВ вещания и новых каналов дос-
тавки ТВ программ телезрителям. Сеть Интернет в этом смысле все-
гда привлекала внимание разработчиков. Например, она практически
свободна от национальных и географических ограничений, от ограни-
чений по времени, и, самое главное, ее популярность растет чрезвы-
чайно быстро. Из всех современных информационных технологий
наиболее быстро развивающейся является сеть Интернет. Достаточ-
но сказать, что число людей, которых по общению с сетью можно на-
звать пользователями, ежегодно удваивается. Считается, что к 2010 г.
их число составит один миллиард человек. Кроме того, передача ау-
диовизуальной информации через Интернет и, тем более, данных,
давно не является технической проблемой.

Все это позволяет считать привлекательной возможность осуще-
ствлять вещание ТВ программ через сеть Интернет. Появились экви-
валентные термины - веб-вещание или Интернет-вещание. Сущест-
вует также понятие «стриминг» или «видеостриминг», от англоязыч-
ного слова streaming, обозначающего процесс передачи цифрового
потока мультимедийной информации по сети.

Однако в отличие от эфирного вещания распространение инфор-
мации в сети Интернет происходит по другим законам. Особенность
сетей связи (в том числе и сети Интернет) состоит в том, что инфор-
мация в них распространяется частями, т. е. пакетами. Каждый такой
пакет, неся в себе (кроме основной информации) адреса отправления
и назначения и проходя через сетевое оборудование, направляется
в пункт назначения по маршруту, который в данный момент является
оптимальным.

Как известно, сеть Интернет изначально строилась по принципу
децентрализации. В этом ее разработчики видели залог высокой на-
дежности и живучести в случае возникновения непредвиденных си-
туаций. Это обстоятельство является достоинством, так как выравни-
вает нагрузку на различные звенья сети, делая их равноправными, но
оборачивается недостатком, когда в результате оказывается так, что
ни время доставки, ни последовательность доставки пакетов не яв-
ляются жестко определенными. Такую ситуацию можно сравнить, на-
пример, с чтением художественной литературы, публикуемой в пе-
риодической печати по частям, когда доставка журнала либо задер-
живается, либо происходит нарушение последовательности выхода
номеров. Этим объясняются принципиальные сложности, возникаю-
щие при передаче мультимедийной информации по сети Интернет,
или, как говорят, мультимедийного трафика - аудио- или видеоин-
формации. Например, известная и недорогая услуга - телефонный
разговор по сети Интернет (IP-телефония) имеет плохое качество
звука в основном по этой причине.

Еще одно обстоятельство, влияющее на возможность распростра-
нения ТВ программ по сети Интернет, заключается в способе распро-
странения (маршрутизации) информационных пакетов. Сеть Интернет
способна доставлять пакеты по адресному принципу, т. е. из одного
компьютера (сервера) в компьютер получателя, или, как говорят, «из
точки в точку», как это показано на рис. 12.28, а.

Такой способ распространения информации называется unicasting,
или «унивещание». Для распространения ТВ программ этот способ
плох тем, что попытка большого количества пользователей сети
«зайти» на сервер, откуда распространяется интересующая их про-
грамма, не удается, так как сервер может одновременно отправлять
информацию ограниченному числу пользователей. Кроме того, фор-
мировать большое количество почти одинаковых потоков информа-
ции для большого числа пользователей нерационально. В примере,
показанном на рисунке, пользователи 1,4 и 5 запросили информацию
с сервера 1, в результате чего сервер формирует три потока данных,
предназначенных для названных пользователей.

Технология неограниченного распространения информации, назы-
ваемая «broadcasting» («широкое вещание») и свойственная, напри-
мер, эфирному вещанию, теоретически также может быть реализова-
на в сетевом варианте (рис. 12.28, б), однако распространение ин-
формации без соответствующего запроса пользователя также приво-
дит к нерациональной загрузке участков сети.

Достаточно универсальной является технология «multicasting»
(«мультивещание»), показанная на рис. 12.28, в. Этот способ распро-
странения мультимедийной информации в сети Интернет считается
перспективным и позволяет так изменить работу сетевого оборудова-
ния, что в процессе маршрутизации информационных пакетов проис-
ходит их размножение (где это нужно) и распространение среди оп-
ределенной группы получателей. Это не только разгружает сервер,
являющийся источником распространяемой ТВ программы, но также
позволяет незаметно для получателя организовать «вещание» от-
дельных частей ТВ программы с разных серверов. Такой способ по-
зволяет организаторам вещания хранить распространяемую инфор-
мацию у ее владельца, а не сосредотачивать ее на одном сервере.
a

в

Рис. 12.28. Распространение информации по сети Интернет

Кроме того, этот способ оптимизирует нагрузку на сеть, хотя и предъ-
являет повышенные требования к сетевому оборудованию. В приве-
денном на рисунке примере пользователи 1, 3, 4 и 5 запросили ин-
формацию с сервера 1, в результате чего получают ее в режиме
«мультивещания». Для реализации такого режима в некоторых узлах
обеспечивается не только маршрутизация, но и размножение пакетов
информации и распространение их среди пользователей - участников
группы «мультивещания». В этих же узлах, как видно из рисунка, мо-
гут быть аналогично созданы условия для распространения инфор-
мации тем же получателям, но уже с сервера 2. Такой переход от од-
ного источника информации к другому, при неизменном составе полу-
чателей, может быть осуществлен для них незаметно.

Однако наиболее жесткое требование, предъявляемое возможностя-
ми сети Интернет к распространяемой по сети информации, это ограни-
ченная скорость потока. Дело в том, что по статистике значительное
чи'сло пользователей сети Интернет способны общаться с сетью толь-
ко с помощью модема и телефонной линии, т. е. по технологии «dial-
up». Скорость передачи информации при этом составляет в среднем
33 кбит/с. Это определяет требования к способу кодирования информа-
ции, которое должно обеспечить передачу ТВ программы с заданной
скоростью. Разработка стандарта MPEG-4, позволяющего эффективно
сокращать цифровой поток передаваемого изображения, в своем низко-
скоростном уровне (Very Low Bitrate Video, VLBV) допускает передачу
изображений небольшого формата со скоростями от 5 до 64 кбит/с, что
соответствует среднестатистическим скоростям в сети Интернет.

12.10.	Сотовые системы телевидения

Для организации многопрограммного телевизионного вещания це-
лесообразна замена традиционного наземного способа передачи ТВ
сигналов, в том числе и цифровых, микроволновой распределительной
ТВ системой с низким уровнем излучения электромагнитных волн.

Основные достоинства сотовых систем телевидения заключаются
в следующем:

-	высокое качество сигналов и практически полное отсутствие
«мертвых» зон за счет выбора размеров соты (ячейки) в пределах
от 1 до 6 км;

-	возможность для абонентов выбора большого числа ТВ программ
при наличии в сети множества сот;

-	высокая надежность сети при рассредоточенных ретрансляторах;

-	обеспечение экологически безопасных для населения уровней
электромагнитных излучений радиопередатчиков;

-	сравнительная дешевизна абонентской установки за счет исполь-
зования комнатной малогабаритной антенны с линейными разме-
рами 15...25 см;

-	высокое качество сигналов из-за сравнительно низкого уровня помех
в выделенных для этих систем диапазонах частот (25...45 ГГц);
-	независимость условий приема от ТВ стандартов NTSC, PAL,
SECAM за счет оцифровки сигналов;

-	относительно низкая стоимость развертывания сети сотового те-
левидения в условиях больших городов по сравнению с монтажом
и эксплуатацией гибридных оптико-коаксиальных систем кабельно-
го телевидения.

На практике используются различные варианты микроволновых
распределительных ТВ систем, которые соответственно имеют следую-
щие названия: MMDS - Multichannel Microwave Distribution System -
многоканальная микроволновая система распределения; LMDS - Local
Multipoint Distribution System - локальная многоточечная система рас-
пределения; MVDS - Multipoint Video Distribution System - многоточеч-
ная система распределения ТВ программ. Часто подобные системы
называются сотовыми системами телевещания (системы Cellular Vi-
sion).

Система MMDS, которая представляет собой широкополосный пе-
редающий комплекс, осуществляющий трансляцию передаваемой на
его вход информации в полосе частот шириной 200 МГц. Она анало-
гична радиорелейной линии, но отличается тем, что предназначена
для охвата ТВ вещанием больших территорий и площадей. В России
для систем MMDS выделена полоса частот 2500...2700 МГц при ус-
ловии использования амплитудной модуляции. В состав передающе-
го комплекса входит один или несколько радиопередатчиков, сумма-
торы, линии связи между радиопередатчиками и передающей антен-
ной, одна или несколько передающих антенн.

В практике проектирования и монтажа систем MMDS используются
два варианта построения структурных схем: одноканальный и много-
канальный.

В одноканальном варианте для передачи п ТВ программ применя-
ются п передающих устройств, включающих модулятор и собственно
радиопередатчик, а суммирование мощности разных передатчиков
осуществляется непосредственно в антенне (рис. 12.29).

ТВ сигнал
первой программы

ТВ сигнал
второй программы

ТВ сигнал
n-ой программы

Рис. 12.29. Функциональная схема системы MMDS
при использовании одноканальных радиопередатчиков:
Рис. 12.30. Функциональная схема системы MMDS
при использовании многоканальных радиопередатчиков:
М - модулятор; П - передатчик; А - антенна

В многоканальном варианте передаваемые п ТВ сигналов раз-
личных программ сначала поступают на свои модуляторы, далее из
них формируется групповой сигнал, который модулирует широкопо-
лосный радиопередатчик, работающий на общую антенну (рис.
12.30).

Многоканальные, или групповые, передатчики целесообразно ис-
пользовать в небольших городах и поселках городского типа, где ра-
диус зоны покрытия не превышает 6 км.

По сравнению с передатчиками традиционного наземного телеви-
дения мощность передатчиков MMDS значительно ниже. Ее типовое
значение в области частот 2,5 ГГц не более 100 Вт. Возможен как ин-
дивидуальный прием сигнала в пределах прямой видимости с помо-
щью малогабаритных приемных антенн, совмещенных с конвертором,
который переносит принимаемый групповой сигнал в область более
низких частот, так и через антенные устройства SMATV (Satellite Master
Antenna TV), обеспечивающие ТВ сигналами жилые массивы. В случае
невозможности обслуживания необходимой территории с одной точки,
в теневых зонах устанавливаются автономные ретрансляторы.

Например, в Москве на основе системы MMDS организовано рас-
пространение программ телевидения, принимаемых с разных спут-
ников по 19 каналам спутникового вещания. Передатчик и две ан-
тенны, установленные на Останкинской башне, позволяют охватить
вещанием всю Москву и ближайшее Подмосковье. Аналогичные
системы вещания на основе MMDS построены и в ряде других горо-
дов и областей.

Непосредственно к сотовым системам телевидения относится
очень перспективная система LMDS, работающая в полосе частот
более 23 ГГц, т. е. на почти миллиметровых волнах, и использующая
помехоустойчивый вид модуляции QPSK, применяемый в спутнико-
вом вещании.
Система сотового телевидения LMDS работает по следующему
принципу: в пределах зоны охвата устанавливается сеть радиопере-
датчиков (базовых станций - БС) с радиусом действия около 5...6 км.
Приемное устройство использует плоскую небольшую по размерам
антенну, которая может устанавливаться как в помещении, так и вне
его. В системе LMDS телезритель получает сигналы сразу с несколь-
ких спутников. Специальные устройства, установленные на БС, при-
нимают сигналы различных программ с разных ИСЗ и ретранслируют
их абонентам. Такая система обеспечивает возможность абонентам
принимать в среднем до 100 ТВ программ, причем отпадает необхо-
димость иметь дешифратор (как в случае с обычной спутниковой сис-
темой) - к телезрителям ТВ сигналы с различных спутников поступа-
ют уже в расшифрованном виде. Система LMDS удобна еще и тем,
что может работать в интерактивном режиме и включать в себя це-
лый набор телекоммуникационных услуг.

Сотовые системы телевещания MVDS работают в полосе частот
40,5...42,5 ГГц и используют радиопередатчики мощностью около
1 Вт. В данном случае один радиопередатчик с ненаправленной ан-
тенной или группа передатчиков с антеннами секторной направлен-
ности, имеющими большой коэффициент усиления, составляют БС.
Радиопередатчик БС передает в эфир сигнал с несколькими несущи-
ми в диапазоне частот миллиметровых волн. Излучаемый сигнал
имеет ширину спектра 1...2 ГГц и содержит информацию большого
числа региональных программ, а также принимаемых со связных
ИСЗ. Многоканальный сигнал может поступать на вход радиопере-
датчика уже скомпонованным на специальной региональной станции,
либо непосредственно формироваться на БС с помощью соответст-
вующих мультиплексоров.

С помощью системы MVDS в полосе частот 2 ГГц можно организо-
вать от 96 до 128 аналоговых ТВ каналов с предоставлением инте-
рактивных услуг (или в несколько раз больше цифровых), причем ка-
ждый из них будет занимать полосу частот от 29,5 до 39 МГц. Однако
максимального значения число частотных каналов достигает лишь
при работе одиночной БС. При наличии в сети множества сот приме-
няются БС с четырехсекторными антеннами. Частотное планирование
сети осуществляется благодаря использованию различных радиочас-
тот или поляризации излучаемого сигнала в каждом секторе. Фиксиро-
вание абонентской антенны в такой системе позволяет использовать
сигналы с различной поляризацией. В результате выполнения указан-
ных условий, исключающих влияние соседних БС друг на друга, воз-
можное число транслируемых программ уменьшается в 4 раза.

Современные системы такого типа обеспечивают передачу ра-
диосигналов на экологически безопасных уровнях мощности -
100...300 мВт на один канал.
Следует особенно отметить, что подобные системы хорошо ра-
ботают именно в городах, где СВЧ-сигнал доходит до абонентов, не
находящихся в зоне прямой видимости, после многократного отра-
жения от стен домов. Для улучшения приема в области радиотени
применяют сравнительно недорогие устройства - пассивные
ретрансляторы.

Абонентское оборудование сотовых систем телевидения пред-
ставляют собой традиционный спутниковый тюнер, работающий в
диапазоне частот 950...2050 МГц. Антенна выполняется вместе с
СВЧ-приемником, осуществляющим первое преобразование частоты
с целью ее понижения, в едином блоке, представляющим собой лег-
кое компактное устройство диаметром около 150 (в диапазоне 40 ГГц)
или 250 мм (в диапазоне 23 ГГц).

Контрольные вопросы

1.	Дайте краткое описание строения человеческого глаза.

2.	Перечислите основные характеристики зрительного анализатора.

3.	Каким способом осуществляется развертка ТВ изображения?

4.	Из каких условий определяется число строк разложения ТВ изображения?

5.	Чему равняется частота смены кадров в ТВ системе?

6.	Расскажите о принципе получения чересстрочного растра.

7.	Поясните состав полного ТВ сигнала.

8.	В чем заключается смысл теории трехкомпонентного цветового зрения?

9.	Каким образом передаются сигналы цветного изображения без расшире-
ния спектра частот ТВ сигнала?

10.	Расскажите об особенностях систем цветного телевидения NTSC и PAL.

11.	Какими отличительными признаками обладает телевидение высокой точ-
ности?

12.	Проведите сравнительный анализ между аналоговым и цифровым теле-
видением.

13.	Что является основной сложностью при записи видео и передачи инфор-
мации в цифровом телевидении? Почему?

14.	Что такое избыточность сигнала? Каким образом осуществляется ее
уменьшение?

15.	В чем заключается принцип внутрикадрового сжатия сигнала?

16.	Какова идея межкадрового сжатия сигнала?

17.	Расскажите про I, Р, В кадры.

18.	Что такое вектор движения и как его можно определить?

19.	Каковы дополнительные возможности интерактивного телевидения?

20.	Какие услуги предоставляет интерактивное телевидение? По каким при-
знакам они различаются?

21.	Каковы основные особенности формата сжатия MPEG-4?

22.	Как осуществляется вещание ТВ программ через Internet?

23.	Перечислите достоинства сотовых систем телевидения.

24.	Поясните принцип работы MMDS.

25.	Проведите сравнительный анализ сотовых систем телевидения LMDS и MVDS.
Глава 13. Радиорелейные и спутниковые
линии связи

13.1.	Радиорелейные линии связи

Радиорелейные линии (РРЛ) представляют собой цепочку приемо-
передающих радиостанций (оконечных, промежуточных, узловых),
которые осуществляют последовательную многократную ретрансля-
цию (прием, преобразование, усиление и передачу) передаваемых
сигналов.

Общие принципы построения радиорелейных линий связи.
РРЛ являются одним из основных наземных средств передачи сигна-
лов телефонной связи, программ звукового и ТВ вещания, цифровых
данных и других сообщений на большие расстояния. Ширина полосы
частот сигналов многоканальной телефонии и ТВ составляет не-
сколько десятков мегагерц, поэтому для их передачи практически мо-
гут быть использованы диапазоны только дециметровых и сантимет-
ровых волн, общая ширина спектра которых составляет 30 ГГц. Кроме
того, в этих диапазонах почти полностью отсутствуют атмосферные
и промышленные помехи. Расстояние между соседними станциями
(протяженность пролета) зависит от рельефа местности и высоты
подъема антенн. Обычно его выбирают близким или равным расстоя-
нию прямой видимости R. Для сферической поверхности Земли с уче-
том атмосферной рефракции

R = 4,t(4h^+^),

где и h2 - высоты подвеса соответственно передающей и приемной
антенн (в метрах). В реальных условиях, в случае мало пересеченной
местности R = 40...70 км при высоте антенных мачт 60... 100 м.

Комплекс приемопередающей аппаратуры РРЛ для передачи ин-
формации на одной несущей частоте (или на двух несущих частотах
при организации дуплексных связей) образует широкополосный ка-
нал, называемый стволом (радиостволом). Оборудование, предна-
значенное для передачи телефонных сообщений и включающее в
себя кроме радиоствола модемы и аппаратуру объединения и разъе-
динения каналов, называют телефонным стволом. Соответствующий
комплекс аппаратуры для передачи полных ТВ сигналов (вместе
с сигналами звукового сопровождения, а часто и звукового вещания)
называют ТВ стволом. Большинство современных РРЛ являются мно-
гоствольными. При этом кроме рабочих стволов, могут быть один или
два резервных ствола, а иногда и отдельный ствол служебной связи.
С увеличением числа стволов возрастает соответственно и объем
оборудования (число передатчиков и приемников) на станциях РРЛ.
Часть РРЛ (один из возможных вариантов) условно изображена на
рйс. 13.1, где показаны радиорелейные станции трех типов: оконеч-
ная (ОРС), промежуточная (ПРС) и узловая (УРС).

На ОРС производится преобразование сообщений, поступающих
по соединительным линиям от междугородных телефонных станций
(МТС), междугородных ТВ аппаратных (МТА) и междугородных веща-
тельных аппаратных (МВА), в сигналы, передаваемые по РРЛ, а так-
же обратное преобразование. На ОРС начинается и заканчивается
линейный тракт передачи сигналов.

С помощью УРС разветвляются и объединяются потоки информа-
ции, передаваемые по разным РРЛ, на пересечении которых и распо-
лагается УРС. К УРС относят также станции РРЛ, на которых осуще-
ствляется ввод и вывод телефонных, ТВ и других сигналов, посредст-
вом которых расположенный вблизи от УРС населенный пункт связы-
вается с другими пунктами данной линии.

На ОРС или УРС всегда имеется технический персонал, который
обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и
управление с помощью специальной системы телеобслуживания
ближайшими ПРС.

ПРС выполняют функции активных ретрансляторов без выделения
передаваемых сигналов электросвязи и введения новых и, как прави-
ло, работают без постоянного обслуживающего персонала. Структур-
ная схема ретранслятора ПРС приведена на рис. 13.2. При активной
ретрансляции сигналов на ПРС используют две антенны, располо-
женные на одной и той же мачте. В этих условиях трудно предотвра-
тить попадание части мощности усиленного сигнала, излучаемого пе-
редающей антенной, на вход приемной антенны. Если не принять
специальных мер, то указанная связь выхода и входа усилителя
ретранслятора может привести к его самовозбуэедению, при котором
он перестает выполнять свои функции. Эффективным способом уст-
ранения опасности самовозбуждения является разнесение по частоте
сигналов на входе и выходе ретранслятора. При этом на ретрансля-
торе приходится устанавливать приемники и передатчики, работаю-
1,10- антенны; 2, 6 - фидерные тракты; 3, 7 - приемо-передатчики;

4, 9 - приемники; 5,8 - передатчики

Рис. 13.2. Структурная схема одноствольного ретранслятора РРЛ

щие на разных частотах. Если на РРЛ предусматривается одновре-
менная связь в прямом и обратном направлениях, то число приемни-
ков и передатчиков удваивается, и такой ствол называется дуплекс-
ным. В этом случае каждая антенна на станциях используется как для
передачи, так и для приема высокочастотных сигналов на каждом на-
правлении связи.

Одновременная работа нескольких радиосредств на станциях и на
РРЛ в целом возможна лишь при устранении взаимовлияния между
ними. С этой целью создаются частотные планы, т. е. планы распре-
деления частот передачи, приема и гетеродинов на РРЛ.

Исследования показали, что в предельном случае для двусторон-
ней связи по РРЛ (дуплексный режим) можно использовать лишь две
рабочие частоты и f2. Пример РРЛ с таким двухчастотным планом
условно изображен на рис. 13.3, а. Чем меньше на линии использует-
ся рабочих частот, тем сложнее устранить взаимовлияние сигналов,
совпадающих по частоте, но предназначенных разным приемникам.
Во избежание подобных ситуаций на РРЛ стараются использовать
антенны с узкой диаграммой направленности, с возможно меньшим
уровнем боковых и задних лепестков; применяют для разных направ-
лений связи волны с различным типом поляризации; располагают от-
дельные станции так, чтобы трасса представляла собой некоторую
ломаную линию. Применение указанных мер не вызывает сложно-
стей, если связь осуществляется в диапазоне сантиметровых волн.
Реальные антенные устройства, работающие на менее высоких час-
тотах, обладают меньшим направленным действием. Поэтому на РРЛ
дециметрового диапазона приходится разносить частоты приема на
каждой станции. В этом случае для прямого и обратного направлений
Рис. 13.3. Схемы распределения частот в РРЛ

связи выбирают различные пары частот fu f2 и f3, f4 (четырехчастот-
ный план) (см. рис. 13.3, б), и необходимая для системы связи полоса
частот возрастет вдвое. Четырехчастотный план не требует указан-
ных выше мер защиты, однако он неэкономичен с точки зрения ис-
пользования полосы частот. Число радиостволов, которое может
быть образовано в выделенном диапазоне частот, при четырехчас-
тотном плане вдвое меньше, чем при двухчастотном.

Так как для радиорелейной связи в основном используются санти-
метровые волны, поэтому двухчастотный план получил наибольшее
распространение.

Классификация радиорелейных линий. РРЛ можно классифи-
цировать по различным признакам и характеристикам. Рассмотрим
классификацию РРЛ по наиболее важным из них.

1.	По назначению различают: междугородные магистральные, внут-
ризоновые, местные РРЛ.

2.	По диапазону рабочих (несущих) частот РРЛ подразделяются на
линии дециметрового и сантиметрового диапазонов. В этих диапазо-
нах в соответствии с Регламентом радиосвязи для организации РРЛ
выделены полосы частот, расположенные в области 2, 4, 6, 8, 11 и
13 ГГц. Кроме того, активно осваивается диапазон 18 ГГц и выше. Пе-
реход на более высокие частоты позволил бы увеличить пропускную
способность систем передачи. Однако использование столь высоких
частот затруднено из-за сильного ослабления энергии радиоволн во
время атмосферных осадков.

3.	По способу объединения (уплотнения) каналов и виду модуля-
ции несущей можно выделить:

а)	РРЛ с частотным уплотнением (разделением) каналов (ЧРК);

б)	РРЛ с временным уплотнением (разделением) каналов (ВРК);

в)	цифровые РРЛ.
4.	По принятой в настоящее время классификации РРЛ разделяют
по пропускной способности на системы большой, средней и малой
емкости.

К РРЛ большой емкости принято относить системы, позволяющие
организовать в одном стволе 600 и более телефонных каналов, что
соответствует пропускной способности более 100 Мбит/с. Если РРЛ
позволяет организовать 60...600 или менее 60 каналов ТЧ, то эти сис-
темы относятся к линиям связи средней и малой емкости. Пропускная
способность таких РРЛ равна соответственно 10...100 и менее 10 Мбит/с.

В современных телекоммуникационных системах РРЛ используют-
ся для создания стационарных, магистральных линий связи в не-
сколько тысяч километров для передачи больших потоков информа-
ции. В этих случаях применяют системы большой емкости. Магист-
ральные РРЛ обычно являются многоствольными.

Стационарные РРЛ средней емкости используются для организа-
ции зоновой связи. Это линии протяженностью до 500...1500 км. По-
добные РРЛ в большинстве случаев рассчитаны на передачу ТВ сиг-
налов и сигналов звукового вещания. Часто эти линии являются мно-
гоствольными и ответвляются от магистральных РРЛ.

РРЛ малой емкости применяются в местной сети связи. Кроме того,
малоканальные РРЛ обеспечивают служебной связью железнодорож-
ный транспорт, газопроводы, нефтепроводы, линии энергоснабжения.

Пропускная способность РРЛ может быть в несколько раз увели-
чена за счет образования новых стволов. Для этого на РРЛ станциях
устанавливаются дополнительные комплексы приемопередающего
оборудования, с помощью которых создаются новые высокочастот-
ные тракты. Для сигналов разных стволов используются различные
несущие частоты. Все системы многоствольной РРЛ организуются
таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от дру-
гого, были взаимозаменяемыми. Такой принцип повышает надеж-
ность всей линии в целом.

Повышение пропускной способности РРЛ за счет многоствольной
работы не приводит к пропорциональному росту стоимости линии, так
как многие ее элементы (антенны, станционные сооружения, опоры
для подвеса антенн, источники электроснабжения) являются общими
для всех стволов.

В настоящее время в наземной распределительной телекоммуни-
кационной сети России интенсивно внедряются цифровые РРЛ с
большой пропускной способностью.

13.2.	Спутниковые системы связи

Принципы построения спутниковых систем связи. Основной
принцип создания спутниковых систем связи заключается в размеще-
нии ретрансляторов на ИСЗ. Следовательно, спутниковая система
связи представляет собой РРЛ с одной промежуточной станцией,
размещенной на ИСЗ. При построении спутниковых систем связи ис-
пользуются идеи и принципы, реализуемые в РРЛ.

По способу ретрансляции сигнала спутниковые системы делят на
системы с пассивной и активной ретрансляцией.

Система, которая работает без бортовой аппаратуры, называется
системой связи с пассивным спутником, или системой с пассивной
ретрансляцией. В этом случае сигналы, посланные с Земли, отража-
ются поверхностью ИСЗ обратно без предварительного усиления.
В качестве пассивных спутников могут использоваться как специаль-
ные отражатели различной формы (в виде сферических баллонов,
объемных многогранников и др.), так и естественный спутник Земли -
Луна. При достаточном усилении земных антенн и высокой чувстви-
тельности приемника земной станции (ЗС) этот метод радиосвязи
может найти применение в системах с малой пропускной способно-
стью. Пропускная способность подобных систем связи при современ-
ном уровне техники не превышает двух-трех телефонных сообщений.

Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры называет-
ся системой с активной ретрансляцией сигнала, или системой с ак-
тивным спутником. При этом энергоснабжение бортового ретрансля-
тора осуществляется от солнечных батарей, находящихся на ИСЗ.
Активная ретрансляция является основной в современных системах
передачи.

Принцип осуществления системы связи с использованием искусст-
венных спутников Земли показан на рисунке 13.4. Здесь через а и b
обозначены земные станции (ЗС), между которыми устанавливается
связь, а прямые аа' и bti, касательные к поверхности Земли в точках
а и Ь, являются линиями горизонта этих пунктов. Поэтому спутник
ИСЗ движущийся по орбите тп, может одновременно наблюдаться со
станций а и b при движении его по участку орбиты а' и д'. Следова-
тельно, электромагнитные колебания, излучаемые антенной системой
ЗС в точке а в направлении ИСЗ, могут быть приняты бортовой ра-
диоаппаратурой спутника и после их усиления и преобразования по
частоте направлены в сторону Земли, где будут приняты антенной ЗС
в точке Ь. Антенны ЗС всегда должны быть ориентированы на ИСЗ.
Следовательно, при движущихся ИСЗ антенны должны поворачи-
ваться, осуществляя непрерывное «слежение» за перемещением
спутника в пространстве.

Для примера рассмотрим структурную схему дуплексной связи
между двумя ЗС при активной ретрансляции сигнала (рис. 13.5).

В данном случае передаваемый в одном направлении сигнал
подводится к модулятору 9 ЗС 8, в результате чего осуществляется
модуляция колебаний с несущей частотой fv Эти колебания от пере-
датчика 10 подводятся к антенне 11 и излучаются в сторону ИСЗ, где
принимаются бортовой антенной 7 ретранслятора 1. Далее колебания
с частотой поступают на разделительный фильтр 6, усиливаются
приемником 2, преобразуются в частоту f2 и поступают к передатчику 3

4 - второй приемник ретранслятора; 5 - второй передатчик ретрансля-
тора; 12 - детектор ЗС 8; 13 - приемник ЗС 8; 14 - приемная антенна
ЗС 8; 16 - передающая антенна ЗС 15; 17 - передатчик ЗС 15; 18 - мо-
дулятор ЗС 15

Рис. 13.5. Структурная схема радиосвязи через ИСЗ
бортового ретранслятора. С выхода передатчика 3 колебания с час-
тотой 4 через разделительный фильтр подводятся к бортовой антен-
не и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются ан-
тенной 19 ЗС 15, подводятся к приемнику 20 и детектору 21, на выхо-
де которого выделяется сигнал Uy. Передача от ЗС 15 к ЗС 8 сигнала
U2 происходит на частоте f3 аналогичным образом, причем на борто-
вом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с не-
сущей частотой f3 в колебания с частотой f4.

ЗС соединяются с узлами коммутации сети связи (например, с ме-
ждугородной телефонной станцией - МТС), с источниками и потреби-
телями программ телевидения, звукового вещания с помощью назем-
ных соединительных линий.

дчень распространенным и экономически выгодным является ис-
пользование связных ИСЗ для организации телевизионного и звуко-
вого вещания.

В зависимости от типа ЗС и назначения системы спутниковой свя-
зи различают следующие службы радиосвязи:

-	фиксированная спутниковая служба (ФСС) - служба радиосвязи
между ЗС, расположенными в определенных фиксированных пунк-
тах, при использовании одного или нескольких спутников;

-	подвижная спутниковая служба - между подвижными ЗС с участи-
ем одного или нескольких ИСЗ;

-	радиовещательная спутниковая служба (РВСС) - служба радио-
связи, в которой сигналы спутниковых ретрансляторов предназна-
чены для непосредственного приема населением. При этом непо-
средственным считается как индивидуальный, так и коллективный
прием на сравнительно простые и недорогие установки с абонент-
ским качеством.

Орбиты и высоты спутников связи. Орбита - это траектория
движения ИСЗ в пространстве. В системах связи могут использовать-
ся ИСЗ, движущиеся по орбитам, которые отличаются следующими
параметрами: формой (круговая или эллиптическая); высотой над
поверхностью Земли или расстоянием от центра Земли; наклонени-
ем, т. е. углом / между экваториальной плоскостью и плоскостью ор-
биты. В зависимости от выбранного угла / орбиты подразделяются на
экваториальные (/ = 0), полярные (/ = 90°) и наклонные (0 « / < 90°).
Эллиптические орбиты, кроме того, характеризуются апогеем и пери-
геем, т. е. расстояниями от Земли соответственно до наиболее уда-
ленной и до ближайшей точки орбиты.

Высота орбит ИСЗ выбирается на основании анализа многих фак-
торов, включая энергетические характеристики радиолиний, задержку
при распространении радиоволн, близость к орбите радиационных
поясов, размеры и расположение обслуживаемых территорий. Кроме
того, на высоту орбиты влияет способ организации связи.
Рис. 13.6. Орбиты ИСЗ

Рассмотрим основные типы орбит ИСЗ, использующихся для орга-
низации космической связи и спутникового телерадиовещания.

Геостационарная орбита. Геостационарная орбита (рис. 13.7) ха-
рактеризуется тем, что если находящиеся на ней спутники движутся
с угловыми скоростями, равными угловой скорости вращения Земли
вокруг своей оси, то с поверхности Земли они кажутся неподвижными,
«висящими» на одном месте, в одной точке. Так как расстояние от
движущегося по геостационарной орбите спутника до Земли в три
раза больше диаметра Земли, то спутник «видит» сразу около 40%
земной поверхности.

Вывод искусственных спутников на геостационарную орбиту - за-
дача непростая. Раньше для запуска на нее не имелось достаточно

Нулевой меридиан
мощных ракетоносителей, поэтому первые спутники связи находи-
лись на эллиптической, низкой околоземной орбите (например, пер-
вый американский спутник-ретранслятор Telstar).

Поддержание связи со спутниками на эллиптической орбите очень
сложное и дорогостоящее дело, как в части передачи, так и приема.

Из-за быстрого изменения местоположения спутников необходимо
иметь подвижную систему следящих антенн. Спутники на таких орби-
тах можно использовать для создания постоянной связи только тогда,
когда они по отношению как передающего, так и приемного устройст-
ва находятся над уровнем горизонта, т. е. для них должен быть виден
как «восход» одного спутника, так и «заход» другого.

Развитие ракетной техники и создание мощных ракетных носите-
лей дали возможность широко использовать геостационарную орбиту
для «установки» на ней спутников-ретрансляторов. На рис. 13.8 пока-
зан часто применяемый способ вывода спутников на геостационар-
ную орбиту. Искусственный спутник выводят сначала на круговую ор-
биту, близкую к поверхности Земли (250...300 км от поверхности), за-
тем, повышая его скорость, переводят на эллиптическую промежу-
точную орбиту, ближайшая точка которой - перигей находится при-
мерно на расстоянии 270 км от Земли, а удаленная точка - апогей на
расстоянии около 36 000 км, которая уже соответствует высоте гео-
стационарной орбиты'.

Когда искусственный спутник «станет» на эллиптическую промежу-
точную (переходную) орбиту, и, если у него все функционирует безу-
пречно, то в точке апогея включаются его собственные реактивные,
так называемые, апогейные двигатели, которые быстро увеличивают
линейную скорость спутника до 3,074 км /с. Такая скорость необходи-
ма для перехода на геостационарную орбиту и «остановки» (точнее
для движения по ней), после чего спутник по командам с Земли пере-
мещают по геостационарной орбите на плановую позицию в точку
стояния. Затем осуществляют раскрытие панелей солнечных бата-
рей, развертывание антенн, их ориентацию на заданную территорию
Земли, ориентацию солнечных батарей на Солнце и включение бор-
тового передатчика-ретранслятора. Точная установка спутника на
геостационарной орбите проводится его собственными реактивными
двигателями, работающими на твердом или жидком топливе. После
того как спутник выведен в точку стояния на орбите, двигатели отклю-
чаются и он движется по геостационарной орбите как небесное тело
под воздействием инерции со скоростью 3,074 км/с и сил притяжения

* В некоторых случаях спутники выводят в заданную точку стояния на геостационарной
орбите напрямую, без вывода на промежуточную орбиту, например, используя мощ-
ную ракету-носитель «Протон» в ее четырехступенчатом варианте (с разгонным бло-
ком), что оказывается экономически более выгодным
Земли. Для спутника-ретранслятора очень важно, чтобы его собст-
венная орбита соответствовала бы идеально геостационарной. Так,
если спутник движется по орбите, которая несколько меньше геоста-
ционарной, то он постепенно смещается со своей позиции в западном
направлении, а если его орбита превышает геостационарную, то
смещение происходит в восточном направлении, т. е. по направле-
нию движения Земли. Сдвиг на 1° на геостационарной орбите соот-
ветствует расстоянию на ней примерно в 750 км. При наличии в на-
земном приемном устройстве поворотной следящей антенны ее не-
сложно снова точно направить на спутник. Однако большинство ин-

1 - сброс обтекателя; 2 - завершение начального полета; 3 - полное
отделение последней ступени; 4 - определение положения для перво-
го включения собственного (апогейного) двигателя; 5 - первое включе-
ние собственного двигателя для выхода на промежуточную (переход-
ную) орбиту; 6 - определение положения на промежуточной орбите;
7 - второе включение собственного двигателя для выхода на геоста-
ционарную орбиту; 8 - переориентация плоскости орбиты спутника и
коррекция ошибок; 9 - ориентация спутника перпендикулярно к плоско-
сти орбиты и коррекция ошибок; 10 - остановка, раскрытие панелей
солнечных батарей, полная расстыковка; 11 - раскрытие антенн, вклю-
чение стабилизаторов; 12 - стабилизация положения и начало работы

Рис. 13.8. Последовательность вывода спутника
на геостационарную орбиту
дивидуальных наземных устройств для приема со спутников имеют
неподвижные антенны с очень узкими, «игольчатыми» диаграммами
направленности, и постоянно корректировать направление антенны
на спутник ручным способом довольно обременительно, а из-за не-
точности ее наведения принимаемое телевизионное изображение
заметно ухудшается или вовсе исчезает. В связи с этим в целях на-
дежного и уверенного приема необходимо обеспечить постоянный во
времени «след» спутника, стабильность излучения его бортовых ан-
тенн только на отведенную территорию. Поэтому спутнику нужно час-
то проводить коррекцию своего положения и орбиты, что осуществля-
ется им при помощи собственных двигателей и приводит к расходу
топлива. Это влияет на его срок службы. При отсутствии топлива для
двигателей спутник начинает смещаться со своей позиции, что при-
водит к периодическому сближению соседних спутников и, соответст-
венно, к увеличению взаимных помех, и к увеличению помех прием-
ным устройствам на Земле.

С точки зрения срока функционирования спутника крайне важным
является количество топлива, потребляемого его собственными реак-
тивными (апогейными) двигателями. И, очевидно, чем больше оста-
нется топлива после первичной установки спутника на орбите, тем
больше корректировок положения можно сделать и, следовательно,
тем дольше будет функционировать спутник. Продолжительность
«жизни» спутника на орбите обычно составляет 5-7 лет, а некото-
рых- 10 лет и более, после чего он заменяется новым, устанавли-
ваемым на той же позиции.

Геостационарная орбита (в Англии и в некоторых странах Европы
ее называют поясом Кларка) является уникальной и представляет
значительную эксплуатационную ценность. Ряд экваториальных го-
сударств раньше хотели, чтобы участок орбиты, находящийся над их
территорией, использовался бы только по договоренности с ними.
Неэкваториальные страны, естественно, с этим согласиться не мог-
ли, рассматривая геостационарную орбиту как общее достояние че-
ловечества. Лишь в 1988 г. удалось согласовать план распределе-
ния позиций спутников для вещания в диапазонах частот 6/4 ГГц и
14/11 ГГц.

Преимущества геостационарной орбиты стимулируют все большее
количество пользователей размещать на ней спутники различного
назначения. С европейского континента можно «наблюдать» несколь-
ко десятков искусственных спутников, движущихся на геостационар-
ной орбите. Через них осуществляется в первую очередь телефонная
связь со странами американского континента и странами Ближнего
Востока. Кроме того, много спутников задействовано для ретрансля-
ции телевизионного и звукового вещания. Использование геостацио-
нарной орбиты для этих целей дает следующие преимущества:
-	спутник движется по геостационарной орбите с Запада на Восток
длительное время без затрат энергии на это движение (как небес-
ное тело) благодаря гравитационному притяжению Земли и собст-
венной инерции, с линейной скоростью 3,074 км/с;

-	движущийся по геостационарной орбите с угловой скоростью, рав-
ной угловой скорости вращения Земли, спутник совершает оборот
точно за одни сутки, вследствие чего он оказывается неподвижно
«висящим» над земной поверхностью;

-	энергоснабжение его систем осуществляется от солнечных бата-
рей, освещаемых Солнцем;

-	поскольку спутник не пересекает радиационный пояс Земли, а нахо-
дится выше его, то увеличивается надежность и ресурс работы его
электронных устройств и источников питания - солнечных батарей;

-	связь с передающей станцией осуществляется непрерывно, без
переключения с одного «заходящего» спутника на другой - «восхо-
дящий», т. е. для обеспечения непрерывной постоянной связи не-
обходим только один спутник;

-	в передающих антеннах в системе Земля-Спутник устройства ав-
томатического слежения за спутником могут быть упрощены или
исключены вовсе, а в наземных приемных антеннах в них фактиче-
ски нет необходимости, что обеспечивает простоту приемных уст-
ройств, их дешевизну, доступность и массовость распространения;

-	так как расстояние до спутника на геостационарной орбите всегда
постоянно, то ослабление сигнала при прохождении по трассе
Земля - Спутник - Земля всегда определенное, не изменяющееся
при движении спутника по орбите, что позволяет точно рассчитать
мощность его бортового передатчика;

-	геостационарная орбита уникальна - спутники, расположенные на
орбитах выше ее, «уходят» в космическое пространство, а, распо-
ложенные на орбитах ниже, - постепенно приближаются к Земле.
И только спутники, находящиеся на геостационарной орбите, син-
хронно вращаются на постоянном расстоянии от Земли и непод-
вижны относительно нее;

-	после окончания срока функционирования спутник переводится на
так называемую «кладбищенскую» орбиту, которая находится на
200 км выше геостационарной, и он постепенно удаляется от Зем-
ли в космическое пространство.

Однако орбитальным группировкам, состоящим из геостационар-
ных спутников, присущ один крупный недостаток: большое время рас-
пространения радиосигналов, - что приводит к задержкам передачи
сигналов при радиотелефонной связи. Ожидание прихода ответного
сигнала может вызвать недовольство нетерпеливых абонентов.

Благодаря своим уникальным свойствам и преимуществам геоста-
ционарная орбита на наиболее удобных участках (особенно над
Тихим и Индийским океанами, а так же над Африканским континен-
том) «заселена» спутниками до предела. На геостационарной орбите
определено 425 точек «стояния» - позиций спутников. Слово «пози-
ция» однозначно определяет положение спутника на геостационар-
ной орбите его долготу.

Прием сигналов с геостационарной орбиты в точках, расположен-
ных выше 81,3° северной и южной широт, весьма сложен, так как при-
емная антенна практически полностью затеняется рельефом местно-
сти. Поэтому для обслуживания наземных территорий, расположен-
ных выше 81,3° северной и южной широт, используются спутники, на-
ходящиеся на эллиптической орбите. Высота ее апогея в северном
полуШарии составляет около 40 550 км, высота перигея в южном по-
лушарии - 500 км. Движение спутника относительно Земли в области
апогея замедляется, а область перигея, расположенную над южным
полушарием Земли, спутник проходит очень быстро. Обслуживание
северных территорий одним спутником возможно в течение не менее
8 ч, поэтому трех спутников, сменяющих друг друга с равными разны-
ми фазами, достаточно для ведения круглосуточного приема. Оче-
видно, что антенна земной станции при передаче на спутник, а также
антенны приемных станций на Земле должны отслеживать спутник на
высоком участке эллиптической орбиты. Для этого нужна сложная и
дорогостоящая система автосопровождения и система переключения
с одного «заходящего» спутника на другой «восходящий». Если
учесть высокую стоимость изготовления трех спутников, стоимость их
запуска и эксплуатации, стоимость автосопровождения земных при-
емных устройств, то все вместе взятое делает экономически невы-
годным использование спутников на эллиптической орбите для
ретрансляции телевизионных программ. Поэтому такие спутники ис-
пользуются в основном для организации связи.

Низковысотные и средневысотные круговые орбиты. Особый
интерес представляет использование спутников на невысоких около-
земных орбитах. Небольшие расстояния от Земли до спутников, на-
ходящихся на невысоких орбитах, приводят к меньшим потерям сиг-
нала и меньшему времени его запаздывания. Кроме того, спутники на
таких орбитах позволяют охватить и приполярные районы. Следует
также отметить, что ИСЗ, находящийся на низкой орбите, попадает в
зону прямой видимости абонента лишь на 8-12 минут. Значит, для
обеспечения непрерывной связи любого абонента потребуется много
ИСЗ, которые последовательно (при помощи шлюзовых станций или
межспутниковой связи) должны обеспечивать непрерывную связь.

Анализируя низкоорбитальные группировки различных космиче-
ских систем, можно заметить, что высоты круговых орбит ИСЗ боль-
шинства из этих группировок находятся в диапазоне от 700 до 1500 км.
Это обусловлено следующими факторами:
На орбитах, высота которых не превышает 700 км, плотность ат-
мосферы достаточно высока, что вызывает уменьшение эксцентриси-
тета и постепенное уменьшение высоты апогея, что приводит к по-
вышенному расходу топлива и увеличению частоты маневров для
поддержания заданной орбиты. На высотах выше 1500 км располага-
ется первый радиационный пояс, в котором невозможна работа элек-
тронной бортовой аппаратуры.

Средневысотные орбиты (5000...15 000 км) находятся между пер-
вым и вторым радиационным поясом. В системах, использующих рас-
положенные на таких орбитах ИСЗ, задержка распространения сигна-
лов через спутник-ретранслятор составляет примерно 130 мс, что
практически неуловимо для человеческого уха и, следовательно, по-
зволяет использовать такие ИСЗ для радиотелефонной связи.

Для изучения особенностей работы низкоорбитальных спутнико-
вых систем рассмотрим схему прохождения в ней сигналов (рис. 13.9).
В этом случае на каждой ЗС должны быть установлены две антенны
(Д и Аг), которые могут осуществлять передачу и прием сигналов с
помощью одного из спутников, находящегося в зоне взаимной связи.
На рис. 13.9 показаны ИСЗ, движущиеся по часовой стрелке по одной
низкой орбите, часть которой показана в виде дуги тп. Анализируе-
мая система спутниковой связи работает следующим образом. Сиг-
нал от 3Ci через антенну А1 поступает на ИС34 и ретранслируется
через ИСЗз и ИС32 к приемной антенне Д2 ЗС2. Таким образом, в этом
случае для ретрансляции сигнала используется сегмент орбиты, со-
держащей ИС34 - ИС32. При выходе ИС34 из зоны, лежащей левее
линии горизонта аа', передача и прием сигнала будут вестись через
сегмент орбиты, содержащий ИС35 - ИС33. Затем передача и прием
сигналов будут осуществляться сегментом орбиты, состоящим из
спутников ИСЗб - ИС34 и т. д.

Использование ИСЗ, движущихся по орбите с малой высотой, уп-
рощает аппаратуру ЗС, так как при этом возможно снижение усиления
земных антенн, мощности передатчиков и работа с приемниками,
имеющими несколько большую эквивалентную шумовую температуру,
чем в случае геостационарных спутников. Однако в этом случае ус-
ложняется система управления движением большого числа ИСЗ по
орбите.

Низкоорбитальные спутниковые системы связи нашли применение
как средства подвижной радиосвязи в дополнение наземных сотовых
радиосетей, так и в качестве фиксированной радиосвязи в удаленных
и труднодоступных районах.

Кроме того, они используются:

-	для передачи данных по типу электронной почты;

-	для обмена деловой информацией;

-	для персонального радиовызова;

-	для определения местонахождения и передачи информации о ме-
стонахождении подвижных объектов;

-	для экономического, промышленного и научного мониторинга зем-
ной поверхности.

Другой вариант использования для ретрансляции сигналов не-
скольких ИСЗ приведен на рис. 13.10. В этом случае с одного из груп-
пы спутников, движущихся по одной орбите, например ИС34, сигнал,
излучаемый Д, станции а, ретранслируется к геостационарному спут-
нику ИСЗГ, а затем принимается антенной Аг станции Ь. При выходе
ИС34 из области, лежащей левее линии горизонта аа', непрерывная
связь станции а с ИСЗГ будет осуществляться через антенну Д2 и
ИС35, затем через Д, и ИСЗб и так далее. На станции b в этом случае
достаточно будет иметь лишь одну антенну, направленную на ИСЗГ.

Спутниковые сети звукового и телевизионного вещания.
В последние два десятилетия телевидение, в том числе и спутнико-
вое, активно ориентируется на цифровые способы передачи, по-
скольку они дают более высокое качество изображения и одновре-
менно обеспечивают экономический эффект для пользователей, а
также дополнительные прибыли для операторов спутниковых и ка-
бельных вещательных сетей.

Рассмотрим распределение ТВ-программ между индивидуальными
пользователями (рис. 13.11). Сеть спутникового непосредственного

Телевизионные приемники
телевещания (СНТВ) включает в себя совокупность приемопередаю-
щих станций, обеспечивающих трансляцию через один или несколько
широковещательных ИСЗ ТВ программ большому числу приемных
станций, а также прием программного материала от других приемо-
передающих станций с целью обмена программами между станциями
и приема репортажных материалов от подвижных станций спутнико-
вой службы новостей (SNG - Satellite News Gathering). Источниками
информации для приемопередающих станций являются студии ТВ
вещания, передающие телевизионный сигнал в аналоговой форме,
а в случае необходимости использования телекоммуникационных ка-
налов - в сжатой цифровой форме со скоростью 20...30 Мбит/с. Спутни-
ковая служба новостей обеспечивает распределение программных
Материалов между студиями и, возможно, головными станциями ка-
бельных сетей. Мобильность и оперативность репортажной съемки
предопределяет необходимость передачи с относительно небольшой
скоростью (высоким коэффициентом сжатия) и достигается ценой
снижения качества изображения. Распределение программ между при-
емными станциями осуществляется со скоростью 1,5...8 Мбит/с на
один транслируемый канал.

Массовое производство индивидуальных приемников цифровых
сигналов СНТВ организовано в США, Европе и Японии. Типичный
диаметр приемной антенны составляет приблизительно 45 см, на-
ружные блоки производятся в виде монолитных СВЧ интегральных
схем, которые стали самым массовым изделием за всю историю про-
изводства подобных схем.

В городах с многоэтажной застройкой типична ситуация, когда
очевидно, что для привлечения более широкого круга пользовате-
лей нужны малогабаритные приемные антенны, размеры которых
позволяли бы монтировать их в непосредственной близости от вла-
дельца, например, на внешней поверхности стены дома. Первый
шаг на пути расширения рынка услуг спутникового телевидения сде-
лала компания Hughes (США), изготовившая и обеспечившая запуск
в 1993 г. спутника непосредственного вещания DBS-1. Этот
ретранслятор имеет на борту 16 приемопередатчиков. Начальная
цена индивидуальной приемной станции составляла около 700 дол-
ларов, а затем снизилась более чем в 2 раза, благодаря, в частно-
сти, субсидиям в проект провайдеров услуг. Затем пропускная спо-
собность спутниковой СНТВ была увеличена путем расширения
космического сегмента (в ту же точку стояния на геостационарной
орбите были запущены два ретранслятора DBS-2 и DBS-3) до 300
ТВ-каналов, а услуга получила название DirecTV и дополнительно
привлекла к концу 90-х гг. еще более 3 миллионов пользователей.
Запуск вещательных ИСЗ в одну точку стояния практикуется и при
построении других орбитальных группировок спутников непосредст-
венного вещания, поскольку отпадает необходимость перенацели-
вания приемных лучей пользовательских станций и упрощается ор-
ганизация фидерных линий.

Большая пропускная способность спутниковых СНТВ (возможность
выбора между несколькими сотнями ТВ-каналов по сравнению с не
более чем сотней в кабельных сетях) и наличии в США около 20 млн.
потенциальных пользователей, не охваченных кабельными ТВ-
сетями, внушает производителям оборудования и провайдерам услуг
непосредственного ТВ определенный оптимизм.

В Европе наблюдался более ярко выраженный по сравнению с США
интерес к системам индивидуального приема спутникового ТВ, что
объясняется меньшей разветвленностью сетей кабельного телевиде-
ния. Число пользователей услуг платного непосредственного спутнико-
вого ТВ в Европе к началу 21-го века оценивалась в 25 миллионов.

СНТВ способны в ближайшем будущем захватить огромный рынок,
особенно там, где кабельные сети недостаточно развиты или вовсе
отсутствуют, где есть потребность в СНТВ и возможность оплачивать
за предоставление данной услуги.

Возможности и перспективы широкого распространения спутнико-
вых СНТВ определяются следующими основными факторами:

-	разработкой и внедрением эффективных алгоритмов сжатия циф-
рового ТВ сигнала, позволяющих получить приемлемое качество
цветного изображения при скорости передачи всего 1,5...2 Мбит/с;

-	разработкой и производством эффективных и долговечных бата-
рей солнечных элементов, позволяющих обеспечить энергопита-
ние мощных многоствольных ретрансляторов;

-	запуск всего одного спутника непосредственного вещания позво-
ляет транслировать более 200 цифровых ТВ-каналов, что позво-
ляет спутниковым СНТВ успешно конкурировать с кабельными се-
тями и даже превосходить их по пропускной способности;

-	рост благосостояния стандартов жизни населения, особенно в
Азиатско-Тихоокеанском регионе, в сочетании с недостаточно раз-
витой структурой кабельных сетей обещают непрерывный рост
числа клиентов и доходы операторов спутниковых СНТВ порядка
20 млрд, долларов в год, что позволит окупить затраты на разра-
ботку, развертывание и эксплуатацию этих сетей.

Новым направлением в области спутникового ТВ-вещания является
трансляция телевизионных каналов для подвижных средств (поезда,
яхты, воздушные и речные суда, грузовики дальних перевозок и т. д.).

Перспективным направлением считается и непосредственное
спутниковое цифровое радиовещание (Digital Audio Broadcasting,
DAB) для фиксированных и подвижных пользователей, обеспечи-
вающее трансляцию новостей, музыки и прочих программ, справочно-
информационных данных.
Многостанционный доступ. Учитывая, что спутник находится в
зоне радиовидимости многих земных станций, имеется возможность
их одновременной работы через один ретранслятор. Такая одновре-
менная работа получила название многостанционного доступа
(МД). При этом спутник-ретранслятор играет роль центральной стан-
ции, через которую проходят все абонентские линии данной сети.

Возможны три способа управления многостанционным доступом:
- закрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе группо-
вого сигнала постоянно выделены для определенных земных станций);

-	программное распределение каналов (частотные полосы предос-
тавляются станциями по расписанию);

-	незакрепленные каналы (любая земная станция может получить
любой частотный канал, не занятый другой станцией).

С точки зрения гибкости системы и с учетом экономических факто-
ров предпочтительной является работа с незакрепленными каналами,
несмотря на то, что при этом приходиться передавать корреспонден-
там сведения о наличие свободных каналов.

Как и в обычных системах передачи, при МД возможны три способа
разделения сигналов: по частоте, времени и форме. Отличие состоит
в том, что групповой сигнал образуется на ретрансляторе ИСЗ земны-
ми станциями, удаленными друг от друга на большие расстояния.

Наиболее распространенным является доступ с частотным разде-
лением каналов (МД ЧРК). При МД ЧРК каждому сигналу (который
сам, в свою очередь, может быть одно- или многоканальным) отво-
дится полоса частот. Внутри этой полосы частот сигнал может быть
образован с помощью различных видов модуляции. В современных
системах связи используется, например, метод частотной модуляции
(ЧРК-ЧМ), а также метод импульсно-кодовой модуляции сигналов ка-
ждого канала с последующей двукратной фазовой модуляцией.

Достоинство метода частотного разделения подстволов состоит в
простоте аппаратуры. Кроме того, аппаратура МД здесь совместима с
большей частью существующей аппаратуры канального преобразования.

Недостатком метода частотного разделения является трудность
обеспечения равномерного распределения мощности бортового пе-
редатчика между отдельными ЗС. Они удалены от спутника на раз-
личные расстояния и поэтому дают на входе ретранслятора сигналы
с различными уровнями. Кроме того, для этого метода характерно
возникновение переходных помех между станциями из-за несиммет-
рии амплитудно- и фазочастотных характеристик ретранслятора, на-
конец, из-за нелинейности характеристики ретранслятора 10-15% его
мощности непроизводительно тратятся на нелинейные составляю-
щие. Однако, несмотря на указанные недостатки, метод ЧРК нашел
широкое применение в современных спутниковых системах передачи,
находящихся в эксплуатации.
Многостанционный доступ с временным разделением каналов (МД
ВРК) лишен ряда недостатков, присущих МД ЧРК: не требуется регу-
лировать мощность земных передатчиков, так как отсутствует их вза-
имное подавление; выходная мощность ретранслятора максимальная
независимо от числа передаваемых сигналов.

Основная трудность при МД ВРК заключается в требовании чрез-
вычайно жесткой общесистемной синхронизации. Неточность синхро-
низации вызывает переходные помехи.

В спутниковых системах связи с МД могут найти применение также
шумоподобные сигналы, разделение которых производится по фор-
ме. Преимущества таких систем определяются высокой помехозащи-
щенностью и скрытностью передачи информации. Однако их широкое
использование ограничивается существенно меньшей, чем при вре-
менном или частотном разделении, пропускной способностью.

Перспективным также представляется многостанционный доступ с
коммутацией сигнала на борту спутника ретранслятора (МД КБ). Идея
МД КБ состоит в том, что на борту ИСЗ устанавливается кроме
ретрансляторов устройство, обеспечивающее передачу полученных
с земных станций сигналов только на те станции, которым эти сигна-
лы адресованы (в отличие от обычных ретрансляторов, которые пе-
редают на всю облучаемую поверхность Земли).

Сочетание этой системы с антеннами ИСЗ с узкой диаграммой на-
правленности позволяет на только упростить и удешевить земные
станции, но и многократно использовать для передачи на участке
ИСЗ - Земля одни и те же частоты излучения для работы с различ-
ными районами земного шара.

Контрольные вопросы

1.	Что представляют собой радиорелейные линии?

2.	Назовите основные типы радиорелейных станций.

3.	Сравните дуплексный режим и четырехчастотный план работы двусторон-
ней РРЛ.

4.	Поясните классификацию радиорелейных линий.

5.	Приведите сравнительные характеристики пассивной и активной ретранс-
ляции.

6.	Поясните принцип работы и структурную схему радиосвязи через ИСЗ.

7.	Чем руководствуются при выборе типа орбиты для спутниковой системы?

8.	Поясните основные особенности геостационарной орбиты.

9.	Каковы особенности построения низкоорбитных систем связи?

10.	Поясните особенности распределения ТВ-программ между индивидуаль-
ными пользователями.

11.	Каковы основные факторы, характеризующие перспективы развития спут-
никовых СНТВ?

12.	Дайте понятие многостанционного доступа.

13.	Какие способы управления многостанционным доступом вы знаете?
Сети наземной подвижной радиосвязи на протяжении многих лет
развивались на территории России, исходя из необходимости органи-
зации оперативной связи для высших органов государственной вла-
сти и управления. Однако в процессе усовершенствования систем
подвижной радиосвязи открылись возможности строительства ком-
мерческих систем общего пользования, т. е. таких систем, которые
обеспечивают сопряжение с телефонными сетями и предоставляют
полный перечень услуг, требуемых от этих сетей. В настоящее время
многообразие представленных радиосистем можно в первом прибли-
жении классифицировать, как показано на рис. 14.1.

Системы связи с подвижными объектами освобождают абонента
от необходимости присутствовать в строго определенном месте во
время сеанса связи (по проводным телефонные линиям, с таксофо-
нов и т. п.), что позволяет ему получать услуги связи в любой точке
в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей. Кроме то-
го, благодаря технологическому прогрессу производства средств связи

Рис. 14.1. Классификация систем радиосвязи с подвижными объектами
созданы малогабаритные универсальные абонентские терминалы,
сопрягаемые с персональным микрокомпьютером и имеющие интер-
фейсы для подключения к сетям связи с подвижными объектами всех
действующих стандартов.

Учитывая, ограниченный объем пособия, сосредоточим свое внима-
ние на двух, наиболее интенсивно развивающихся направлениях раз-
вития систем связи с подвижными объектами: сотовой и транкинговой.

14.1. Системы сотовой связи

Среди современных телекоммуникационных средств наиболее
стремительно развиваются системы сотовой радиотелефонной связи.
Их внедрение позволило решить проблему экономичного использова-
ния выделенной полосы радиочастот путем передачи сообщений на
одних и тех же частотах и увеличить пропускную способность телеком-
муникационных сетей. Свое название они получили в соответствии с
сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслу-
живания (территория города или региона) делится на ячейки (соты).

Сотовые системы связи являются принципиально новым видом
систем связи, так как они предназначены для обеспечения радиосвя-
зью большого числа подвижных абонентов с выходом в телефонную
сеть общего пользования. Если ведомственные (или частные) систе-
мы создавались (и создаются) в интересах небольшого числа абонен-
тов, то сотовые системы связи с подвижными объектами стали ис-
пользоваться в интересах широких слоев населения.

Использование современной технологии позволяет обеспечить
абонентам таких сетей высокое качество речевых сообщений, надеж-
ность и конфиденциальность связи, защиту от несанкционированного
доступа в сеть, миниатюрность радиотелефонов, увеличенный интер-
вал времени работы батареи между подзарядками. Имеется возмож-
ность обеспечения качественной телефонной и факсимильной связью
офисов, коттеджей, пансионатов, больниц, дачных поселков, а также
организации оперативной связи при проведении выставок, конферен-
ций, строительных работ и т. п.

Основы построения систем сотовой радиосвязи. Идея сотовой
телефонной связи такова (рис. 14.2). Площадь, подлежащая телефо-
низации, покрывается сетью многоканальных приемопередатчиков,
которые называют базовыми станциями (БС). Они служат своеобраз-
ным связующим звеном между сотовым телефоном и центром комму-
тации связи с подвижными объектами, где роль проводов обычной
телефонной сети выполняют радиоканалы. Число каналов базовой
станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32.Один из каналов

является управляющим. В некоторых ситуациях он может называться
также каналом вызова. На этом канале происходит непосредственное
Рис. 14.2. Упрощенная функциональная схема системы сотовой связи
установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а
сам разговор начинается только после того, как будет найден свобод-
ный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все
эти процессы происходят очень быстро и потому незаметны для або-
нента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разгова-
ривает, как по обычному телефону. Чувствительность и излучаемая
мощность базовой станции гораздо выше, чем чувствительность и
мощность излучения подвижной станции (ПС), что позволяет сделать
сами телефоны достаточно компактными и использовать маломощ-
ные источники питания.

При перемещении подвижной станции через границу зоны обслу-
живания базовой станции (соты) должно обеспечиваться автоматиче-
ское (и незаметное для абонента) переключение обслуживания с од-
ной базовой станции на другую. Переключение осуществляет центр
коммутации подвижной сети. Центр коммутации - это автоматиче-
ская телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая
все функции управления сетью. Центр коммутации связи с подвиж-
ными объектами имеет выход на коммутируемую телефонную сеть
общего пользования.

Система сотовой связи может включать более одного центра ком-
мутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией раз-
вития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Возможна,
например, структура системы типа показанной на рис. 14.3 - с двумя
(и более) центрами коммутации, один из которых условно можно на-
звать «головным» или «ведущим».

Деление обслуживаемой территории на соты. Для оптимально-
го, т. е. без перекрытия или пропусков участков, разделения террито-
рии на соты могут быть использованы только три геометрические фи-
гуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей
фигурой является шестиугольник, так как, если антенну с круговой
диаграммой направленности устанавливать в его центре, то будет
обеспечен доступ почти ко всем участкам соты.
к ТфОП

Рис. 14.3. Система сотовой связи с двумя центрами коммутации

Для разделении обслуживаемой территории на соты тщательно
измеряют или рассчитывают параметры системы для определения
минимального числа базовых станций, обеспечивающих удовлетво-
рительное обслуживание абонентов по всей территории, определяют
оптимальное место расположения базовой станции с учетом рельефа
местности, рассматривают возможность использования направлен-
ных антенн, пассивных ретрансляторов и смежных центральных
станций в момент пиковой нагрузки и т. д.

Если представить зону обслуживания абонентов сотовой сети как
окружность с радиусом Ro (рис. 14.4), то площадь этой зоны будет
nRo, площадь соты (шестиугольника) равна г.бЯ2, где R - радиус ра-
бочей зоны BS, тогда число сот L определяется по формуле

L = 1,2lf —1 .

V R )

Очевидно, что число базовых станций
равно числу сот, так как на каждую соту
приходится одна базовая станция.

Базовые станции, помимо адресной
передачи информации, предназначенной
для конкретных подвижных станций, регу-
лярно (и достаточно часто - много раз в
секунду) передают в специально отведен-
ных для этого каналах служебную инфор-
мацию в вещательном режиме, которая
может быть принята любой подвижной
станцией, попадающей в пределы радиу-
са действия данной базовой.

Рис. 14.4. Зона
обслуживания абонен-
тов сотовой сети
Подвижные станции, в отличие от базовых и центра коммута-
ции, как правило, время от времени выключаются - хотя бы на пе-
риоды отдыха абонентов и для смены источников питания. Следо-
вательно, периодически производится и включение подвижных
станций. С этой процедуры - включения и инициализации работы
подвижной станции - мы и начнем описание организации работы
системы сотовой связи. Затем мы рассмотрим процедуры органи-
зации вызова (с аутентификацией), шифрования информации, пе-
редачи обслуживания, а также организацию услуги роуминга, и в
заключение параграфа упомянем о некоторых других аспектах ор-
ганизации работы системы.

Итак, абонент нажимает кнопку включения питания, и подвижная
станция начинает работать. Первым делом она должна определен-
ным образом настроиться на работу в составе системы. Такая на-
стройка составляет содержание этапа инициализации. Этот этап за-
нимает несколько секунд и выполняется автоматически, совершенно
без участия абонента. В процессе инициализации подвижная станция,
прежде всего, сканирует все каналы, в которых передается управ-
ляющая информация базовых станций, и выбирает ту базовую стан-
цию, сигнал от которой наиболее сильный. Распознав по вспомога-
тельным служебным кодам, какой именно базовой станции отдано
предпочтение, подвижная станция обменивается с ней стандартными
сообщениями - регистрируется, синхронизируется, регулирует уро-
вень сигнала, и остается включенной в режиме ожидания (standby
mode). Тем самым оказывается выбрана та сота, в которой подвиж-
ная станция будет работать. При этом вполне может случиться, что
геометрически подвижная станция ближе не к выбранной, а к некото-
рой другой базовой станции, но в силу сложившихся условий распро-
странения радиоволн сигнал от данной базовой станции оказался
сильнее. Это никак не противоречит правилам работы системы, не
допускает неопределенности в алгоритме выбора рабочей соты (пра-
вило настройки на наиболее сильный сигнал), и наглядно иллюстри-
рует всю степень условности разделения обслуживаемой территории
на какие-то «фиксированные соты». Может случиться и так, что в про-
цессе инициализации подвижная станция не «нащупает» ни одной
базовой, например, если абонент находится вне зоны действия сис-
темы. Это значит, что связь здесь невозможна. На дисплее термина-
ла отображается соответствующее сообщение (типа «Вне зоны» или
«Нет связи»), и дальше абонент может поступать по своему усмотре-
нию: или оставить аппарат включенным в надежде, что после некото-
рых перемещений (ближе к окну в комнате, или выше на этаж в зда-
нии, или в соседнем квартале города) связь появится, или выключить
его впредь до лучших времен. Если же связь установлена, то, нахо-
дясь в режиме ожидания, подвижная станция периодически обмени-
вается с базовой служебными сообщениями, отслеживая как измене-
ния в режиме работы системы, так и собственные перемещения вме-
сте с абонентом. По мере перемещения подвижная станция регист-
рируется в новых ячейках, а если она долго не подтверждает регист-
рации, то система помечает ее как выключенную. В связи с этим от-
метим важность корректного выключения подвижной станции, не на-
рушающего нормального режима работы системы, когда после нажа-
тия кнопки отключения питания подвижная станция успевает в тече-
ние долей секунды обменяться с базовой служебной информацией,
сообщить о выключении и снять регистрацию. В отличие от такой
штатной процедуры, при некорректном выключении, например, при
снятии батареи питания с включенного аппарата, протокол выключе-
ния игнорируется, и система вынуждена «догадываться» о выключе-
нии подвижной станции по прекращению ее регистрации.

Перейдем к организации вызова, или к процедуре установления
связи. Если, например, номер подвижного абонента набран абонен-
том стационарной (городской) телефонной сети, то через центр ком-
мутации вызов передается на базовую станцию той соты, в которой
зарегистрирована нужная подвижная станция, или на несколько базо-
вых станций в окрестности этой ячейки, а базовые станции передают
его по соответствующим каналам вызова (рис. 14.5, шаг 1). Подвиж-
ная станция, находящаяся в режиме ожидания, отвечает на вызов
через свою базовую станцию (шаг 2), и одновременно передает дан-
ные для проведения аутентификации, о которой мы расскажем чуть
позже. При положительном результате аутентификации назначается
канал связи (канал трафика), номер которого сообщается подвижной
станции (шаг 3). После этого подвижная станция, совместно с базо-
вой, настраивается на выделенный канал (шаг 4), причем настройка
производится как по частоте, так и по времени (синхронизация рабо-
ты подвижной и базовой станций).

Рис. 14.5. Упрощенная схема процедуры установления связи
(входящий вызов):

ПС - подвижная станция; БС - базовая станция; ЦК - центр комму-
тации; ТСОП - стационарная телефонная сеть общего пользования
По завершении настройки базовая станция выдает команду о по-
даче сигнала вызова (шаг 5). Услышав вызов (звонок), абонент нажи-
мает кнопку вызова «Send», или «Yes» (она же - кнопка приема вызо-
ва), и подвижная станция передает запрос на завершение соединения
(шаг 6). С завершением соединения начинается собственно сеанс
связи, т. е. абоненты получают возможность начать разговор.

По окончании разговора, когда один из абонентов кладет трубку
или нажимает кнопку отбоя «End», или «No», подвижная и базовая
станции обмениваются служебными сообщениями (запрос или ко-
манда на отключение с подтверждением), после чего передатчик под-
вижной станции выключается и станция переходит в режим ожидания.
При инициализации вызова со стороны мобильного абонента, или при
разговоре двух мобильных абонентов между собой, отличия в проце-
дуре установления связи невелики и почти очевидны.

Остановимся теперь на упоминавшейся нами процедуре аутенти-
фикации, а заодно и на процедуре шифрования сообщений, которая
в каком-то смысле располагается «по соседству» с аутентификацией.

Процедура аутентификации имеет целью подтверждение подлин-
ности абонента, т. е. она предназначена для обеспечения того, чтобы
связью пользовался именно тот, кто за нее платит. Аутентификация
является мощным средством защиты от своеобразного технического
мошенничества - фрода в сотовой связи. Слово аутентификация
(английское authentication) происходит от греческого authentikos -
подлинный, исходящий из первоисточника. В русском языке из родст-
венных слов чаще всего используется юридический термин аутентич-
ные тексты, например, тексты договора на нескольких языках, имею-
щие равную силу. Процедура шифрования сообщений защищает по-
следние от несанкционированного доступа к их содержанию, посколь-
ку, не имея ключа шифра, невозможно понять смысл сообщения, да-
же если удастся его перехватить или подслушать. Обе процедуры мы
поясним на примере их реализации в стандарте GSM.

В процедуре аутентификации активно участвуют и подвижная
станция, и центр коммутации, как это схематически представлено на
рис. 14.6. Для упрощения рисунка здесь не показана базовая станция,
которая в данной ситуации служит только промежуточным звеном для
передачи информации от центра коммутации к подвижной станции и
обратно. Используемые при аутентификации алгоритм АЗ и ключ Ki
индивидуальны для каждого абонента (абонентского терминала), но
существуют в двух экземплярах, один из которых находится в под-
вижной станции, а другой в центре коммутации. Исходным для проце-
дуры аутентификации является случайное число R длиной 128 бит от
датчика случайных чисел, расположенного в центре коммутации. Слу-
чайные числа от датчика периодически выдаются на все подвижные
станции, где последнее случайное число запоминается до прихода
Подвижная станция

Центр коммутации

Рис. 14.6. Схема процедуры аутентификации (стандарт GSM):

R - случайное число (128 бит); АЗ - алгоритм аутентификации; Ki -
ключ аутентификации (постоянное число длиной до 128 бит); S -
зашифрованный отклик алгоритма аутентификации (число длиной
32 бита)

следующего. В момент, когда должна производиться аутентификация,
алгоритм АЗ на основе ключа Ki (это тоже число, постоянное, но свое
для каждого абонента) и последнего из чисел R вычисляет число S -
зашифрованный отклик алгоритма аутентификации. Такие вычисле-
ния производятся одновременно в двух местах - в центре коммутации
и в подвижной станции, и их результаты сравниваются в блоке срав-
нения центра коммутации.

Если оба числа S одинаковы, аутентификация прошла успешно, и
процедура установления связи продолжается. При неудачном исходе
аутентификации, когда сравниваемые числа S различны, процедура
установления связи прерывается. Описанная процедура не проста, но
надежна: через «эфир» передаются только не повторяющиеся числа
R и S, и даже подслушав их, но, не зная алгоритма АЗ и ключа Ki, под-
делать результат аутентификации практически невозможно. К тому
же алгоритм аутентификации АЗ, описания которого нет в стандарте,
и который при желании может быть индивидуальным образом моди-
фицирован компанией-оператором, построен так, чтобы, зная Ki и R,
вычислить S было очень легко, но, зная R и S, вычислить Ki было
весьма сложно.

Для шифрования передаваемой по каналу связи информации ис-
пользуется поразрядное сложение по модулю 2 (логическая операция
ИЛИ) информационной битовой последовательности и специальной
псевдослучайной битовой последовательности, составляющей основу
шифра. Повторное применение операции ИЛИ с той же псевдослу-
чайной последовательностью к зашифрованной последовательности
восстанавливает исходную информационную битовую последова-
Ki

FN

Подвижная станция

Дешифрация

Базовая станция

FN

Ki

Шифрование

Рис. 14.7. Схема генерации псевдослучайных шифрующей
и дешифрующей последовательностей (стандарт GSM):

Ki - ключ шифрования (число длиной до 64 бит); FN (Frame Num-
ber) - номер кадра эфирного интерфейса (число длиной 22 бита);
А5 - алгоритм генерации последовательностей S1 и S2 (генерируют-
ся отрезки последовательностей длиной 114 бит)

тельность, т. е. осуществляет дешифрацию принятого зашифрован-
ного сообщения. При этом, естественно, нужна точная синхронизация
дешифрующей и информационной битовых последовательностей,
чтобы биты первой складывались не с какими попало, а именно с со-
ответствующими им битами второй последовательности.

Практически при назначении режима шифрования одновременно
используются две псевдослучайные последовательности: последова-
тельность S1 - в прямом канале для шифрования информации на
базовой станции и дешифрации на подвижной, и последовательность
S2 - в обратном канале для шифрования информации на подвижной
станции и дешифрации на базовой (рис. 14.7).

Псевдослучайные последовательности S1 и S2 генерируются ал-
горитмом А5 в функции номера кадра эфирного интерфейса FN
(Frame Number) и ключа шифрования Кс. Последний вычисляется при
помощи алгоритма А8 по аргументам Ki и R (рис. 14.8) аналогично
тому, как вычисляется зашифрованный отклик S в процедуре аутен-
тификации (рис. 14.6), и делается это одновременно с аутентифика-
цией, т. е. ключ шифрования Кс вычисляется заново при каждом се-
ансе связи. Схемы рис. 14.6 и 14.8 настолько тесно связаны между
собой, что являются по существу одной схемой, и изображены у нас
на разных рисунках только для облегчения понимания их работы. Ал-
горитм А8, как и АЗ, может модифицироваться компанией-
оператором. Секретный же алгоритм А5 является собственностью
международной ассоциации GSM Moll Association и распространяется
под ее жестким контролем.
Подвижная станция

Центр коммутации

Рис. 14.8. Схема вычисления ключа шифрования Ki (стандарт GSM):
R - случайное число (128 бит); А8 - алгоритм вычисления ключа
шифрования; Ki - ключ аутентификации (постоянное число длиной
до 128 бит)

Рассмотрим процедуру передачи обслуживания. Прежде всего,
отметим, что передача обслуживания (американский термин handoff,
англо-европейский handover) производится только в том случае, когда
подвижная станция перемещается из одной ячейки в другую во время
сеанса связи, и связь (телефонный разговор) при этом не прерывает-
ся. Если такое перемещение имеет место в режиме ожидания, то
подвижная станция просто перерегистрируется в новой ячейке, не
выходя из режима ожидания. Второе условие: необходимость в пере-
даче обслуживания возникает, когда качество связи, оцениваемое,
например, по уровню принимаемого сигнала, падает ниже допустимо-
го предела. И третье: одновременно должна быть «слышна» еще хотя
бы одна базовая станция с более высоким (не менее чем на заданную
величину) качеством связи. Последнее условие исключает бессмыс-
ленную передачу обслуживания «в никуда» при выходе подвижной
станции за пределы зоны действия системы, а также нерациональную
многократную передачу обслуживания туда и обратно при движении
подвижной станции примерно вдоль границы двух ячеек. Из сказанно-
го ясно также, что инициатором передачи обслуживания является
подвижная станция, которая в ходе сеанса связи одновременно изме-
ряет уровни сигналов от нескольких базовых станций.

Упрощенная схема процедуры передачи обслуживания представ-
лена на рис. 14.9.

Подвижная станция через свою (старую) базовую станцию переда-
ет на центр коммутации информацию об уровне сигналов, принимае-
мых ею от нескольких одновременно «прослушиваемых» базовых
станций (шаг 1). Центр коммутации на основе этой информации при-
нимает решение о передаче обслуживания, выбирает новую ячейку и
Рис. 14.9. Упрощенная схема процедуры передачи обслуживания:

1 ПС - подвижная станция; БС - базовая станция; ЦК - центр коммутации

передает ее базовой станции команду на выделение канала трафика
(шаг 2), а новая базовая станция, назначив канал, сообщает его но-
мер на центр коммутации (шаг 3). Последний, в свою очередь, через
старую базовую станцию передает на подвижную станцию номер вы-
бранной новой базовой станции и номер выделенного канала (шаг 4).
После этого подвижная станция, совместно с новой базовой, на-
страивается на выделенный канал (шаг 5), и через новую базовую
станцию передает на центр коммутации сообщение о готовности к
завершению передачи обслуживания (шаг 6). Наконец, центр комму-
тации передает на старую базовую станцию команду на освобожде-
ние использовавшегося канала трафика (шаг 7), и связь продолжает-
ся через базовую станцию новой ячейки. Вся процедура передачи об-
служивания выполняется автоматически, без участия абонента, кото-
рый ведет разговор, не подозревая о происходящей смене рабочей
ячейки.

Теперь об организации роуминга. Слово роуминг (английское
roaming, от roam - бродить, странствовать) означает использование
услуг сотовой связи на территории другой (не «своей», не «домаш-
ней») сети, а абонента, пользующегося услугами роуминга называют
ромером (roamer). Для осуществления роуминга обе сети («домаш-
няя» и «гостевая») должны быть технически совместимы, например,
в простейшем случае - использовать один и тот же стандарт сотовой
связи, а между операторами обеих сетей должно быть заключено ро-
уминговое соглашение, определяющее порядок технического и фи-
нансового взаимодействия между ними. При выполнении указанных
условий и использовании системы автоматического роуминга, которая
является теперь уже наиболее распространенной, абонент практиче-
ски не чувствует разницы между использованием сотовой связи «до-
ма» и в роуминге (за исключением, естественно, размера оплаты), а
технически поддержка роуминга организуется следующим образом.
Абонент-ромер инициирует вызов обычным образом, и если этот вы-
зов в роуминге - первый, то центр коммутации «гостевой» сети, не
найдя сведений об абоненте в своей базе данных, воспринимает его
как ромера, и запрашивает информацию о нем в «домашней» систе-
ме последнего. Полученные сведения заносятся в базу данных цен-
тра коммутации «гостевой» системы с признаком «ромер», а в «до-
машней» системе помечается местонахождение ромера. После этого
связь ромера организуется обычным образом. В частности, при вто-
ром и последующих исходящих вызовах центр коммутации «госте-
вой» системы сразу находит ромера в своей базе данных, а при по-
ступлении на номер телефона ромера входящего вызова «домаш-
няя» система переадресует вызов в ту систему, где ромер находится.
Задержки в соединении при этом настолько невелики, что в большин-
стве случаев абонент просто не обращает на них внимания. По воз-
вращении ромера «домой» информация о роуминге в базах обеих
систем - и «домашней», и «гостевой» - стирается, за исключением
той, которая связана с оплатой оказанных в роуминге услуг. В некото-
рых системах еще сохраняется административный (ручной) роуминг,
при котором внесение информации о ромере в базы данных центров
коммутации производится вручную операторами; разумеется, это
значительно менее удобно как для абонентов, так и для компаний-
операторов.

Принцип повторного использования частот. Рассмотрим прин-
цип повторного использования частот - основной принцип системы
сотовой связи, отличающий ее от других систем мобильной связи, в
частности, транкинговых, и позволяющий многократно повышать ем-
кость системы, оставаясь в пределах выделенной рабочей полосы
частот. Именно последнее обстоятельство - необходимость построе-
ния системы массовой мобильной связи, обладающей высокой емко-
стью, при ограниченности частотного ресурса - и привело в свое вре-
мя к появлению сотовой связи, основанной на идее повторного ис-
пользования частот. Однако сначала нам придется несколько остано-
виться на используемых в сотовой связи частотных диапазонах и по-
нятиях рабочей полосы частот и частотного канала.

Сведения о частотных диапазонах, используемых в основных
стандартах сотовой связи, представлены в табл. 14.1. Обратим вни-
мание на многозначность термина «канал»: под прямым каналом по-
нимается канал передачи информации от базовых станций к подвиж-
ным, а под обратным каналом - от подвижных к базовым. Мы видим,
что в прямых и обратных каналах используются различные значения
частот. Это соответствует дуплексному разносу по частоте и является
общепринятым в системах сотовой связи. Величина дуплексного раз-
носа в разных стандартах может быть различной.
Таблица 14.1. Диапазоны частот и длин волн, используемые в основных стандартах сотовой связи

Стандарт	Частота, МГц		Величина частотного диапазона AF, МГц	Дуплексный разнос по частоте, МГц	Полоса частотного канала Л/, кГц	Число частотных каналов N
	Прямой канал	Обратный канал				
NMT-450	463...467,5	453...457,5	4,5	10	25/20	180/225
NMT-900	935...960	890...915	25	45	25/12,5	999/1999
TACS/ETACS	935...950	890...905	15	45	25	600
AMPS/DAMPS (800)	869...894	824... 849	25	45	30	832
DAMPS (1900)	1930... 1990	1850...1910	60	80	30	2000
CDMA (800)	869...894	824...849	25	45	1250	20
CDMA (1900)	1930... 1990	1850...1910	60	80	1250	48
GSM-900	935...960	890...915	25	45	200	124
GSM-1800	1805...1880	1710...1785	75	95	200	374
GSM-1900	1930... 1990	1850...1910	60	80	200	300
PDC	810...826 1477...1513	940...956 1429...1465	16  36	130 48	25  25	640 1440

484	Глава 14. Средства связи с подвижными объектами
В пределах частотного диапазона, выделенного для того или иного
стандарта, размещается определенное число N частотных каналов.
Под частотным каналом понимается полоса частот, отводимая для
передачи информации одного канала связи. Полное число частотных
каналов определяется очевидным соотношением

N = —,
Af

где AF- частотный диапазон, Af- полоса частотного канала. Каждый
частотный канал имеет свой номер и жестко привязан к соответст-
вующей частоте диапазона.

Частотные диапазоны, указанные в табл. 14.1 - это полные час-
тотные диапазоны, выделенные под соответствующие стандарты.
Иначе говоря, все базовые и подвижные станции данного стандарта
должны иметь возможность работать в пределах полного частотного
диапазона, т. е. должны уметь настраиваться на частоту любого из N
возможных каналов.

Но отсюда отнюдь не следует, что любая компания-оператор име-
ет возможность работать в пределах полного диапазона AF. Как раз,
наоборот: в большинстве случаев оператор получает разрешение на
использование рабочей полосы, составляющей только часть полного
частотного диапазона, и рабочие полосы разных операторов не пере-
крываются. Естественно, что рабочая полоса частот одного операто-
ра должна включать согласованные (т. е. соответствующие одно-
именным частотным каналам) участки спектра прямого и обратного
каналов. Например, если оператор стандарта GSM-900 получает ра-
бочую полосу 5 МГц из общего диапазона 25 МГц, то это могут быть,
скажем, участки спектра 940...945 МГц (прямые каналы) и 895...900
МГц (обратные каналы).

Обратимся теперь к принципу повторного использования частот как
таковому. Его идея заключается в том, что в близких одна относительно
другой ячейках системы используются разные участки рабочей полосы
частот, а через несколько ячеек эти участки повторяются. Примеры мно-
гоячеечных кластеров приведены на рис. 14.10, где одинаковыми циф-
рами помечены ячейки, в которых используются одни и те же участки
рабочей полосы частот. И здесь мы опять-таки вынуждены повторить,
что это лишь красивая схема, наглядно поясняющая идею, но не отра-
жающая всей сложности встречающихся на практике ситуаций, с разно-
калиберными ячейками неправильной формы, частично перекрываю-
щимися и не вписывающимися ни в какие геометрически правильные
кластеры. Однако, основная идея - повторное использование одних и
тех же частот, только не в смежных, а в пространственно разнесенных
ячейках - остается справедливой и работает очень эффективно.
Рис. 14.10. Схемы многоячеечных кластеров систем сотовой связи:
а - 3 ячейки; 6-4 ячейки; в - 7 ячеек

Огромное достоинство принципа повторного использования час-
тот, которое выливается в отличительное качество сотовых сетей, -
это возможность повышения емкости системы без расширения рабо-
чей полосы частот. Поясним приведенный тезис подробнее. Дело в
том, что рабочая полоса частот на практике всегда является фикси-
рованной: она определяется лицензией или разрешением директив-
ного государственного органа. Размер кластера, хотя он и выбирается
в какой-то степени произвольно, не может быть слишком малым, что-
бы не превышался допустимый уровень помех от ячеек, в которых
используются те же рабочие частоты. Поэтому на долю каждой ячей-
ки приходится лишь некоторая часть рабочей полосы частот, т. е.
лишь определенное число частотных каналов, которыми, в свою оче-
редь, может быть обслужено лишь определенное число абонентов.
Именно в этом и состоит природа ограничения емкости системы сото-
вой связи.

Если емкость системы в какой-то ее части оказывается недоста-
точной, т. е. в некоторых ячейках нужно обслуживать больше абонен-
тов, чем это реально возможно, конструктивный выход заключается
в уменьшении размеров ячеек на рассматриваемой части территории
системы: «перенасыщенные» ячейки дробятся на более мелкие, в
каждой из которых ставится своя базовая станция, и в системе об-
новленной конфигурации заново распределяются частоты, с повтор-
ным их использованием примерно через столько же ячеек, как и ра-
нее. Каждая из мелких ячеек получает возможность обслуживать
примерно столько же абонентов, как и исходная крупная, в результате
чего общая емкость системы возрастает. Таким образом, увеличение
емкости системы достигается ценой дополнительных затрат (покупка
и установка новых базовых станций, составление нового частотного
плана), но в пределах прежнего частотного ресурса, что и является
принципиально важным и главным.
Основные функциональные узлы систем сотовой связи.
Структурная схема базовой станции приведена на рис. 14.11. Базовая
станция всегда имеет раздельные антенны на передачу и на прием,
причем приемная антенна всегда ставится выше передающей. Чаще
всего антенный комплекс состоит из трех приемных и трех передаю-
щих антенн, которые работают на разных частотах в пределах своего
120-градусного сектора.

Одноименные приемники и передатчики имеют общие перестраи-
ваемые опорные генераторы (не показанные на рис. 14.11), обеспечи-
вающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала
на другой; конкретное число N приемопередатчиков зависит от конст-
рукции и комплектации базовой станции. Для обеспечения одновре-
менной работы п приемников на одну приемную и N передатчиков на
одну передающие антенны между приемной антенной и приемниками
устанавливается делитель мощности, а между передатчиками и пере-
дающей антенной - сумматор мощности.

Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку информа-
ции, передаваемой по линии связи к центру коммутации, и распаковку
принимаемой от него информации. В качестве линии связи базовой
станции с центром коммутации обычно используются радиорелейные
или волоконно-оптические линии, если базовая станция и центр ком-
мутации не располагаются территориально в одном месте.

Контроллер базовой станции, представляющий собой достаточно
мощный и совершенный компьютер, обеспечивает управление рабо-
той станции, а также контроль работоспособности всех входящих в
нее блоков и узлов.

Приемная антенна	Передающая антенна

К центру коммутации
Блок	Приемо-передающий блок	Антенный

управления	блок

Рис. 14.12. Структурная схема подвижной станции

Для обеспечения достаточной степени надежности многие блоки и
узлы базовой станции резервируются (дублируются).

Структурная схема подвижной станции приведена на рис. 14.12,
где приняты следующие обозначения: Т - телефон; Д - дисплей; К -
клавиатура; М - микрофон; ЦАП - цифро-аналоговый преобразова-
тель; ДР - декодер речи; ДК - декодер канала; Э - эквалайзер;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь; КР - кодер речи; КК -
кодер канала.

Подвижная станция включает в себя следующие блоки: блок
управления, приемопередающий блок и антенный блок. Приемопере-
дающий блок в свою очередь включает передатчик, приемник, синте-
затор частот и логический блок.

Наиболее прост по составу антенный блок: он включает собствен-
но антенну - в простейшем случае четвертьволновый штырь - и ком-
мутатор прием-передача. Последний для цифровой станции может
представлять собой электронный коммутатор, подключающий антен-
ну либо на выход передатчика, либо на вход приемника, поскольку
подвижная станция цифровой системы никогда не работает на прием
и передачу одновременно.

Функционально несложен и блок управления. Он включает микро-
телефонную трубку - микрофон и телефон, клавиатуру и дисплей.

Приемопередающий блок значительно сложнее и включает в себя
передатчик, приемник, синтезатор и логический блок.

В состав передатчика входят:
-	аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий анало-
говый речевой сигнал, поступающий с выхода микрофона, в циф-
ровую форму; вся последующая обработка и передача сигнала ре-
чи производится в цифровой форме, вплоть до обратного цифро-
аналогового преобразования в приемнике;

-	кодер речи (КР) осуществляет кодирование сигнала речи - преоб-
разование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным
законам с целью сокращения его избыточности и объема инфор-
мации, передаваемой по радиоканалу;

-	кодер канала (КК) - добавляет в цифровой сигнал, получаемый с
выхода кодера речи, дополнительную информацию, предназна-
ченную для защиты от ошибок при передаче сигнала по радиоли-
нии; с той же целью информация подвергается определенной пе-
реупаковке (перемежению): кроме того, кодер канала вводит в со-
став передаваемого сигнала информацию управления, поступаю-
щую от логического блока;

-	модулятор - осуществляет перенос цифрового сигнала, представ-
ляющего случайную последовательность импульсов постоянного
тока (видеоимпульсов), с помощью несущей частоты в диапазон
частот мобильной радиосвязи.

Приемник по составу в основном соответствует передатчику, но с
обратными функциями входящих в него блоков:

-	демодулятор - выделяет из модулированного радиосигнала циф-
ровой кодированный видеосигнал (случайную последовательность
импульсов постоянного тока);

-	декодер канала (ДК) - выделяет из входного потока управляющую
информацию и направляет ее в логический блок; принятая инфор-
мация проверяется на наличие ошибок и выявленные ошибки по
возможности исправляются; для последующих преобразований
принятая информация подвергается обратной переупаковке;

-	декодер речи (ДР) - восстанавливает поступающий на него с коде-
ра канала сигнал речи, переводя его в естественную форму со
свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде;

-	цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) - преобразует приня-
тый от декодера речи сигнал в аналоговую форму и подает его на
вход динамика (телефона);

-	эквалайзер (Э) - служит для частичной компенсации искажений
сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу,
он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей
последовательности символов, входящей в состав передаваемой
информации; блок ЭКЛ не является, вообще говоря, функциональ-
но необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать.

Напомним, что для сочетания кодера и декодера употребляют на-
звания кодек (например, канальный кодек, речевой кодек).
Помимо вышеназванных блоков, в состав приемопередатчика вхо-
дят логический блок и синтезатор частот. Логический блок - это, по
сути, микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памятью,
осуществляющий управление работой подвижной станции. Синтеза-
тор является источником колебаний несущей частоты, используемой
для передачи сигналов по радиоканалу. Наличие гетеродина и пре-
образователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приема
используются различные участки спектра (так называемое дуплекс-
ное разделение по частоте).

Отметим, что схема (рис. 14.12) является существенно упрощен-
ной. На ней не показаны усилители, селективные цепи, генераторы
сигналов синхро-частот и цепи разводки, схемы контроля мощности
н& передачу и прием и управления ею, схема управления частотой
генератора для работы на определенном частотном канале и т. п.

Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в не-
которых системах возможно использование режима шифрования. В этих
случаях передатчик и приемник подвижной станции включают соответ-
ственно блоки шифрования и дешифровки сообщений. В подвижной
станции, например, системы GSM предусмотрен специальный съемный
модуль идентификации абонента (Subscriber Identity Mobile - SIM).

Подвижная станция системы GSM включает в себя детектор рече-
вой активности, который в интересах экономного расходования энергии
источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также
снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций
при работающем передатчике, включает работу передатчика на излу-
чение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На
время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно
вводится так называемый комфортный шум. В необходимых случаях в
подвижную станцию могут входить отдельные терминальные устройст-
ва, например факсимильный аппарат, включаемый через специальные
адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.

Если представить структурную схему аналоговой подвижной стан-
ции, то она будет проще рассмотренной цифровой за счет отсутствия
блоков АЦП/ЦАП и кодека, но сложнее за счет более громоздкого ду-
плексного антенного переключателя, поскольку аналоговой станции
приходится одновременно работать на передачу и прием.

Центр коммутации. Центр коммутации (ЦК) является мозгом и
одновременно диспетчерским пунктом системы сотовой связи, на ко-
торый замыкаются потоки информации со всех базовых станций и
через который осуществляется выход на другие сети - стационарную
телефонную сеть, сети междугородной связи, спутниковой связи, дру-
гие сотовые сети. В состав центра коммутации входит несколько про-
цессоров (контроллеров) и он является типичным примером много-
процессорной системы.
К другим сетям связи

К базовым станциям

Рис. 14.13. Структурная схема центра коммутации

Структурная схема ЦК представлена на рис. 14.13. Собственно
коммутатор осуществляет переключение потоков информации между
соответствующими линиями связи. Он может, в частности, направить
поток информации от одной базовой станции к другой или от базовой
станции к стационарной сети связи, или, наоборот, от стационарной
сети связи к нужной базовой станции.

Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие
контроллеры связи, осуществляющие промежуточную обработку (упа-
ковку/распаковку, буферное хранение) потока информации. Общее
управление работой ЦК и системы в целом производится от цен-
трального контроллера, который имеет мощное математическое
обеспечение, включающее перепрограммируемую часть. Работа ЦК
предполагает активное участие операторов, поэтому в состав ЦК вхо-
дят соответствующие терминалы, а также средства отображения и
регистрации (документирования) информации. В частности, операто-
ром вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, ис-
ходные данные по режимам работы системы, в необходимых случаях
оператор выдает требующиеся по ходу работы команды.

Важными элементами системы являются базы данных - домашний
регистр, гостевой регистр, центр аутентификации, регистр аппарату-
ры (последний имеется не во всех системах). Домашний регистр со-
держит сведения о всех абонентах, зарегистрированных в данной
системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны (при заклю-
чении договора на обслуживание для разных абонентов может быть
предусмотрено, вообще говоря, оказание различных наборов услуг).
Здесь же фиксируется местоположение абонента для организации
его вызова и регистрируются фактически оказанные услуги. Гостевой
регистр содержит примерно такие же сведения об абонентах-гостях
(ромерах), т. е. об абонентах, зарегистрированных в другой системе,
но пользующихся в настоящее время услугами сотовой связи в дан-
ной системе. Центр аутентификации обеспечивает процедуры ау-
тентификации абонентов, т. е. подтверждения подлинности (действи-
тельности, законности, наличия прав на пользование услугами сото-
вой связи) абонента системы подвижной связи и шифрования сооб-
щений. Регистр аппаратуры, если он существует, содержит сведе-
ния об эксплуатируемых подвижных станциях на предмет их исправ-
ности и санкционированного использования. В частности, в нем могут
отмечаться украденные абонентские аппараты, а также аппараты,
имеющие технические дефекты, например, являющиеся источниками
помех недопустимо высокого уровня.

Как и в базовой станции, в ЦК предусматривается резервирование
основных элементов аппаратуры, включая источник питания, процес-
соры и базы данных.

Методы множественного доступа. Под малопонятным названи-
ем множественный доступ (multiple access) скрывается технически
необходимое и по-житейски почти очевидное дело: рациональная ор-
ганизация одновременной работы нескольких пользователей в огра-
ниченном участке спектра. В сотовой связи используются три метода
множественного доступа:

-	множественный доступ с частотным разделением каналов связи
(frequency division multiple access - FDMA);

-	множественный доступ с временным разделением каналов связи
(time division multiple access - TDMA);

-	множественный доступ с кодовым разделением каналов связи
(code division multiple access - CDMA).

Рассмотрим каждый из них несколько подробнее.

Метод множественного доступа с частотным разделением каналов
(FDMA) наиболее прост как по идее, так и по реализации (рис. 14.14).

f.
частота

	Польз. N-2	Польз. N-1	Польз. N	Польз. N-2
	...	...	...	...
	Польз. 7	Польз. 8	Польз. 9	Польз. 7
	Польз. 4	Польз. 5	Польз, б	Польз. 4
△fj	Польз. 1	Польз. 2	Польз. 3	Польз. 1
f, частота

bf_	Польз. N-2	Польз. N-1	Польз. N	Польз. N-2
		...		
bf	Польз. 7	Польз. 8	Польз. 9	Польз. 7
bf	Польз. 4	Польз. 5	Польз. 6	Польз. 4
Д/I	Польз. 1	Польз. 2	Польз. 3	Польз. 1

Рис. 14.15. Метод TDMA в координатах «время-частота»

t, время

В этом методе каждому пользователю на время сеанса связи выде-
ляется свой частотный канал с полосой М, которым он владеет без-
раздельно. По окончании сеанса связи канал освобождается и может
быть предоставлен другому пользователю, когда в этом возникнет
необходимость. Именно использование метода FDMA молчаливо
имелось в виду в предыдущем параграфе, когда шла речь об ограни-
ченной емкости системы сотовой связи.

Метод множественного доступа с временным разделением кана-
лов (TDMA) почти так же прост по идее, но значительно сложнее в
реализации (рис. 14.15). В этом методе каждый частотный канал раз-
деляется во времени между несколькими пользователями, со сжати-
ем информации каждого пользователя во времени в соответствую-
щее число раз, что представляет собой достаточно сложную техниче-
скую задачу. Это соответствует реализации нескольких физических
каналов в одном частотном - здесь мы встречаемся еще с одним зна-
чением термина канал. Тем не менее, все сказанное в предыдущем
параграфе относительно повторного использования частот и много-
ячеечных кластеров остается в силе.

Наконец, метод множественного доступа с кодовым разделением
каналов (CDMA) - наиболее сложный, но во многих отношениях и
наиболее совершенный из методов множественного доступа (рис. 14.16).

fi
частота



Пользователи 1,2,3,..., /V
Здесь одновременно несколько пользователей (до 30...40) использу-
ют общую сравнительно широкую (порядка 1 МГц или шире) полосу
частот, что достигается применением специальных методов кодиро-
вания информации.

Принцип повторного использования частот в методе CDMA прини-
мает тривиально простую форму: во всех ячейках, включая смежные,
используются одни и те же полосы частот, так что задача составле-
ния частотного плана, как таковая, даже не возникает. К сожалению,
технически метод CDMA действительно довольно сложен, и пояснить
его принципы хотя бы в какой-то степени более подробно в данном
контексте не представляется возможным. Но мы попробуем, хотя бы
в некоторой мере, ответить на вопрос: что лучше? Какой из методов
множественного доступа более выгоден и более перспективен?

Принцип повторного использования частот в методе CDMA прини-
мает тривиально простую форму: во всех ячейках, включая смежные,
используются одни и те же полосы частот, так что задача составле-
ния частотного плана, как таковая, даже не возникает. К сожалению,
технически метод CDMA действительно довольно сложен, и пояснить
его принципы хотя бы в какой-то степени более подробно в данном
контексте не представляется возможным. Но мы попробуем, хотя бы
в некоторой мере, ответить на вопрос: что лучше? Какой из методов
множественного доступа более выгоден и более перспективен?

К основным достоинствам метода CDMA можно отнести следующее.

- В технологии CDMA возможно обеспечение высокого качества
речи при одновременном снижении излучаемой мощности и уровне
шумов. Результатом является постоянное высокое качество передачи
речи и данных с минимальной средней выходной мощностью.

- В сотни раз меньшее значение выходной мощности в отличие от
других, используемых в настоящее время стандартов - отличитель-
ное качество технологии CDMA при рассмотрении двух немаловаж-
ных факторов: воздействия на организм человека; продолжительно-
сти работы без подзарядки аккумулятора.

- Емкость CDMA от десяти до двадцати раз выше, чем у аналого-
вых систем, и в три-шесть раз превышает емкость других цифровых
систем. Сети, построенные на ее основе, эффективно используют
радиочастотный ресурс, благодаря возможности многократного ис-
пользования одних тех же частот в сети.

- По характеристикам качества передачи речи параметры CDMA
сопоставимы с качеством проводных каналов. Поскольку по каналам
CDMA передается не только голос, но и любая другая информация,
особую ценность имеет отсутствие помех. Если рядовой пользова-
тель, по большому счету, безразличен к тому, звучит его голос при
телефонном разговоре с безупречной чистотой или с небольшими
помехами, то ошибки, допущенные при передаче файлов, могут на-
рушить целостность, например, корпоративной базы данных. Приме-
няемый «код» служит не только для идентификации разговора того
или иного пользователя, но и является одновременно своеобразным
фильтром, устраняющим искажения и фоновые помехи. Встроенный
алгоритм кодирования обеспечивает высокую степень конфиденци-
альности, обеспечивая защиту от несанкционированного доступа и
прослушивания.

- Система CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче го-
лосового сообщения, чем другие системы подвижной связи. При ис-
пользовании CDMA не приходится применять изощренные средства
для подавления эхо-сигнала. Совершенный метод коррекции ошибок
позволяет эффективно бороться с многолучевым распространением
сигнала. Это свойство дает дополнительные преимущества CDMA
в условиях городов с высотными застройками. Абонент не хочет оста-
ваться без связи при пересылке факса, когда телефон длительное
время занят. CDMA предоставляет дополнительный сервис, обеспе-
чивающий одновременную передачу голоса и факса по одному кана-
лу. В технологии CDMA реализованы оригинальные алгоритмы упа-
ковки данных для большей скорости их передачи.

Заметим, что аббревиатура CDMA используется для обозначения,
как метода множественного доступа, так и основанных на нем стан-
дартов (систем) сотовой связи, что в некоторых случаях может вызы-
вать недоумение или даже приводить к путанице в указанных поняти-
ях. Тем не менее, сложившаяся практика такова, и с ней приходится
считаться. Иногда, особенно в Америке, и сокращение TDMA исполь-
зуется как синоним стандарта DAMPS, чем подчеркивается его отли-
чие от значительно более распространенного аналогового AMPS.

Дополнительные сервисные функции и технологии сотовых
сетей. Технология WAP. В середине 1997 г. компании Motorola,
Nokia, Ericsson и Phone.com объединили свои усилия для разработки
и внедрения технологий доступа WAP, пытаясь создать средства дос-
тавки информации из Интернета на мобильные устройства. Что уди-
вительно, это им удалось!

WAP (Wireless Application Protocol) - протокол беспроводных при-
ложений - является одной из наиболее обсуждаемых технологий в
мире мобильной связи поскольку эта технология является первым
практическим шагом на пути объединения сотовой связи и глобаль-
ных компьютерных сетей, первой попыткой создать открытый стан-
дарт для беспроводной передачи данных вне зависимости от постав-
щика как телефона, так и услуг и способа связи.

WAP предназначен для беспроводного (через сотовый телефон)
доступа, как правило, к специальным WAP-сайтам в Интернете. Про-
ще говоря, WAP - это стандартизованный способ связи мобильного
радиотелефона и сервера. Все компании, трудящиеся в сфере ин-
формационных технологий, в обязательном порядке создали WAP-
отделы в силу следующих веских причин:

-	WAP обеспечивает связь Интернета и мобильных сетей, двух са-
мых быстрорастущих отраслей связи во всем мире;

-	основателями WAP являются крупнейшие поставщики мобильных
устройств (такие, как Nokia, Ericsson и Motorola);

-	в WAP-форум входят более 120 компаний-участников; все предше-
ствующие попытки создания мобильных информационных систем
не увенчались успехом, у технологии WAP есть реальная возмож-
ность исправить эту ситуацию.

В отличие от иных способов доступа, когда сотовый телефон яв-
ляется лишь посредником между компьютером того или иного поко-
ления, данный стандарт разрабатывался прежде всего для доступа с
самого мобильного телефона посредством встроенного (в программ-
ное обеспечение телефона или SIM-карту) броузера.

Особенность стандарта WAP в его открытости и в том, что он учиты-
вает (в отличие от традиционных протоколов типа HTTP) особенности
устройства сотовых телефонов, а также беспроводного доступа, т. е.:
- малый объем памяти устройства;

-	малый размер экрана дисплея телефона, а также ограниченность
его клавиатуры;

-	низкую скорость процессора;

-	низкую пропускную способность канала связи;

-	возможные большие паузы.

По большому счету, работа сотового WAP-телефона в Интернете
принципиально ничем не отличается от работы простого браузера с
простым сервером, лишь дополнительно к стандартной связи по
TCP/IP-протоколу добавляется щлюз WAP-Gateway, задачей которого
является перевод запросов WAP-телефона в стандартную НТТР-
форму.

К сожалению, технология WAP имеет и ряд недостатков:

-	очень непросто настроить WAP-телефон: необходимо сконфигури-
ровать около 20 параметров для того, чтобы были доступны все
WAP-услуги;

-	пока этот протокол поддерживает очень небольшое количество
мобильных аппаратов;

-	WAP не оптимизирован для работы с предыдущими надстройками
GSM (такими, как, например, SMS);

-	сам стандарт еще не полностью завершен;

-	на данный момент существует очень небольшое количество WAP-
ресурсов, в особенности на русском языке;

-	пока использование WAP очень дорого: без специального измене-
ния тарифов для использования WAP размер оплаты за эту услугу
может очень неприятно удивлять пользователей;
- скорость передачи информации явно недостаточна.

Для того чтобы воспользоваться WAP, необходимо заказать у опе-
ратора услугу передачи данных и соответствующим образом настро-
ить телефон. При этом вы платите за время занятия линии, а соеди-
нение происходит на скорости не больше 9,6 кбит/с, что ограничивает
возможности мобильного Интернета. WAP проинформирует вас о
расписании самолетов и поездов, пробках на дорогах, курсах валют,
погоде, сообщит последние новости бизнеса, политики, культуры,
спорта и даже программу телепередач центральных и спутниковых
каналов. Такие сведения есть на серверах операторов сотовой связи
и на серверах крупных Internet-порталов.

Интернет-информация на экране дисплея мобильного телефона
чем-то напоминает телетекст на экране миниатюрного телевизора,
однако возможность вводить информацию (заполнять простые тек-
стовые формы) заметно расширяет сферу его применения.

Размер экрана мобильного телефона значительно меньше экра-
на монитора, поэтому обычная HTML-страница, как это ни печально,
не помещается на нем. Для .того чтобы прочесть текст (графику
WAP-телефон не отображает), придется прокручивать страницу, на-
пример, на 15 экранов влево, что очень неудобно. Существуют,
правда в небольшом количестве, специальные страницы для поль-
зователей WAP-терминалов, написанные на языке WML (WAP
Markup Language). Этот специальный язык разметки страниц для
беспроводных устройств представляет собой специализированный
тип документа XML.

К сожалению, язык WML полностью не решает проблему. Страни-
ца документа для четырехстрочного экрана, например, должна быть
написана иначе, чем для трехстрочного, поэтому разработчикам
WAP-страниц приходится оптимизировать их под различные типы со-
товых телефонов.

Почти все разработчики WML сталкиваются с одной и той же про-
блемой: довольно серьезные различия браузеров WAP, встроенных в
различные модели мобильных телефонов. Некоторые из этих разли-
чий могут даже создать ситуацию, когда выбранная страница не ото-
бражается какой-то конкретной моделью телефона, хотя другие мо-
дели позволяют это сделать.

Не решена окончательно и проблема универсальной русификации.
На многих русских сайтах зачастую используется транслитерацион-
ное отображение текста (русские слова - латинскими буквами).

Наиболее полезны и удобны услуги WAP, связанные с доступом к
электронной почте. Благодаря им, можно в любой момент просмот-
реть свежую корреспонденцию на дисплее сотового телефона. В по-
следнее время такая услуга появилась у крупнейших бесплатных поч-
товых серверов. Наряду с электронной почтой предлагается вирту-
альный ежедневник, в котором вы можете спланировать свой день, а
затем получить соответствующие напоминания.

Так кому же WAP все-таки нужен? Ответ прост: тем, кому необхо-
дима краткая, но исчерпывающая текстовая информация - котировки
ценных бумаг, банковские услуги и так далее. Среди интересных на-
ходок использования WAP можно отметить парижскую компанию,
создавшую www.webraska.com, сайт, отслеживающий информацию о
состоянии парижских улиц: черным цветом обозначаются пробки, се-
рым - зоны замедленного движения, белым - свободные участки.

Что же дальше? Скорее всего, технологии WAP не удастся совер-
шить масштабный прорыв: слишком мало WAP-телефонов, слишком
мало WAP-ресурсов, слишком мало удобств при пользовании WAP-
Inlernet и, наконец, слишком мало пользователей, реально нуждаю-
щихся в WAP-услугах.

Один из основных недостатков WAP - низкая скорость передачи
информации (9,6 кбит/с) - может быть устранен при передаче муль-
тимедийной информации при помощи стандарта GPRS.

Технология GPRS. Для достижения высокой скорости передачи
данных и принципиального изменения системы оплаты была разра-
ботана технология GPRS (General Packet Radio Service - услуга па-
кетной передачи данных по радиоканалу).

Принцип ее работы заключен в названии. Весь объем информа-
ции, передаваемый абонентом, разбивается на несколько небольших
частей (пакетов), каждый из которых «становится в очередь на пере-
дачу». При освобождении каналов базовой станции мобильный теле-
фон начинает осуществлять передачу этих пакетов. Исходя из того,
что мобильная станция может одновременно «видеть» и, соответст-
венно, обслуживаться несколькими базовыми станциями, путь любого
из пакетов данных (например: телефон - базовая станция - контрол-
лер - коммутатор - точка выхода в Интернет - Интернет) может быть
различным. Каждый пакет имеет поле, где записан конечный пункт
передачи, поэтому на выходе вся информация снова собирается во-
едино. В результате этой операции, увеличивается скорость за счет
одновременной передачи нескольких пакетов по разным маршрутам.
Технология GPRS позволяет увеличить скорость передачи до
115,2 кбит/с и более.

Благодаря тому, что «пакеты» данных передаются одновременно
по многим каналам (именно в одновременном использовании не-
скольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между
передачей речи, введение GPRS будет способствовать более рацио-
нальному распределению радиочастотного ресурса. При этом голосо-
вой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, так что
скорость передачи информации определяется не только возможно-
стями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети.
Система поддерживает все самые распространенные протоколы пе-
редачи данных в сети, в частности Интернет-протокол IP, что позволяет
абонентам сети подключаться к любому источнику информации в мире.

В настоящий момент данная технология активно развивается.
Операторы сотовой связи указывают, что деньги при передаче дан-
ных будут браться за объем переданных данных, а не за время поль-
зования сетью. Такой метод тарификации позволит резко увеличить
привлекательность WAP и иных услуг подобного рода. Система GPRS
реализуется путем простого добавления новых узлов пакетной обра-
ботки данных и модернизации существующих, для обеспечения мар-
шрутизации пакетов данных от мобильного терминала до шлюзового
узла. Шлюзовой узел обеспечит обмен с внешней сетью пакетной пе-
редачи данных для реализации доступа к сетям Интернет/Интранет и,
например, к базам данных.

Кроме того, GPRS позволит реализовать услугу многоточечной пе-
редачи (мультивещания); в данный момент ее нельзя осуществить на
базе существующей системы передачи данных в сетях GSM по ком-
мутируемому каналу. Многоточечную передачу можно будет осущест-
вить между провайдером телекоммуникационных услуг фиксирован-
ной сети и группой мобильных абонентов с терминалами GPRS.

Службы коротких и мультимедийных сообщений. Служба ко-
ротких сообщений SMS (Short Message Service) представляет собой
технологию, которая позволяет принимать и отправлять короткие тек-
стовые сообщения. Кроме этого, данный сервис используется некото-
рыми дополнительными службами для оповещений. Например, при
наличии в голосовом почтовом ящике сообщения соответствующая
служба отправит вам об этом короткое сообщение. С помощью SMS
можно вести своеобразную переписку, получая текстовые сообщения,
напоминающие пейджерные. Можно отправить сообщение на выклю-
ченный или находящийся вне зоны обслуживания телефон. Как толь-
ко ваш адресат выйдет на связь, он получит ваше сообщение.

Кроме того, можно отправить сообщение абоненту, который в дан-
ный момент занят разговором, поскольку сообщение идет не по ос-
новному разговорному каналу, а по служебным сигнальным каналам.

С помощью услуги о подтверждении доставки SMS-сообщения
можно определить момент выхода абонента на связь. Подписавшись
на рассылки курсов валют, погоды и т. д. (аналогично пейджеру),
можно получать самую свежую информацию.

Существует и расширенный вариант этого сервиса, - Smart Mes-
saging, который позволяет кроме текстов передавать мелодии звон-
ков, логотипы, визитные карточки и т. д. Но этот вариант поддержи-
вают далеко не все телефоны.

Популярность SMS в настоящее время очень велика. Практически
происходит смещение акцента с голосовой связи в сторону визуальной.
Одно из самых главных достоинств SMS - фиксированная цена
одного сообщения. Чаще всего, в российских условиях, оплачивается
только отправка SMS-сообщения и не оплачивается их прием. В от-
личие от WAP-услуг, абоненту не нужно тратить время и деньги на
подключение к Интернету и запросы. Пользователю очень легко оце-
нить свои расходы. Эта очень простая модель оплаты мобильной
связи привлекательна для людей с ограниченными средствами, при-
чем это характерно не только для России.

Конечно, этот сервис еще далек от совершенства. В памяти теле-
фона можно хранить не более десятка сообщений, да и длина сооб-
щений невелика. Но и достоинств у мобильного телефона, исполь-
зуемого в качестве двухстороннего пейджера, значительно больше.

< Технические возможности этого сервиса позволяют передавать
сообщения длиной до 160 знаков. При использовании кириллицы
максимальная длина SMS-сообщения сокращается до 80 знаков, а то
и больше. Для приема/передачи сообщений, написанных кириллицей,
эта функция должна поддерживаться SMS-центром, SIM-картой и са-
мим телефоном.

Все принятые сообщения хранятся на SIM-карте телефона. Суще-
ствует и возможность сохранения отправленных сообщений. Но важ-
но знать, что емкость SIM-карты позволяет хранить только 10 сооб-
щений, а также то, что невозможно принятие нового сообщения, если
заняты все 10 ячеек памяти. Сообщение можно послать с телефона, с
помощью e-mail или через Internet-шлюз.

При использовании SMS возможен роуминг. Если вы находитесь
вне домашней сети то отправка сообщения обойдется в сумму, кото-
рую требует местный оператор за эту услугу. Адрес центра передачи
сообщений не меняется. Важно помнить, что если вы пользуетесь
SMS за рубежом, то для этого нужен активизированный международ-
ный доступ. Следует отметить, что не все роуминговые партнеры в
России и ближнем зарубежье поддерживают этот сервис. У каждого
времени есть свои кумиры. Сегодня SMS-бум набрал обороты. По
результатам социологических исследований, во всем мире ежеме-
сячно отправляется более 100 млрд. SMS-сообщений. Если смотреть
только на цифры, создается весьма радужная картина. Однако не все
в этой области хорошо.

Техническая революция следует за технической революцией, а
длина SMS-сообщений по-прежнему не превышает 160 знаков. А со-
временные пользователи, спровоцировавшие этот самый SMS-бум,
жаждут продолжения. Ведь в современном обществе предпочтение
отдается скорее образам, чем словам, а передавать «картинку» техно-
логия SMS не позволяет. И вот сначала заговорили, а затем и начали
воплощать в жизнь новую концепцию передачи данных - службу пере-
дачи мультимедийной информации MMS (Multimedia Message Service).
MMS призвана вывести SMS на совершенно новый качественный
уровень, благодаря многочисленным возможностям. Посредством
MMS пользователь может передавать и получать не только текстовые
сообщения, но и графику, аудио-и видеофайлы.

Интерес к новой технологии носит и коммерческий характер. Так,
аналитики заявляют, что многие операторы сотовой связи, не желая
мириться с тем, что доходы от использования технологии WAP оказа-
лись ниже ожидаемых, а затраты на ЗО-лицензии выше, стремятся
найти новые источники дохода. Предполагается, что этим источником
как раз и окажется MMS.

Однако несмотря на то, что MMS обладает гораздо большими
возможностями, чем SMS, их удастся реализовать только после того,
как ЗО-терминалы прочно войдут в нашу жизнь. И, как считают спе-
циалисты, из четырех основных приложений 3G - определение ме-
стоположения объекта, мобильная коммерция, игры/развлечения,
MMS - наибольший успех ожидает именно MMS.

Технология беспроводной связи Bluetooth. Буквальный перевод
Bluetooth с английского - «синий зуб». Однако своим названием эта
технология обязана вовсе не дантистам, а историческому недоразу-
мению. Так английские летописцы «обозвали» датского короля викин-
гов, жившего в 910-940 гг. Король Харальд Блютус вошел в историю
как собиратель земель скандинавских. В частности, ему приписыва-
ется объединение Дании и Норвегии. Вероятно, по аналогии с этим,
технология Bluetooth в наше время должна объединить телекоммуни-
кационную и компьютерную индустрии в единый мир мобильной элек-
троники.

Bluetooth - это технология беспроводной связи на небольшие рас-
стояния, которая должна прийти на смену инфракрасным портам.

С чего же все начиналось?

В отличие от технологии инфракрасной связи IrDA (Infrared Direct
Access), работающей по принципу «точка-точка» в зоне прямой види-
мости, технология Bluetooth разрабатывалась для работы как по
принципу «точка-точка», так и в качестве многоточечного радиокана-
ла, управляемого многоуровневым протоколом, похожим на протокол
мобильной связи GSM.

Основные преимущества этой технологии:

-	многоточечность, т. е. в сети могут присутствовать не два устрой-
ства как в случае IrDA, а несколько;

-	не требуется прямой видимости (используются нелицензируемые
частоты порядка 2,45 ГГц);

-	дальность от 10 м в имеющихся реализациях до нескольких десят-
ков метров в перспективе (против 1 ...2 м для IrDA).

Bluetooth стала конкурентом таким технологиям, как IEEE 802.11,
HomeRF и IrDA. Хотя последняя и не предназначена для построения
Локальная сеть

Сотовая сеть

Рис.14.17. Сеть беспроводного доступа Bluetooth

локальных сетей, она является самой распространенной технологией
беспроводного соединения компьютеров и периферийных устройств.

Основной идей новой технологии было предоставление возможно-
сти легкого и удобного беспроводного соединения различных уст-
ройств и организации беспроводной локальной сети (рис. 14.17). Тех-
нология должна позволить пользователю организовывать обмен ин-
формацией между всевозможными устройствами, например настоль-
ным компьютером, переносным компьютером и сотовым телефоном.
То есть, скажем, приходите вы в офис, а ваш переносной компьютер
тут же автоматически синхронизирует адресную книгу и календарь с
настольным компьютером и передает данные на ваш сотовый теле-
фон. В перспективе, технология позволит объединять любые элек-
тронные устройства, вплоть до холодильников, стиральных машин,
микроволновых печей и дверных замков (представьте себе - ваш хо-
лодильник передает на ваш сотовый телефон, что в нем закончилось
молоко, а тот, в свою очередь, отправляет вашему компьютеру указа-
ние добавить молоко в список покупок). При этом одними из немало-
важных параметров новой технологии является низкая стоимость
устройства связи - в пределах 20 у. е., небольшие размеры (ведь
речь идет о мобильных устройствах) и, что немаловажно, простота
встраивания в различные устройства. Собственно, ради этого и была
организована группа SIG, которая, помимо всего прочего, позволила
множеству производителей объединиться, а не разрабатывать собст-
венные, несовместимые друг с другом, платформы. То есть в на-
стоящее время Bluetooth является стандартом «де-факто» для бес-
проводных коммуникаций.

Технология Bluetooth использует небольшие приемопередатчики
низкой мощности малого радиуса действия, либо непосредственно
встроенные в устройство, либо подключаемые через свободный порт
или PC-карту. Адаптеры работают в радиусе 10 м и, в отличие от IrDA,
не обязательно в зоне прямой видимости, т. е., между соединяемыми
устройствами могут быть различные препятствия, например стены.

Bluetooth работает на не лицензируемой частоте 2,45 ГГц так на-
зываемого ISM-диапазона (диапазон промышленного, научного и ме-
дицинского применения - Industry, Science, Medicine), что позволяет
свободно использовать устройства Bluetooth во всем мире. Радиус
действия устройств Bluetooth может достигать 100 м), при этом, как
уже говорилось, допускается наличие препятствий между соединяе-
мыми устройствами (стены, мебель и т. п.).

Если приемное устройство обнаруживает, что передатчик находит-
ся близко, оно автоматически снижает мощность передачи. Устройст-
во переключается в режим низкой мощности, как только объем тра-
фика (количество передаваемой информации) станет снижаться или
станет равным нулю. Bluetooth-устройства способны связать до 256
устройств, из которых одновременно работают восемь (один в режи-
ме ведущего и семь в режиме ведомых), а остальные находятся в ре-
жиме ожидания. Радиоканал обеспечивает скорость передачи ин-
формации 721 кбит/с и передачу трех голосовых каналов. Технология
использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты с расшире-
нием спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей
частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Для полнодуп-
лексной передачи используется дуплексный режим с временным раз-
делением (TDD). Поддерживается изохронная и асинхронная переда-
ча данных и обеспечивается простая интеграция с TCP/IP. Времен-
ные интервалы развертываются для синхронных пакетов, каждый из
которых передается на своей частоте радиосигнала.

Во время сеанса связи радиопередатчики псевдослучайным об-
разом перестраиваются (перескакивают) с одной частоты на дру-
гую со скоростью 1600 скачков в секунду. При этом «мгновенная»
полоса частот остается существенно меньшей, чем общая полоса
частот.
14.2.	Транкинговые системы связи

Транкинговые системы связи прочно заняли свое место в общей
структуре средств профессиональной связи. Эти системы функцио-
нально все больше уподобляются офисным АТС, обслуживающим
любое количество удаленных перемещающихся абонентов. А эконо-
мичность, гибкая система вызова, малое время соединения позволи-
ли им, в ряде случаев, выдержать конкуренцию с сотовыми система-
ми и сформировать свой сектор на рынке средств связи. Принципи-
ально отличаясь от сотовых систем, ориентированных на предостав-
ление услуг телефонной связи, транкинг - преимущественно диспет-
черская радиосвязь для оперативного управления функциональными
группами и макрогруппами мобильных абонентов, с дополнительной
возможностью выхода в телефонные сети. Обычные системы радио-
связи предполагают жесткое закрепление каналов связи за радио-
станциями и группами пользователей, что приводит к низкому уровню
использования имеющейся в распоряжении абонентов канальной ем-
кости, частичной недогрузке (простоям) каналов, отказам в предос-
тавлении связи вследствие занятости закрепленного канала, в то вре-
мя как другие каналы могут простаивать. Транкинг преодолевает эти
характерные недостатки обычной связи и обеспечивает более эффек-
тивное использование радиочастотного спектра, сбалансированную
загрузку радиоканалов и высокий коэффициент их использования.

Примерная зависимость числа абонентов транкинговой сети от
числа радиоканалов приведена в табл. 14.2.

При использовании одинакового частотного ресурса транкинг по-
зволяет обеспечить связь значительно большему числу абонентов.
Для России с ее низкой плотностью населения транкинговая связь
даже более актуальна, чем сотовые системы связи. При том же уров-
не сервиса транкинговые системы обеспечивают большие зоны по-
крытия, что значительно снижает затраты операторов при разверты-
вании и эксплуатации оборудования.

Основные положения. Под термином «транкинг» понимается ме-
тод равного доступа абонентов к выделенным каналам с автоматиче-
ским их распределением между абонентами. Этот принцип давно и
повсеместно используется в телефонных сетях, откуда в радиосвязь
и пришло слово «trunk» (пучок, т. е. пучок равнодоступных каналов).

Транкинг - это одна из концепций распределения каналов в систе-
мах мобильной радиосвязи. Этот метод управления распределением

Таблица 14.2. Зависимость числа абонентов от числа радиоканалов

Число радиоканалов	6	11	21	25
Общее число абонентов	320	790	1760	2160
каналов обеспечивает автоматическое выделение пользователю сво-
бодного канала, что сокращает время ожидания и обеспечивает
большую пропускную способность системы связи при том же количе-
стве радиоканалов. Концепция транкинга основана на предположе-
нии, что каждый пользователь системы использует радиоканал в те-
чение небольших периодов времени, и большинство пользователей
не используют систему одновременно. В разных транкинговых систе-
мах могут использоваться различные методы автоматического рас-
пределения каналов: выделение канала на время одной передачи, на
все время радиообмена; создание отдельного управляющего канала;
совмещение функций управляющего и рабочего каналов.

Во всем мире основными клиентами данной услуги выступают го-
сударственные и муниципальные структуры, заинтересованные в
оперативном управлении теми или иными объектами в реальном
масштабе времени с целью координации действий по устранению
критических ситуаций. В таких случаях медлительность, обусловлен-
ная неправильной организацией взаимодействия из-за отсутствия
оперативной связи, наносит огромный материальный и моральный
ущерб обществу. Возможность невосполнимых потерь требует высо-
кокачественной связи, которая и является причиной высокой стоимо-
сти подобных систем.

На рынке мобильной радиосвязи транкинговые системы занимают
нишу ме>еду «обычными» радиостанциями и сотовыми телефонами.
С технической точки зрения, современные транкинговые системы
близки к сотовым, а основные отличия заключаются в их функцио-
нальных назначениях.

В зависимости от назначения транкинговые системы можно разде-
лить на две категории:

-	коммерческие (общего пользования) - PAMR (Professional Access
Mobile Radio);

-	специального применения (профессиональные) - PMR (Profes-
sional Mobile Radio).

Коммерческие системы PAMR отличаются постоянной высокой про-
пускной способностью на территориях, где имеется платежеспособный
спрос на услуги подвижной радиосвязи. Другая особенность этих сис-
тем заключаются в необходимости сопряжения с телефонной сетью
общего пользования (ТфОП) для большого числа абонентов, причем
абонентские радиостанции должны обеспечивать дуплексный режим.

Профессиональные системы PMR должны удовлетворять требо-
ваниям по обеспечению в особые периоды (аварийная ситуация, ме-
роприятие сил общественной безопасности, крупная технологическая
операция и т. д.) одновременной работы большого числа абонентов
либо на максимально возможной, либо на ограниченной проводимы-
ми оперативными мероприятиями территории.
К транкинговым системам PAMR можно отнести системы стандар-
тов МРТ1327, TETRA и iDEN, а к системам PMR - транкинговые систе-
мы «фирменных» протоколов: EDACS, SmartSone и т. п., а также спе-
циально разработанные системы стандартов TETRAPOL и АРСО 25.

Современные транкинговые системы обеспечивают групповую,
индивидуальную радиосвязь с различными приоритетами, аварийный
и циркулярный вызов как для всей системы, так и для отдельных ее
частей, криптографическое преобразование голосовых сообщений и
передачу данных. Время установления связи в транкинговых сетях
связи составляет менее 0,3 с, что на порядок меньше, чем в сотовых.
Это особенно важно для аварийных служб и силовых структур.

В развитых странах Европы, Азии и Америки накоплен большой
оУ1ыт создания и эксплуатации транкинговых систем радиосвязи, в пер-
вую очередь для нужд скорой помощи, пожарных бригад, полиции. На
их строительство и эксплуатацию выделяются средства из бюджета,
а зона охвата системы может достигать административного района или
области. Использование же систем для предоставления услуг коммер-
ческим абонентам (системы двойного назначения) или создание чисто
коммерческих сетей транкинговой связи весьма ограниченно.

В США широкое применение транкинговых систем на транспорте,
в строительстве и на производстве объясняется их успешным ис-
пользованием в производственной деятельности еще до появления
сотовой телефонии. Для американцев оперативная радиосвязь явля-
ется неотъемлемой составляющей производственного процесса.

Существует прямая зависимость между уровнем экономического
развития страны и объемом услуг профессиональной связи. Для
стран Западной Европы и Америки использование радиосвязи дает
прирост производительности труда на 10-20%. Значительно меньшее
распространение этого вида связи в России объясняется более низ-
ким уровнем развития производства, однако последние несколько лет
имеется устойчивая тенденция увеличения числа пользователей
транкинговых систем во всех регионах.

Транкинговая радиосвязь имеет много преимуществ по сравнению
с другими видами мобильной связи, особенно в системах производст-
венно-технологической и корпоративной безопасности.

Российские и западные специалисты называют более десятка пре-
имуществ транкинговых систем перед другими видами подвижной связи:
- мгновенное соединение;

-	минимальная вероятность занятой линии (канала);

-	соответствие стандарту «Military»;

-	возможность организации группового или индивидуального вызова;

-	администрирование с расстановкой приоритетов;

-	предоставление радиотелефонной связи с выходом в городскую
телефонную сеть;
-	передача факсов и переадресация звонков;

-	непрерывная связь в режиме обычной радиостанции;

-	быстрота развертывания систем;

-	организация независимых выделенных сетей связи;

-	защита от прослушивания

-	эффективное использование радиоспектра;

-	высокая надежность системы;

-	централизованное управление системой.

В транкинговой системе связи вероятность возникновения занятой
линии (канала) очень мала и составляет не более 0,5%. Понятно, что в
сотовых радиотелефонных системах этот показатель значительно выше.

Упомянутый выше режим «Military» предусмотрен для охранных
структур и называется условно «режим лежащего полицейского». Это
связано с тем, что если радиостанция будет более пяти секунд нахо-
диться не в вертикальном положении (например, охранник упал), то
она начнет передавать сигнал тревоги по установленным номерам.

В отличие от сотовой, где прекрасно организована индивидуальная
связь, но передать одновременно сообщение группе пользователей
крайне сложно (режим конференц-связи), в транкинговой связи преду-
смотрена как индивидуальная, так и групповая связь между абонента-
ми. Эта возможность является одним из преимуществ транкинговой
связи, обуславливающим его профессиональную ориентацию.

Групповые вызовы используются для одновременного установле-
ния сеанса связи между всеми пользователями, входящими в данную
группу. Это самый быстрый и экономный способ связи при управле-
нии выездными бригадами и транспортом. Любое число абонентов,
членов данной группы, может установить связь со всеми простым на-
жатием тангеиты. Кроме того, групповой вызов может быть организо-
ван и для ограниченного числа абонентов данной группы. Общую
корпоративную группу пользователей можно разбить на подгруппы,
состоящие, например, из четырех водителей, трех охранников, двух
заместителей и одного руководителя. При этом для водителей можно
предусмотреть связь только с заместителями, для охранников - меж-
ду собой и с заместителями, для заместителей - между собой, с во-
дителями, охранниками и руководителем, а для руководителя - со
всей группой одновременно или индивидуально с любым ее членом.

Групповой вызов осуществляется в зоне действия всей транкинго-
вой системы радиосвязи, независимо от того, какую территорию охва-
та она имеет. Кроме того, возможно позднее подключение абонентов
к групповому вызову.

Еще раз напомним, что не нужно путать групповые вызовы в систе-
мах транкинговой связи с режимом конференц-связи в сотовых сетях.
В последнем случае соединения в режиме конференц-связи устанав-
ливаются между очень ограниченным числом участников, и номер каж-
дого нужно набирать на клавиатуре вручную. В режиме конференц-
связи радиоканалы сотовых сетей используются очень неэффективно,
поэтому такой режим является самым дорогим видом связи.

Администрирование с расстановкой приоритетов позволяет обес-
печить регулируемый доступ к сети общего пользования с выходом
в городскую телефонную сеть, причем руководитель может ограни-
чить это право по своему усмотрению (возможен запрет на осуществ-
ление любым пользователем международных, междугородных звон-
ков или вовсе запрет на выход в городскую или внутреннюю теле-
фонную сеть). Возможность предоставления одному или нескольким
абонентам приоритета позволяет им получать канал связи даже в ус-
ловиях полной загрузки системы, когда все ее каналы в данный мо-
мент заняты. Приоритеты могут устанавливаться на нескольких уров-
нях, при этом вышестоящий руководитель всегда может осуществить
немедленную связь, прервав разговор на нижестоящем уровне. Экс-
тренный вызов заранее запрограммированного абонента (например,
руководителя охранником или наоборот) может производиться нажа-
тием специально запрограммированной кнопки на радиостанции и
пользуется максимальным приоритетом. Возможно также дистанци-
онное управление абонентскими станциями для оперативного изме-
нения их программируемых параметров. К ним относятся распреде-
ление абонентов по группам, установление уровней приоритета, дос-
тупа к телефонным сетям и другие - вплоть до полного отключения
отдельных станций (например, оказавшихся у посторонних лиц).

Радиостанциям может быть обеспечен доступ к телефонной сети
общего пользования, а также реализованы ряд важных сервисных
функций, таких как динамическое переформирование состава групп,
автоматический роуминг, переадресация поступающих вызовов, циф-
ровой пейджинг, голосовая почта и другие.

К тому же возможна передача факсов и других цифровых данных
с компьютеров и других систем путем подключения через интерфейс-
ный кабель к радиомодему. Существует функция переадресации вхо-
дящих вызовов на другого абонента, определения, индикации и запо-
минания мобильной радиостанцией номеров вызывающих абонентов
(кроме вызовов из общественной сети), а также передача коротких
текстовых сообщений и сообщения «Перезвони!», оставляемого вре-
менно недоступному абоненту. Можно вести централизованный авто-
матический учет всех соединений по каждому из абонентов с фикса-
цией времени и длительности сеансов связи. Для рассылки абонен-
там предусматривается распечатка счетов (при повременной оплате),
в том числе за междугородные переговоры.

В случаях, когда один или несколько абонентов вышли из зоны
действия всех ретрансляторов системы, возможен режим двусторон-
них переговоров между радиостанциями без участия ретранслятора
(например, между двумя автомобилями) на трассе, в полевых усло-
виях или на локальных объектах) в режиме обычной радиосвязи. Для
специфических задач подключаются устройства для скрытого ноше-
ния радиостанции (выносные микрофоны и наушники или устройства
управления). Так, например, гарнитура VOX позволяет управлять ра-
диостанцией с помощью голоса, что необходимо в случаях, когда за-
няты обе руки или на голове оператора одет шлем.

Контроль наличия радиосвязи (Auto Range Transpond System,
ARTS) происходит без участия оператора. Радиостанции периодиче-
ски обмениваются между собой сигналами DCS. При выходе из зоны
уверенной связи подается предупредительный сигнал.

Оборудование систем обычно состоит из компактных, легко заме-
няемых блоков, которые позволяют быстро развертывать системы.
Некоторые из транкинговых систем рассчитаны на автономную работу
в необслуживаемом режиме. Учитывая невысокую стоимость базово-
го оборудования, их развертывание, в отличие от сотовой сети рен-
табельно даже в небольших населенных пунктах или для отдельных
организаций На базе одной транкинговой системы можно организо-
вать несколько независимых выделенных сетей» связи, т. е. вирту-
альных частных радиосетей, что значительно экономит и радиочас-
тотные ресурсы, и затраты каждого из предприятий, обслуживаемых
этой системой.

В системе транкинговой радиосвязи, вследствие предоставления
канала в исключительное пользование, абонент или группа абонентов
могут слышать переговоры, предназначенные только для них (все
остальное время радиостанция молчит). Но сообщения, передавае-
мые по транкинговым каналам, как и сообщения, передаваемые по
каналам пейджерной и сотовой связи, легко перехватываются с по-
мощью общедоступной аппаратуры.

Для защиты передаваемой информации от несанкционированного
перехвата в транкинговой связи предусмотрена защита на двух уровнях.

Первый - сама технология организации сеанса связи - каналы свя-
зи назначаются случайным образом. Сообщения передаются по одно-
му из множества каналов, который в данный момент оказывается сво-
бодным. Это затрудняет процесс перехвата, так как нужно контролиро-
вать широкополосный диапазон частот, либо успеть переключиться на
нужный канал. Уровень защищенности системы может быть еще более
повышен цифровым кодированием звуковых каналов.

Второй уровень - использование специальной аппаратуры
(скремблеров) для закрытия самого канала связи. Скремблер - это
дополнительная плата, которая вставляется в радиостанцию для
шифрации передаваемых и дешифрации принимаемых сообщений.
Правда, оснащать скремблерами радиостанции можно только с раз-
решения Федерального агентства правительственной связи.
Радиоспектр - очень ограниченный ресурс, который требует эко-
номного и эффективного использования. Оптимальное использова-
ние существующего радиоспектра позволяет вводить в систему
большее количество абонентов и предоставлять более высокий уро-
вень сервиса.

Эффективность использования радиоспектра зависит от двух ос-
новных факторов:

-	пользователи используют совместно все каналы системы, нет
пользователей, назначенных для работы на определенном канале;

-	каналы никогда не остаются свободными, если есть экстренная
потребность в связи - центральный контроллер немедленно выде-
ляет свободный канал по запросу.

' Транкинговая система связи имеет высокую надежность. Предпо-
ложим, что в обычной радиосистеме канал выходит из строя. Все
пользователи этого канала не могут получить связь, пока их не пере-
ключат на другой канал. Подобная ситуация никогда не возникает в
системах транкинговой радиосвязи. В случае если один или несколь-
ко ретрансляторов выходит из строя, центральный контроллер реги-
стрирует сбой и не назначает их для связи до тех пор, пока они не
будут восстановлены. Так как каналы назначаются в случае необхо-
димости, и нет групп пользователей, зависящих от конкретного кана-
ла, выход из строя ретранслятора практически не будет заметен для
пользователей.

Централизованное управление системой основано на том, что
центральный контроллер, мобильные и переносные радиостанции
оснащены микропроцессорами. Это позволяет очень четко контроли-
ровать работу всей системы в целом, обслуживать большее число
пользователей без использования дополнительных каналов. Наличие
центрального контроллера позволяет управлять системой централи-
зованно, с одного места.

Кроме того, инфраструктура транкинговых систем (даже имеющих
развитую многозоновую архитектуру) требует значительно меньших
капиталовложений, чем сотовые системы связи.

Увеличение числа абонентов сотовых и коммерческих транкинго-
вых систем является показателем развития бизнеса. В России опера-
торы транкинговых систем на начальном этапе развития подвижной
радиотелефонной связи предлагали свои услуги гражданам и органи-
зациям как индивидуальным пользователям, конкурируя с сотовыми
системами стоимостью услуг. По мере того как росли системы сото-
вой связи, часть бизнес-абонентов перешла к операторам сотовых
сетей, которые предлагали миниатюрные, престижные сотовые теле-
фоны. В этой ситуации операторы коммерческих транкинговых систем
пересматривают свои стратегические направления, обращая большее
внимание на корпоративных клиентов и муниципальные службы.
Следует отметить, что такой переход происходит по всему миру. Не-
смотря на все свои преимущества и достоинства, транкинговые сис-
темы связи подходят далеко не всем пользователям.

Существует и обратное движение - такие организации, как службы
безопасности и транспортные компании, переходят от операторов
сотовых сетей к транкинговым, их не устраивает либо время установ-
ки соединения, либо стоимость услуг, которую можно значительно
сократить.

В настоящее время у будущих операторов транкинговых систем
есть тенденция использовать эти системы как более дешевую аль-
тернативу сотовых систем радиотелефонной связи. Это обусловлено:
- возможностью предоставления транкинговыми системами услуг
радиотелефонной связи;

-	более низкой стоимостью базового оборудования при строительстве
системы связи с большой зоной обслуживания, например 3000 км2.
Благодаря повышенной мощности передатчиков базовых и або-
нентских станций, зоны обслуживания каждой из базовых станций
транкинговой связи в несколько раз больше, чем у сотовых. Следст-
вие - меньше расходов на коммутационное оборудование, линии
привязки, аренду помещений и т. д.

К основным недостаткам систем транкинговой связи следует отнести:

-	наличие мелких систем, не связанных друг с другом;

-	проблема выбора частотного диапазона;

-	проблема «двойников»;

-	проблема роуминга.

Отсутствие координации действий при модернизации уже сущест-
вующих и строительстве новых систем транкинговой радиосвязи при-
вело к созданию мелких, как правило, не взаимоувязанных сетей свя-
зи. Это приводит к следующим отрицательным последствиям:
- неэффективное использование радиочастотного ресурса;

-	высокая стоимость расширения системы связи;

-	использование недорогого, следовательно, неэффективного обо-
рудования.

Неэффективное использование радиочастотного ресурса связано
с тем, что одна четырехканальная транкинговая система обеспечива-
ет эффективность обслуживания абонентов в 7,5 раз большую по
сравнению с 4 одноканальными системами диспетчерской связи, или
одна 8-канальная транкинговая система в 3 раза эффективнее четы-
рех двухканальных транкинговых систем.

Стоимость системы связи, с учетом системных работ и обучения
персонала заказчика, в расчете на одного абонента при развертыва-
нии единой большой системы гораздо ниже по сравнению с несколь-
кими малыми, обслуживающими на одной и той же территории одина-
ковое количество абонентов. Например, для одной 8-канальной тран-
кинговой системы эта стоимость в два с лишним раза меньше, чем
при развертывании четырех двухканальных. Следовательно, опера-
торам мелких систем приходится для обеспечения окупаемости су-
щественно повышать стоимость радиостанций при продаже абонен-
там, взимать более высокую плату за подключение их к системе и
ежемесячное абонентское обслуживание. Это снижает привлекатель-
ность систем подвижной радиосвязи для потенциальных пользовате-
лей и ограничивает возможности по широкому развертыванию подоб-
ных систем.

Операторам мелких систем связи приходится использовать менее
дорогое и, как правило, менее эффективное радиооборудование, что
приводит к нареканиям со стороны абонентов по качеству обеспечи-
ваемых услуг связи (зоны молчания, малый радиус зоны обслужива-
ния, большое время ожидания сеанса связи и т. п.). Кроме того, взаи-
модействие между абонентами различных сетей радиосвязи осуще-
ствляется неэффективно, а в ряде случаев и вообще невозможно.

Проблема выбора частотного диапазона связана с тем, что для
построения транкинговых систем могут использоваться диапазоны
частот 150, 300, 400 и 800 МГц. Чем ниже частота, тем больше даль-
ность связи. В России для транкинговых систем выделен диапазон
300...330 МГц. Если строится система в масштабе города, лучше все-
го использовать этот диапазон. Для частот этого диапазона есть оте-
чественное оборудование, а с импортным - проблемы, поскольку за
рубежом этот диапазон выделен для спецслужб. При ориентации на
импортное оборудование лучше использовать диапазоны 150 или 400
МГц. Если дуплексный разнос частот приема и передачи меньше
10%, как обычно и бывает в этих диапазонах, то трудно найти мо-
бильные автоматические станции. Радиооборудование для транкин-
говой связи выпускается в расчете на сетку частот 25 и 12,5 кГц. Ка-
чество связи при разносе частот 25 кГц несколько выше.

Еще одной проблемой всех систем являются «двойники», т. е.не-
зарегистрированные абоненты системы. Во многих случаях информа-
цию, необходимую для создания копии рабочей абонентской станции,
можно записать из эфира, используя приемник, и расшифровать.
Обычно к этому есть стимул при наличии междугородней связи в сис-
теме. Возможности защиты самих протоколов обмена ограниченны.
В небольших городах факт наличия двойника обычно устанавливает
сам абонент при оплате счетов. По выписке из счета абонент может
сразу определить наличие неизвестных ему номеров, так как только он
сам знает, по каким телефонным номерам он звонил. Но для этого сис-
тема должна иметь тарификацию. Меры применяются административ-
ные. Чем больше система и город, тем больше проблем с двойниками.

Говоря о проблеме роуминга, прежде всего, хотелось бы пояснить,
что применительно к радиосетям под роумингом понимается такой
режим работы, при котором информация, адресованная абонентам
некоторой транкинговой сети, может поступать к ним без задержек и в
других городах России. Существуют два основных варианта предос-
тавления данной услуги:

-	автоматический роуминг;

-	административный роуминг.

Два основных условия реализации автоматического роуминга: ап-
паратная совместимость радиостанции абонента с оборудованием
сети другого города и техническое взаимодействие транкинговых ком-
паний этих двух городов, обеспечивающее передачу информации из
одной сети в другую. В аналоговых транкинговых протоколах такой
услуги нет, поэтому применяется так называемый административный
роуминг, когда операторы договариваются между собой о допуске
чужих абонентов.

Под административным роумингом понимается простой обмен радио-
станции на другую, подключенную к транкинговой сети данного города.

Следует отметить, что некоторые компании в крупных городах
предоставляют радиостанции в аренду.

Классификация транкинговых систем радиосвязи. Различные
системы транкинговой связи в чем-то похожи, а в чем-то отличаются
друг от друга. Транкинговые системы можно классифицировать по
следующим параметрам (рис. 14.18):

-	способ передачи голосовых сообщений; организация доступа к
системе;

-	способ предоставления (удержания) канала;

-	конфигурация радиосети;

-	способ организации радиоканала;

-	назначение;

-	количество абонентов;

-	применяемые протоколы.

По способу передачи голосовых сообщений системы транкинговой
связи подразделяются на аналоговые и цифровые.

В аналоговых системах речевые сообщения передаются в анало-
говом режиме (подобно обычной телефонной связи), а служебная
информация - в цифровом. В цифровых системах и речевая, и слу-
жебная информация передаются в цифровом виде.

По организации доступа к системе транкинговые системы связи
подразделяются на:

-	без канала управления (SmarTrunk II, Al-Trunk, Z-Trunk);

-	с распределенным каналом управления (LTR, MultiNet);

-	с выделенным каналом управления (SmartNet, EDACS, MPT 1327,
iDEN, ASTRO, TETRA,APCO 25).

Транкинговые системы без канала управления - это наиболее
простые транкинговые системы. В таких системах радиостанция при
Аналоговые

Цифровые

Без канал управления

С распределенным каналом управления

С выделенным каналом управления

На установленное время

На время всего разговора

Одноразовые

Многоразовые

Симплексный

Полудуплексный

Дуплексный
Ведомственные

Общего пользования

смешанные

Малые

Средние

Большие

Открытые

Закрытые

Рис. 14.18. Классификация транкинговых систем связи

вызове сама ищет незанятый канал и занимает его. В дежурном ре-
жиме радиостанция непрерывно перебирает (сканирует) все каналы
системы, проверяя, не вызывают ли ее на одном из них. Поэтому по-
добные системы называют еще сканирующими.

Сканирующие транкинговые системы просты и дешевы. В этих
системах обеспечивается полная независимость каналов базовых
станций друг от друга, поскольку их объединение в общую сеть про-
исходит на уровне абонентской радиостанции. Это обуславливает
высокую надежность и живучесть транкинговых систем без канала
управления.

Система работает следующим образом. При вызове абонента ра-
диостанция последовательно сканирует все каналы системы и, найдя
свободный, передает сигнал занятия канала. Данный сигнал содер-
жит индивидуальные номера вызывающей и вызываемой радиостан-
ции. Ретранслятор проверяет права вызывающей радиостанции и
производит соединение с корреспондентом или игнорирует вызов.
Если вызываемая радиостанция откликается, ретранслятор организу-
ет сеанс связи. Среднее время соединения составляет несколько се-
кунд и определяется количеством каналов в системе и скоростью их
сканирования.

Сканирующим транкинговым системам присущ ряд принципиаль-
ных недостатков. Так, с ростом количества каналов в такой системе
быстро возрастает длительность установления соединения, которая
не может быть меньше длительности полного цикла сканирования.
Реально к этому добавляется еще и длительность поиска свободного
канала вызывающей радиостанцией. Кроме того, в этих системах за-
труднена реализация многих современных требований, в том числе
многозоновость, гибкая и надежная система приоритетов, постановка
на очередь при занятости системы или вызываемого абонента и т. д.

Эти системы идеально подходят в качестве небольшой (1-8 кана-
лов, до 200 абонентов) однозоновой системы связи с радиусом дей-
ствия 30...50 км, к которой предъявляются минимальные требования.
Количество абонентов в транкинговых системах без канала управле-
ния может достигать до 1000. Среднее время соединения составляет
несколько секунд. Основными отличительными характеристиками та-
ких систем являются простота, надежность и невысокая стоимость
базового оборудования. К ним относятся распространенная еще в
СССР система «АЛТАЙ», а также популярная сейчас в России и СНГ
система SmarTrunk II.

В транкинговых систах с распределенным каналом управления
управляющая информация передается непрерывно по всем каналам,
в том числе и по занятым. Это достигается использованием для ее
передачи частот ниже 300 Гц. Каждый канал является управляющим
для радиостанций, закрепленных за ним. В дежурном режиме радио-
станция прослушивает свой управляющий канал.

Служебная информация о состоянии системы, в том числе и о
свободных каналах, постоянно передается ретрансляторами (в том
числе и занятыми для переговоров) при помощи низкоскоростного
сигнала в подтональной части спектра. Базовая станция непрерывно
передает номер свободного канала, который радиостанция может ис-
пользовать для передачи. Если же на каком-либо канале начинается
передача, адресованная одной из радиостанций, то информация об
этом передается на ее управляющем канале, в результате чего эта
радиостанция переключается на канал, где происходит вызов. Уста-
новление соединения происходит настолько быстро, что оно осуще-
ствляется каждый раз при включении передатчика станции, т. е. в
паузах разговора канал не занят.

Если канал свободен, то базовая станция передает данные о со-
стоянии системы через каждые 10... 15 с, чтобы все закрепленные за
этим каналом радиостанции имели обновленную информацию. Канал
удерживается только на время одной передачи, что позволяет ис-
пользовать паузы в разговоре другими абонентами. При такой орга-
низации управления радиостанциями отпадает необходимость в спе-
циальном канале, и все ретрансляторы обслуживают речевой трафик.
Если заняты все каналы, то абонентская радиостанция сообщает об
этом при попытке начать сеанс связи.

При выходе из строя какого-либо канала в системе происходит от-
каз всех радиостанций, для которых он является управляющим. Кро-
ме того, в таких системах связи скорость передачи управляющей ин-
формации невысока. Это затрудняет реализацию многих требований,
предъявляемых к современным транкинговым системам, в том числе
и к многозоновости. Передача информации на частотах ниже 300 Гц
одновременно с речью делает такие системы весьма критичными к
точности регулировки. Все это привело к тому, что системы с распе-
ределенным управляющим каналом в настоящее время уже не раз-
рабатываются.

К данному классу систем относятся аналоговые системы стандар-
та LTR, которые работают в диапазоне частот 450 и 800/900 МГц, с
шагом 25 кГц. Аналогом LTR является его разновидность - многозо-
новая система ESAS (800 МГц), которая считается наиболее эффек-
тивной с точки зрения «нарезки частот».

Транкинговые системы с выделенным каналом управления - это
наиболее совершенные транкинговые системы, преимущественно
многозоновые (многосайтовые). В системах такого типа предусмот-
рен специальный управляющий канал, который осуществляет обра-
ботку всех вызовов, поступающих от абонентских радиостанций. Для
аналоговых систем речь идет о выделенном частотном канале, для
цифровых с временным разделением каналов - о выделенном вре-
менном слоте.

В таких системах радиостанция непрерывно прослушивает управ-
ляющий канал ближайшей к ней базовой станции. При включении пи-
тания радиостанция передает через управляющий канал информа-
цию о регистрации в системе. С данного момента центральный кон-
троллер определяет права данной радиостанции и знает о ее место-
нахождении в системе. При вызове информация от радиостанции пе-
редается через управляющий канал в центральный контроллер, кото-
рый, зная о местонахождении необходимого абонента, выделяет го-
лосовые каналы для переговоров и осуществляет соединение. Про-
исходит это следующим образом. Базовая станция передает инфор-
мацию об этом по управляющему каналу, вызываемая радиостанция
подтверждает прием вызова, после чего она выделяет один из разго-
ворных каналов для соединения и информирует об этом по управ-
ляющему каналу все участвующие в соединении радиостанции. По-
сле этого последние переключаются на указанный канал и остаются
на нем до окончания соединения.
В то время, когда управляющий канал свободен, радиостанции мо-
гут передавать туда свои запросы на установление соединения. Не-
которые типы вызовов (например, передача коротких пакетов данных
между радиостанциями) могут осуществляться вообще без занятия
разговорного канала. В зависимости от режима работы системы раз-
говорный канал предоставляется либо на время сеанса связи, либо
на время одной передачи.

При назначении на определенное время сеанса связи канал осво-
бождается по сигналу «отбой», но также в любом случае, по окончании
четко установленной продолжительности сеанса связи, изменяемой
системой в зависимости от времени суток, загрузки и других критериев.

В некоторых системах при загрузке, близкой к предельной, канал
управления переключается на обслуживание речевого трафика и
блокирует очередь вызовов.

Наличие центрального контроллера позволяет централизованно
управлять системой (с одного операторского места), облегчает сбор
информации и многое другое.

Наиболее известными представителями систем с выделенным
цифровым каналом управления являются системы стандарта МРТ,
разработанные фирмой Zetron. Системы стандарта МРТ 1327 и МРТ
1343 (диапазоны частот 160 и 450 МГц) обеспечивают быстрое уста-
новление связи и целый ряд дополнительных удобств, таких как воз-
можность построения многосотовых сетей связи, выявление и эффек-
тивное устранение нелегальных абонентов и т. д. Базовая и абонент-
ская аппаратура для системы МРТ 1327 выпускается несколькими
производителями в Великобритании, Германии, Франции, Италии,
Финляндии, а также в Австралии, Новой Зеландии и Японии.'

К системам с выделенным цифровым каналом управления отно-
сится открытая многозоновая система стандарта EDACS (Enhanced
Digital Access Communications System) фирмы Ericsson. По основным
«голосовым» параметрам протокол обмена EDACS сопоставим с
ESAS, однако здесь имеется выделенный цифровой управляющий
канал для передачи служебной информации.

Принцип действия системы рассмотрим на примере соединения
двух абонентов. В исходном состоянии все абонентские радиостан-
ции в пределах зоны действия данной базовой станции находятся на
приеме на частоте управляющего канала. На этом канале система
постоянно передает сообщения типа ALOHA - приглашение отвечать
ей с уведомлением, сколько времени система ждет ответа абонент-
ских станций.

Вызывающий абонент набирает на клавиатуре своей радиостан-
ции номер нужного ему абонента и производит вызов. При этом его
радиостанция посылает вызывную последовательность в ответ на
очередную посылку ALOHA от базовой станции. Приняв вызов, база
проверяет абонента по принципу «свой-чужой» и на том же управ-
ляющем канале вызывает второго абонента. Получив от него под-
тверждение о готовности к связи, база передает обеим радиостанци-
ям команду перестроиться на один из свободных в этот момент «раз-
говорных» каналов связи (каналов трафика).

Обе радиостанции автоматически перестраиваются на указан-
ный канал и начинают переговоры. При нажатии любым из абонен-
тов клавиши «отбой» происходит автоматический возврат радио-
станций в ждущий режим на управляющем канале. В случае, когда
все каналы трафика заняты, база помещает поступающие вызовы
в очередь на обслуживание, обрабатывая вызовы по мере освобо-
ждения каналов.

Транкинговые системы связи с выделенным управляющим ка-
налом в наибольшей степени отвечают современным требованиям.
В них легко реализуются многозоновость и другие функции. Среди
них - постановка вызовов на очередь при занятости системы или
вызываемого абонента. А это, в свою очередь, переводит такие
системы из класса систем с отказом при занятости в класс систем с
ожиданием. Тем самым не только повышается комфортность рабо-
ты пользователя, но и, главное, увеличивается пропускная способ-
ность системы.

В системах с отказом при занятости для обеспечения приемлемого
качества сервиса в любой момент должен простаивать хотя бы один
канал, чтобы абонент мог произвести вызов. В системе с ожиданием
загружены могут быть все каналы. При этом правда, вызывающему
абоненту придется немного подождать в очереди.

Выделение отдельного управляющего канала имеет и недостатки:
- худшее использование частотного ресурса (в большинстве систем
этот недостаток смягчается возможностью перевода управляющего
канала в разговорный режим при перегрузке системы);

- выделенный управляющий канал является уязвимым местом всей
транкинговой системы, так как при отсутствии специальных мер отказ
оборудования базовой станции для этого канала означает отказ всей
базовой станции (к тому же результату приводит и появление помехи
на частоте приемника управляющего канала базовой станции).

По этой причине при разработке транкинговых систем с выделен-
ным управляющим каналом особое внимание уделяется автоматиче-
скому контролю работы оборудования базовой станции. При обнару-
жении отказа или длительной помехи на частоте приема базовая
станция делает управляющим другой, исправный канал. Выделенный
управляющий канал предусматривается большинством современных
стандартов - как закрытых, так и открытых системы:

По способу удержания канала связи транкинговые системы под-
разделяются на системы:
- с удержанием канала на весь сеанс переговоров (Message Trunking);
- с удержанием канала на время одной передачи (Transmission

Trunking).

В первом случае в сети обеспечивается постоянный канал связи с
абонентом в течение всего сеанса (оборудование стандартов SmarTrank
II и МРТ 1327). Такой способ, обычно называемый транкингом сообще-
ний (message trunking), наиболее традиционен для обычных систем свя-
зи и применяется при дуплексной связи и подключении к ТфОП.

Во втором случае в сети канал связи переназначается во время
сеанса (EDACS, TETRA). Такой способ называется транкинг передачи
(transmission trunking) и реализуется только в полудуплексном режи-
ме. При его использовании канал освобождается почти сразу же по-
сле окончания работы передатчика абонента; во время следующего
включения занимается любой другой свободный канал, выделяемый
базовой станцией. Плата за высокую эффективность данного спосо-
ба - увеличение задержки при высокой загрузке сети, и как следствие
фрагментарность и раздробленность разговора.

По конфигурации радиосети транкинговые системы подразделяют-
ся на однозоновые (односайтовые) и многозоновые (многосайтовые)
системы.

Архитектура транкинговых сетей. Рассмотрим основные эле-
менты архитектуры TCP на примере типовой однозоновой сети с
частотным разделением каналов, рис. 14.19. Назначение элементов
схемы очевидно. Рассмотрим структуру основных составляющих
схемы.

Базовая радиостанция, рис. 14.20, содержит модули приемопере-
датчиков (ПП) (ретрансляторов), каждый из которых настроен на одну
пару частот - приема и передачи. Таким образом, в отличие от обыч-
ной связи между двумя радиостанциями, где в полудуплексном режи-
ме достаточно одной частоты, в транкинговой системе требуются две
частоты (от одной мобильной радиостанции передача ведется на час-
тоте А на базовую станцию, а от базовой станции на другую мобиль-
ную станцию на частоте f2), а для работы в дуплексном режиме - че-
тыре (передача от мобильной станции одного направления ведется
на частоте А на базовую станцию и на частоте f2 от базовой станции
на мобильную станцию, а в обратном направлении соответственно на
частотах f3 и 4- Каждый из приемопередатчиков имеет четырехпро-
водное низкочастотное (звуковое) окончание для сопряжения с ком-
мутатором. Радиочастотные входы/выходы приемопередатчиков на-
гружены на устройство объединения/разделения каналов.

Коммутатор осуществляет соединение подвижных абонентов, а
также выполняет функции сопряжения с телефонной сетью общего
пользования (ТфОП).
обслуживания

Рис. 14.19. Схема однозоновой транкинговой радиосети

К контроллеру	4-проводные окончания

Рис. 14.20. Структурная схема базовой радиостанции

Контроллер (устройство управления) обеспечивает взаимодейст-
вие всех узлов базовой станции. Осуществляет обработку вызовов
и управляет процессом установления соединений. Часто контроллер
и коммутатор объединяются в одном модуле.

Интерфейс с ТфОП предназначен для сопряжения с телефонной
сетью общего пользования. Обеспечивает электронный стык с окон-
чаниями АТС и согласование протоколов сигнализацией.
Рис. 14.21. Структура многозоновой транкинговой сети

Многозоновая транкинговая сеть создается с целью увеличения
зоны обслуживания. При этом территория обслуживания разбивается
на зоны, как правило, шестиугольной формы (соты). На рис. 14.21
изображена структура трехзоновой сети. Управление сетью осущест-
вляет центральный узел, содержащий центральный коммутатор-
контроллер, терминал технического обслуживания и управления, а
также интерфейс с ТфОП. Коммутаторы различных зон связаны меж-
ду собой каналами управления трафика. Для этой цели применяются
как физические (выделенные) линии, так и стандартные аналоговые
или цифровые системы передачи.

Необязательно, чтобы каждая зона имела свой собственный ком-
мутатор. Для зон с малым числом абонентов функции коммутации
могут быть возложены на центральный коммутатор, для чего между
ним и базовой радиостанцией организуется необходимое число кана-
лов. В этом случае оборудование строится по модульному принципу.
Могут отдельно существовать приемопередающее оборудование,
обычно называемое базовой станцией, и коммутатор, в состав кото-
рого входит основной контроллер, наделенный функциями управле-
ния всей системой.

Непрерывно по специально выделенным каналам осуществляется
обмен сигналами между контроллерами других зон. Вся информация
о вызовах поступает в главный контроллер, который управляет про-
цессом соединения. Чем удаленней друг от друга абоненты и чем в
более разнородных сетях они расположены, тем сложнее функции
управления сетью и тем больше обмен управляющими сигналами,
необходимыми для установления соединения, его поддержки и его
освобождения.

В многозоновых ТРС возникает необходимость отслеживания ме-
стоположения радиоабонентов при перемещении из зоны в зону.
Процедура отслеживания местоположения абонентов называется ро-
умингом. Специфическая особенность ТРС состоит в необходимости
поддержания группового роуминга для обеспечения возможности ра-
боты в группе.

В многозоновых ТРС возникает необходимость частотного плани-
рования для исключения взаимных помех между радиостанциями со-
седних зон.

С целью более гибкого управления трафиком и экономии ресурсов
системы могут быть реализованы не просто как многозоновые, но так-
же как и многоуровневые TCP. Последнее означает, что управление
частью трафика возлагается на контроллеры и коммутаторы подчи-
ненного уровня. Это разгружает ресурсы центрального коммутатора,
уменьшает общее число и протяженность речевых каналов, связы-
вающих коммутаторы.

Контрольные вопросы

1.	Дайте определение системы радиосвязи с подвижными объектами, ее на-
значение, достоинства, недостатки и область применения.

2.	Приведите классификацию систем радиосвязи с подвижными объектами.

3.	Поясните назначение систем персонального радиовызова.

4.	Что такое сотовая связь? Ее назначение и состав сетей сотовой радиосвя-
зи (ССР). Основные функции ССР.

5.	Приведите основные этапы развития ССР.

6.	Что дает использование сотовой структуры в сетях сотовой радиосвязи?

7.	Поясните процедуру установления связи в сотовой сети.

8.	Поясните процедуру аутентификации абонентов сотовой сети.

9.	Каким образом происходит генерация псевдослучайных шифрующей и
дешифрующей последовательностей?

10.	Приведите схему вычисления ключа шифрования.

11.	В чем заключается суть повторного использования частот?

12.	Каким образом происходит процедура передачи обслуживания в ССР?

13.	Назначение и состав базовой станции ССР.

14.	Назначение и состав подвижной станции ССР.
15.	Назначение и состав центра коммутации ССР.

16.	Множественный доступ, назначение и классификация систем множест-
венного доступа.

17.	В чем заключается технология доступа WAP?

18.	В чем заключается технология GPRS?

19.	Как организованы службы коротких и мультимедийных сообщений?

20.	В чем заключается технология беспроводной связи Bluetooth?

21.	Произведите сравнение транкинговой и сотовой системы.

22.	Как можно классифицировать транкинговые системы радиосвязи?

23.	Произведите сравнительный анализ транкинговых сетей по способам ор-
ганизации доступа к системе.

24.	Приведите состав однозоновой транкинговой радиосети и поясните на-
значение ее функциональных узлов.

25.	Какова структура многозоновой транкинговой сети?
Часть III. Сети следующего поколения

Глава 15. Концепция построения сетей следующего
поколения (NGN)

Целью Концептуальных положений является рассмотрение науч-
но-технических задач и определение первоочередных мероприятий,
направленных на обеспечение:

-	создания условий для формирования и развития рынка инфо-
коммуникационных услуг в России, соответствующего мировому
уровню;

-	построения современной телекоммуникационной инфраструктуры,
соответствующей общеевропейским тенденциям развития сетей
связи и учитывающей требования как существующих, так и новых
услуг связи;

-	согласованного и скоординированного внедрения новых транс-
портных технологий на сетях отечественных операторов связи;

-	интеграции национальной информационной инфраструктуры в
глобальную информационную инфраструктуру (Global Informations
Infrastructure, GII).

15.1.	Инфокоммуникационные услуги и новые требования
к сетям связи

Современный этап развития мировой цивилизации характеризует-
ся переходом от индустриального к информационному обществу,
предполагающему новые формы социальной и экономической дея-
тельности, базирующиеся на массовом использовании информацион-
ных и телекоммуникационных технологий.

Технологической основой информационного общества является
Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ), которая должна
обеспечить возможность недискриминационного доступа к информа-
ционным ресурсам каждого жителя планеты. Информационную ин-
фраструктуру составляет совокупность баз данных, средств обработ-
ки информации, взаимодействующих сетей связи и терминалов поль-
зователя.

Доступ к информационным ресурсам в ГИИ реализуется посредст-
вом услуг связи нового типа, получивших название услуг Информа-
ционного общества или инфокоммуникационных услуг.
Наблюдаемые в настоящее время высокие темпы роста объемов
предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнози-
ровать их преобладание на сетях связи в ближайшем будущем.

На сегодняшний день развитие инфокоммуникационных услуг
осуществляется, в основном, в рамках компьютерной сети Интернет,
доступ к услугам которой осуществляется через традиционные сети
связи. В то же время в ряде случаев услуги Интернет, ввиду ограни-
ченных возможностей ее транспортной инфраструктуры не отвечают
современным требованиям, предъявляемым к услугам информацион-
ного общества. В связи с этим развитие инфокоммуникационных ус-
луг требует решения задач эффективного управления информацион-
ными ресурсами с одновременным расширением функциональности
сетей связи. В свою очередь, это стимулирует процесс интеграции
Интернет и сетей связи.

Особенности инфокоммуникационных услуг. К основным техно-
логическим особенностям, отличающим инфокоммуникационные услу-
ги от услуг традиционных сетей связи, можно отнести следующие:
- инфокоммуникационные услуги оказываются на верхних уровнях

модели ВОС (в то время как услуги связи предоставляются на
третьем, сетевом уровне);

-	большинство инфокоммуникационных услуг предполагает наличие
клиентской части и серверной;

-	клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а
серверная на специальном выделенном узле сети, называемом
узлом служб;

-	инфокоммуникационные услуги, как правило, предполагают пере-
дачу информации мультимедиа, которая характеризуется высоки-
ми скоростями передачи и несимметричностью входящего и исхо-
дящего информационных потоков;

-	для предоставления инфокоммуникационных услуг зачастую необ-
ходимы сложные многоточечные конфигурации соединения;

-	для инфокоммуникационных услуг характерно разнообразие при-
кладных протоколов и возможностей по управлению услугами со
стороны пользователя;

-	для идентификации абонентов инфокоммуникационных услуг мо-
жет использоваться дополнительная адресация в рамках данной
инфокоммуникационной услуги.

Большинство инфокоммуникационных услуг являются «приложе-
ниями», т. е. их функциональность распределена между оборудова-
нием поставщика услуги и оконечным оборудованием пользователя.
Как следствие, функции оконечного оборудования также должны быть
отнесены к составу инфокоммуникационной услуги, что необходимо
учитывать при их регламентации.
Бизнес-модель, определяющая участников процесса предоставле-
ния инфокоммуникационных услуг и их взаимоотношения также отли-
чается от модели традиционных услуг электросвязи, в которой было
представлено всего лишь три основных участника: оператор, абонент
и пользователь.

Новая деловая модель предполагает наличие поставщика услуг,
который предоставляет инфокоммуникационные услуги абонентам и
пользователям. При этом сам поставщик является потребителем ус-
луг переноса, предоставляемых оператором сети связи.

На рынке могут также присутствовать дополнительные виды по-
ставщиков услуг: поставщики информации, брокеры, ретейлеры и т. д.
Поставщик информации предоставляет информацию поставщику ус-
луг для распространения. Брокер предоставляет информацию о по-
ставщиках услуг и их потенциальных абонентах, содействует пользо-
вателям при поиске поставщиков услуг, оказывающих требуемые им
услуги. Ретейлер выступает как посредник между абонентом и по-
ставщиком услуг с целью адаптации услуги к индивидуальным требо-
ваниям абонента.

К инфокоммуникационным услугам предъявляются такие требова-
ния как:

-	мобильность услуг;

-	возможность гибкого и быстрого создания новых услуг;

-	гарантированное качество услуг.

Большое влияние на требования к инфокоммуникационным услу-
гам оказывает процесс конвергенции, приводящий к тому, что инфо-
коммуникационные услуги становятся доступными пользователям вне
зависимости от способов доступа.

Требования к сетям связи. Принимая во внимание рассмотрен-
ные особенности инфокоммуникационных услуг, могут быть опреде-
лены следующие требования к перспективным сетям связи:

-	«мультисервисность» - независимость технологий предоставле-
ния услуг от транспортных технологий;

-	«широкополосность», под которой понимается возможность гибко-
го и динамического изменения скорости передачи информации в
широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей поль-
зователя;

-	«мулыпимедийность» - способность сети передавать многоком-
понентную информацию (речь, данные, видео, звук) с необходимой
синхронизацией этих компонент в реальном времени и использо-
ванием сложных конфигураций соединений;

-	«интеллектуальность», под которой понимается возможность
управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользова-
теля или поставщика услуг;
-	«инвариантность доступа» - возможность организации доступа
к услугам независимо от используемой технологии;

-	«многооператорность» - возможность участия нескольких опера-
торов в процессе предоставления услуги и разделение их ответст-
венности в соответствии с их областью деятельности.

Кроме того, при формировании требований к перспективным муль-
тисервисным сетям связи необходимо учитывать особенности дея-
тельности поставщиков услуг. В частности, современные подходы к
регламентации услуг присоединения предусматривают доступ по-
ставщиков услуг, в том числе и не обладающих собственной инфра-
структурой, к ресурсам сети общего пользования на не дискримина-
ционной основе. При этом к основным требованиям, предъявляемым
поставщиками услуг к сетевому окружению, относятся:

-	обеспечение возможности работы оборудования в «мультиопера-
торской» среде, т. е. увеличение числа интерфейсов для подклю-
чения к сетям сразу нескольких операторов связи, в том числе на
уровне доступа;

-	обеспечение взаимодействия узлов поставщиков услуг для их со-
вместного предоставления;

-	возможность применения «масштабируемых» технических реше-
ний при минимальной стартовой стоимости оборудования.

Существующие сети связи общего пользования с коммутацией ка-
налов (ТфОП) и коммутацией пакетов (СПД) в настоящее время не
отвечают перечисленным выше требованиям. Ограниченные возмож-
ности традиционных сетей являются сдерживающим фактором на
пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг.

С другой стороны, наращивание объемов предоставляемых инфо-
коммуникационных услуг может негативно сказаться на показателях
качества обслуживания вызовов базовых услуг существующих сетей
связи. Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных
услуг при планировании способов развития традиционных сетей свя-
зи в направлении создания мультисервисных сетей.

15.2. Базовые положения концепции NGN

Основная задача сетей нового поколения заключается в обеспече-
нии взаимодействия существующих и новых телекоммуникационных
сетей, поддерживаемых единой инфраструктурой для передачи лю-
бых видов информации (голоса, данных, видео).

В концепции NGN заложена идея конвергенции (объединения) су-
ществующих сетей разных операторов и технологий (ТфОП, сетей
мобильной связи и сетей с технологией IP). Конвергенция (Conver-
gence) - процесс постепенного сближения различных технологий и
служб связи с целью унификации оборудования и расширения функ-
циональных возможностей.

Сеть следующего поколения (NGN) - это сеть связи, обеспечи-
вающая предоставление неограниченного набора услуг с гибкими
возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых
услуг за счет унификации сетевых решений. Таким образом, концеп-
ция NGN основана на идее мультисервисной сети.

Термин NGN (Next Generation Networks - сети следующего поко-
ления) появился в специальной литературе примерно пять лет на-
зад. Идею разработки NGN, предложенную в 2001 г. Европейским
институтом стандартов электросвязи (ETSI), поддержал МСЭ-Т.
В 2001 - 2002 гг. МСЭ-Т провел серию семинаров, посвященных IP-
сетям, мультимедийным службам, оптическим сетям и спутниковым
системам. В этих семинарах приняли участие представители ETSI,
промышленных компаний, администраций связи и других заинтере-
сованных организаций, которые и определили, что основным на-
правлением работ МСЭ-Т по сетевым вопросам должно стать NGN.
В июле 2003 г. на специальном семинаре по NGN в рамках ИК 13
МСЭ-Т была создана Смешанная группа докладчиков (Join Rappor-
teur Group, JRG) no NGN, которая подготовила проекты первых ре-
комендаций по NGN. Первые две рекомендации МСЭ-Т были утвер-
ждены в конце 2004 г. в серии Y.2000, специально выделенной для
рекомендаций по NGN.

Сразу оговоримся, что специалисты до сих пор не пришли к еди-
ному мнению относительно будущих принципов построения NGN, что,
в общем-то, не редкость для этапа исследований и становления но-
вой концепции. В монографии Соколова Н. А. «Телекоммуникацион-
ные сети. Монография в 4 главах», где приведен обзор разных взгля-
дов, показано, что даже по архитектуре сети предложения ведущих
компаний расходятся, а сама «концепция NGN не радует четко сфор-
мулированными предложениями». В свете этого факт появления пер-
вых двух рекомендаций МСЭ-Т по NGN трудно переоценить. Они от-
крыли этап международной стандартизации NGN путем интеграции
предложений ведущих игроков в области электросвязи. Однако нель-
зя не учитывать, что стандартизация NGN только начинается. В рас-
сматриваемых ниже первых Рекомендациях Y.2001 и Y.2011 чаще
формулируются требования к NGN и задачи изучения, а не конкрет-
ные решения.

Как возникла идея NGN. Известно, что существует общая марке-
тинговая закономерность - цикличность в развитии технологий, това-
ров и услуг: рождение, развитие, угасание. Многие достижения по-
следних лет связаны с развитием технологий в различных областях
электросвязи (линии, методы переноса сигналов, коммутация, терми-
налы, номенклатура услуг и т. п.). В совокупности они образуют ком-
плекс технологий, позволяющий реализовать принципиально новые
методы построения сети и обслуживания абонентов. Так сформиро-
валась общая идея NGN, а ее детализацией и разработкой практиче-
ских решений предстоит заняться в ближайшие годы.

Предыдущими крупными циклами развития сетевых технологий
можно -считать концепцию ISDN (Integrated Services Digital Network -
цифровая сеть с интеграцией служб) и В-ISDN (Broadband ISDN, ши-
рокополосная ISDN), которые получили подробное развитие в МСЭ-Т
в виде целого ряда соответствующих рекомендаций. В частности, для
В-ISDN были разработаны рекомендации по технологии ATM.

Нельзя не сказать о конкретной ситуации, сложившейся в послед-
ние годы и подготовившей почву для возникновения идеи NGN. На
мировом рынке услуг электросвязи сформировались новые условия,
характеризуемые следующими аспектами:
- открытая конкуренция между операторами, явившаяся следствием
приватизации предприятий связи и ослабления государственного
регулирования рынка;

-	конвергенция сетей электросвязи и информационно-вычисли-
тельных сетей, развитие инфокоммуникационных сетей;

-	бурный рост цифрового трафика, в основном за счет расширения
использования сети Интернет;

-	увеличение спроса на подвижную связь и на новые мультимедий-
ные службы;

-	конвергенция услуг, процессов и сетей. Конвергенция услуг обес-
печивает новые расширенные функциональные возможности для
пользователей. Конвергенция процессов позволяет провайдерам
услуг работать с оборудованием различных производителей и раз-
личными технологиями с тем, чтобы предлагать экономически эф-
фективные услуги. Наконец, конвергенция сетей означает конвер-
генцию технологий, которая определяет возможность конвергенции
различных сетевых услуг.

Одна из основных причин появления идеи NGN - завершение жиз-
ненного цикла эксплуатируемых цифровых коммутационных станций
телефонной сети и желание не заменять их такими же станциями, а
радикально модернизировать сеть.

Семенов Ю. В. в своей работе «Проектирование сетей связи сле-
дующего поколения» говорит о том, что уже более 20 лет прошло с
тех пор, как на сетях связи России массово появились цифровые сис-
темы коммутации. Технологический шедевр для своего времени в на-
чале XXI в. все больше начинает напоминать увешанную игрушками
рождественскую елку. Постоянно появляющиеся в течение последне-
го времени новые требования заставляют разработчиков цифровых
АТС оснащать их все новыми и новыми модулями. И если модуль
ОКС7 в свое время органично вошел в архитектуру цифровых АТС, то
модули IPOP (Internet Point of Presence), СОРМ (система оперативно-
розыскных мероприятий) и т. п. являются для этой архитектуры обре-
менительным грузом. Действительно, технологический ресурс цифро-
вых АТС практически исчерпан. Мало того, в условиях поступления на
сети связи нового по своему характеру трафика системы коммутации,
разработанные для условий телефонной сети связи общего пользова-
ния (ТфОП), вряд ли могут функционировать эффективно.

ГИИ и NGN. МСЭ-Т рассматривает NGN в качестве конкретной
реализации идеи Глобальной Информационной Инфраструктуры
(ГИИ), которая определена в рекомендациях МСЭ-Т серии Y, специ-
ально выделенной для ГИИ. В 1988 - 2000 гг. было разработано 6
рекомендаций по ГИИ: Y.100, Y.101, Y.110, Y.120, Y.130, Y.140.
В 2004 г. эта серия пополнилась еще одной рекомендацией МСЭ-Т -
Y.140.1 (03/2004), новая. ГИИ - Руководящие указания по атрибу-
там/требованиям к взаимосоединению между операторами сети элек-
тросвязи общего пользования и поставщиками служб, участвующими
в обеспечении служб электросвязи.

Двумя первыми рекомендациями по NGN являются Y.2001 (12/2004),
новая: «Общий обзор NGN» и Y.2011 (10/2004), новая: «Общие прин-
ципы и общая эталонная модель сетей следующего поколения».

Основной целью NGN названо облегчение конвергенции сетей и
конвергенции служб.

В Y.2011 дано определение термина «сеть следующего поколе-
ния (Next Generation Network, NGN)». Это «сеть на базе пакетов, кото-
рая способна предоставлять службы/услуги электросвязи и предос-
тавлять возможность использовать несколько широкополосных, обес-
печивающих качество обслуживания транспортных технологий и в
которой функции, относящиеся к службам, независимы от нижележа-
щих технологий, относящихся к транспортировке. Она обеспечивает
свободный доступ для пользователей, по их выбору, к сетям и к конку-
рирующим поставщикам служб и/или к службам/услугам. Она поддер-
живает обобщенную подвижность, которая будет давать возможность
постоянного и повсеместного обеспечения служб для пользователей».

Термин «обобщенная подвижность (Generalized Mobility)» опреде-
лен как «возможность для пользователя и других подвижных объек-
тов связываться и получать доступ к службам независимо от измене-
ния местоположения или технической окружающей среды. Степень
доступности службы может зависеть от различных факторов, включая
возможности сети доступа, соглашение об уровне обслуживания ме-
жду «домашней» сетью пользователя и «визитной» сетью (если оно
применяется) и т. п. Подвижность охватывает возможность электро-
связи, как с непрерывностью обслуживания, так и без нее». Эта под-
вижность включает и «персональную подвижность», и «терминальную
подвижность».
Плоскость менеджмента

Плоскость управления

Плоскость пользователя

Функции служб NGN

Плоскость менеджмента

Плоскость управления
Плоскость пользователя

Транспортные функции

Рис. 15.1. Разделение функций транспорта и служб NGN

Следует различать три логически выделенных понятия: пользова-
тели, устройства (терминалы) и имеющие адрес пункты, к которым
могут получить доступ пользователи и/или устройства. Это должно
обеспечить пользователю возможность менять терминал и пункт дос-
тупа к сети, а также иметь неограниченный доступ к разным постав-
щикам служб с помощью различных технологий доступа (например,
через фиксированные сети, сети подвижной связи 3-го поколения,
через технологии «последней мили»). Намечены задачи, решение
которых позволит обеспечить обобщенную подвижность.

Ключевым принципом NGN является отделение функций образо-
вания служб/услуг от транспортных функций (рис. 15.1).

В принципе, в транспортной сети могут использоваться сети
разных операторов и разные типы сетевых технологий, реализующих
функции уровней 1-3 Взаимосвязи Открытых Систем (ВОС). Предпоч-
тительной считается технология с IP. Будут поддерживаться связи как с
установлением соединения (connection oriented), так и без соединений
(connectionless). Для сетей доступа ограничения не сформулированы.

Функции служб реализуют различные службы/услуги для конечных
пользователей, например видео, аудио, передача данных и их соче-
тания (мультимедийные службы). Намечено предоставлять как фик-
сированные, так и подвижные связи, службы, как реального времени,
так и нереального. Должны обеспечиваться двухпунктовые, много-
пунктовые и вещательные связи. Некоторые поставщики служб будут
предоставлять своим абонентам возможность формировать собст-
венные службы/услуги. Одним из вопросов, требующих изучения,
объявлена «миграция голосовых служб в инфраструктуру NGN».

Для абонента необходимо обеспечить разные скорости - от не-
скольких килобит до сотен мегабит в секунду. NGN должна поддержи-
вать как существующие терминалы (телефонные и факсимильные
аппараты, сотовые телефоны, компьютеры и т. п.), так и специализи-
рованные NGN-терминалы.

В Рекомендации Y.2011 приведены и другие модели, основанные
на принципах клиент-сервер, функция-ресурс-услуга, меж- и внутри-
уровневого взаимодействия, многоуровневого построения отдельных
плоскостей. Например, для плоскости менеджмента (общего управле-
ния), согласно уже имеющимся рекомендациям МСЭ-Т, предложено
иметь подсистемы управления: конфигурацией, безопасностью, на-
числением платы.

Многоуровневое построение систем электросвязи разработано
МСЭ-Т совместно с ИСО в Рекомендации МСЭ-Т Х.200 о 7-уровневой
базовой эталонной модели ВОС. В NGN нашел применение только
общий принцип деления на уровни, а детальные предписания Х.200
не используются (табл. 15.1).

В NGN предполагается поддерживать широкий диапазон классов
качества обслуживания (QoS), с гарантированным или негарантиро-
ванным качеством обслуживания. За основу нормирования пакетной
сети берется Рекомендация Y.1541. Должны быть учтены также нор-
мы на QoS сетей подвижной связи и других возможных сетей доступа.
Для обеспечения QoS «от конца до конца» в неоднородной сети не-
обходима гармонизация классов QoS и соответствующих норм. Класс
может заказываться абонентом или автоматически определяться се-
тью по запрошенной услуге. Система сигнализации NGN (на основе
существующих или новых протоколов) должна обеспечивать переда-
чу сведений о заказанном QoS.

Предусматривается обеспечивать безопасность связи, как в
транспортных сетях, так и в службах электросвязи. Необходимые ме-
ханизмы изучаются. Они должны, в частности, обнаруживать, пред-
сказывать и устранять нарушения безопасности. Отмечается, что эти
механизмы будут влиять на решения по архитектуре сети, системе
менеджмента, по качеству обслуживания подвижности, начислению
платы и методам оплаты. Намечено разработать эксплуатационные
руководства по безопасности.

В NGN необходимо предусмотреть средства обеспечения приори-
тетной связи для районов бедствий и чрезвычайных ситуаций в усло-
виях ограниченности ресурсов связи. NGN должны взаимодействовать
с существующими He-NGN-сетями, которые не имеют разделения
транспорта и служб, через открытые интерфейсы. Необходимо рас-
смотреть и определить методы взаимодействия для каждого возмож-
ного сочетания сетей. В дополнении к рекомендации Y.2011 представ-
лены возможные принципы взаимодействия NGN с не NGN-сетями.

Таблица 15.1. Взаимоотношения NGN с ВОС

Показатель	ВОС	NGN
Деление на уровни	Применяется	Применяется
Системы и их интерфейсы	Открытые	Открытые
Число уровней	7	Не обязательно 7
Протоколы	Определены протоколы уровней ВОС	Не обязательны протоколы ВОС
Перечислим основные требования, которым должна удовлетво-
рять сеть нового поколения:

1.	Гарантированное качество обслуживания (QoS) пользователей.

2.	Доставка информации, чувствительной к задержке, в реальном
масштабе времени.

3.	Обеспечение передачи данных с требуемой скоростью.

4.	Централизованное управление всеми ресурсами.

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от дру-
га функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и
функций управления услугами. Таким образом, у операторов должна
появиться возможность развития этих уровней независимо друг от друга.

Функциональная модель сетей NGN, в общем случае, может быть
представлена тремя уровнями:
- транспортный уровень;

-	уровень управления коммутацией и передачей информации;

-	уровень управления услугами.

Уровни должны взаимодействовать между собой через стандарти-
зованные интерфейсы.

Задачей транспортного уровня является коммутация и прозрач-
ная передача информации пользователя. Для транспортной сети
следует подобрать такую технологию, которая удовлетворяла бы
первым трем требованиям. Но при этом нельзя упускать из виду, что
NGN должна «вписаться в сегодняшнюю сетевую инфраструктуру и
иметь возможность совершенствоваться.

Логичнее всего отталкиваться от наиболее развитой сегодня тех-
нологии доставки - TCP/IP и взять за основу протокол IP. Протокол IP
удовлетворяет третьему требованию и, благодаря технологии VoIP
(передачи речи по IP-сетям), отвечает второму. Однако протокол IP
не обеспечивает гарантированного качества обслуживания приложе-
ний. Несомненным лидером в транспортных технологиях является
многопротокольная коммутация с помощью меток (MPLS). Используя
MPLS, мультисервисные сети смогут транспортировать все виды ин-
формации, обеспечивая при этом гарантию качества обслуживания
(гл. 16).

Задачей уровня управления коммутацией и передачей является
обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и
управление потоками.

Уровень управления услугами содержит функции управления ло-
гикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вы-
числительную среду, обеспечивающую:

-	предоставление инфокоммуникационных услуг;

-	управление услугами;

-	создание и внедрение новых услуг;

-	взаимодействие различных услуг.
Уровень услуг связи
(Network Service Layer)

Softswitch

Уровень управления
(Control Layer)

Media
Gateway

Уровень среды обмена
информацией
(Media Layer)

Уровень доступа и транспорта
V (Access and Transport у
xj Layer) ./

Абоненты телекоммуникационной сети

Данный уровень позволяет
реализовать специфику услуг, и
применять одну и ту же про-
грамму логики услуги вне зави-
симости от типа транспортной
сети (IP, ATM, FR и т. п.) и спо-
соба доступа. Наличие этого
уровня позволяет также вво-
дить на сети любые новые ус-
луги без вмешательства в функ-
ционирование других уровней.

Уровень управления услу-
гами может включать множест-
во независимых подсистем
(«сетей услуг»), базирующихся
на различных технологиях,
имеющих своих абонентов и

Рис. 15.2. Физическая
архитектура NGN

архитектура NGN, предложенная

использующих свои, внутрен-
ние системы адресации.

На рис. 15.2 представлена

МСЭ в рекомендации Y.1001. Она

содержит ряд новых элементов по сравнению с моделями, привычны-
ми для специалистов по телефонии.

Медиа-шлюз выполняет достаточно простые функции преобразова-
ния информационных потоков. Слева от медиа-шлюза показан RTP-
поток, который формируется при использовании транспортного прото-
кола реального времени (Real-Time transport Protocol), а справа - поток,
образованный системой передачи с импульсно-кодовой модуляцией
(ИКМ). Медиа-шлюз выполняет достаточно простые процедуры, но в
крупной сети он должен обладать большой производительностью.

Медиа-шлюз управляется соответствующим контроллером - MGC
(Media Gateway Controller), который сегодня более известен по назва-
нию Softswitch. Контроллеры могут быть связаны между собой, что
показано на рис. 15.3 пунктирной линией с надписью MGC/MGC. Кон-
троллер взаимодействует также с интеллектуальной базой данных
(Intelligent Database, ID).

Над контроллером MGC показан шлюз сигнализации (SG). В сто-
рону ТфОП (или сотовой сети) шлюз сигнализации передает и прини-
мает информацию по сети ОКС. В российской сети ОКС применяется
подсистема пользователя ЦСИО - ISUP. Взаимодействие с контрол-
лером MGC осуществляется через интерфейс, обозначенный как
SG/MGC. Для связи с интеллектуальной базой данных определен ин-
терфейс ID/MGC. Для поддержки услуг ИС используется прикладной
протокол Интеллектуальной сети - INAP.
Функции
Сеть IP взаимодействия

ТфОП

Интеллектуальная
база данных

ID/MGC11

ID/SG INAP~

Шлюз
сигнализации

ОКС

ISUP

SG/MGC II

Рис. 15.3. Архитектура NGN, предложенная компанией
Lucent Technologies

На рис. 15.3 показана архитектура, предложенная компанией Lu-
cent Technologies для объяснения концепции NGN. Эта архитектура
отличается от аналогичных моделей, используемых в сетях телефон-
ной связи и обмена данными. Уровень услуг выделяется в самостоя-
тельный элемент архитектуры сети. Он занимает верхнюю плоскость
в рассматриваемой модели. В какой-то мере, выделение самостоя-
тельного уровня услуг подобно решению, которое предложено в кон-
цепции ИС (см. гл. 16).

Уровень управления располагается на второй плоскости. В модели
NGN этот уровень включает совокупность функций по управлению
всеми процессами в телекоммуникационной системе, включая начис-
ление платы за услуги связи, и техническую эксплуатацию. Для реа-
лизации функций, которые выполняет этот уровень, производители
телекоммуникационного оборудования разработали аппаратно-
программные средства, именуемые Softswitch. В одном из руководя-
щих документов (РД) для обозначения изделия Softswitch использует-
ся название «гибкий коммутатор». Часто под Softswitch понимается
технология, используемая для построения NGN.

Уровень среды обмена информацией находится на третьей плос-
кости. Функции, выполняемые этим уровнем, включают процедуры
установления соединений между пользователями сети и межсетевое
взаимодействие. Типичным примером оборудования, которое реали-
зует эти функции в сети NGN, служат аппаратно-программные сред-
ства Media Gateway (медиа-шлюза).

Уровень доступа и транспорта располагается на четвертой плос-
кости. Основные функции этого уровня - перенос информации между
конечными пользователями сети NGN. В качестве средств доступа в
концепции сети NGN рассматриваются практически все используемые
в настоящее время варианты, основанные на различных технологиях.

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие по-
ставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться
на основе функциональной модели распределенных (региональных)
раз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т
Х.500. Доступ к базам данных организуется с использованием прото-
кола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol).

Вышеуказанные базы данных позволяют решить следующие задачи:
- создание абонентских справочников;

-	автоматизация взаиморасчетов между операторами связи и по-
ставщиками услуг;

-	обеспечение взаимодействия между операторами связи в процес-
се предоставления услуг ИСС;

-	обеспечение взаимодействия терминалов с различными функцио-
нальными возможностями на разных концах соединения.

Вышеуказанные базы данных могут использоваться также поставщи-
ками услуг для организации платных информационно-справочных услуг.

Концепция NGN во многом опирается на технические решения,
уже разработанные международными организациями стандартиза-
ции. Так, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг
предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицирован-
ных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 и т.д. Для
управления услугами будут использованы протоколы Н.323, SIP и под-
ходы, применяемые в интеллектуальных сетях связи (см. главу 16).

15.3.	Общие вопросы организации управления NGN

Особенностями NGN, с точки зрения управления, является то, что
эти сети будут состоять из большего числа разнотипных компонентов,
а не из сравнительно небольшого количества менее разнообразных
крупных коммутационных устройств, как сейчас. Кроме того, в NGN
будет поддерживаться большее число интерфейсов, чем в сущест-
вующих сетях, и более высокая пропускная способность. Все это ве-
дет к необходимости пересмотра принципов и подходов к сетевому
управлению для NGN.

Система управления NGN должна представлять собой набор ре-
шений, обеспечивающих управление сетями, реализованными на ба-
зе различных технологий (фиксированные и мобильные телефонные
сети, сети передачи данных, сигнализации и т. д.), предоставляющих
различные услуги и построенных на оборудовании различных произ-
водителей. Система управления будет строиться с использованием
объектно-ориентированной распределенной структуры.

Одной из главных особенностей систем управления NGN является
открытая модульная архитектура, позволяющая разрабатывать
и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями
и модернизировать существующие модули. Для реализации интегри-
рованного управления системами и сетями независимо от их произ-
водителя и технологии могут использоваться разнообразные стан-
дарты и протоколы, такие как, SNMP, OSI, ASCII, CORBA. В частно-
сти, стандартом управления де-факто в сетях ПД является протокол
SNMP. В модели TMN предполагалось использование протоколов
OSI. Однако практическая реализация систем управления на базе
TMN оказалась сложной, медленной и дорогостоящей, в ней недоста-
точно проработаны вопросы управления услугами. В последнее вре-
мя активно развиваются и реализуются решения по организации
управления на базе архитектуры CORBA, которая является весьма
перспективной, особенно на верхних уровнях управления.

В сетях NGN системы управления будут в первую очередь наце-
лены на решение конкретных задач операторов, уровневая архитек-
тура TMN уже не будет иметь первостепенное значение и отойдет на
второй план. Большую значимость приобретают вопросы управления
услугами.

Интерфейсы систем управления должны быть открытыми. Отли-
чительными чертами подобных интерфейсов являются: стандартизи-
рованные протоколы (например, CMIP, SNMP, FTP, РТАМ и др.), ис-
пользование формальных языков для описания стандартизированных
интерфейсов (например, COBRA IDL, Java, GDMO, ASN 1 и др.), ста-
бильность, которая позволяет вносить только те изменения, которые
будут обратно совместимы.

Например, для посылки аварийных сообщений могут использо-
ваться протоколы CMIP, SNMP или CORBA с использованием объ-
ектной модели, определенной в Х.733; для организации услуг могут
использоваться интерфейсы CORBA; для пересылки данных о рабо-
чих характеристиках может применяться протокол FTP.

Основными требованиями, предъявляемыми к системам управле-
ния NGN, являются:

-	подготовленное решение на практике должно реализовываться в
краткие сроки;

-	структуры открытых систем должны обеспечивать гибкость реали-
зации и совместимость с другими решениями, высокую надеж-
ность, и как результат - качество обслуживания;
-	оператор должен иметь возможность модифицировать программ-
ное обеспечение для реализации специфических функций и вво-
дить новые услуги через изменение конфигурации;

-	компонентные решения упростят возможности оператора по вве-
дению новых пользователей и функций.

Гибкость и масштабируемость позволят легко адаптироваться к
быстро появляющимся новым технологиям и продуктам, а также к из-
меняющимся потребностям пользователей.

15.4.	Практические вопросы построения NGN на ЕСЭ России

( Переход к новой функциональной и физической архитектуре сетей
следующего поколения, требует решения целого ряда задач, относя-
щихся к архитектуре NGN.

Первая группа задач относится к определению базовых принципов
построения сети. В числе этих задач:

1.	Определение протоколов передачи мультисервисных сетей,
в качестве которых в настоящее время рассматриваются ATM и IP.
Необходимо провести комплексный анализ возможностей каждой из
этих технологий в части обеспечения необходимой функционально-
сти, а также норм на параметры качества услуг, а также поперечной
совместимости оборудования разных поставщиков.

2.	Разработка принципов построения сети сигнализации, взаимо-
действия контроллеров сигнализации, подключения шлюзов и т. п.

3.	Определение интерфейсов мультисервисных сетей для подклю-
чения узлов служб, способов взаимодействия узлов служб между со-
бой и узлами управления услугами в процессе предоставления услуг.

4.	Определение интерфейсов, систем сигнализации для подклю-
чения оборудования сети доступа.

5.	Разработка системно-сетевых решений по разделению трафика
мультисервисной сети и существующих сетей связи, при использова-
нии последних в качестве средства доступа.

Другая группа задач связана с организацией взаимодействия
мультисервисной сети с существующими сетями.

Должны быть разработаны:

-	принципы взаимодействия услуг, включая поддержку различных систем
нумерации/адресации, сигнализации, протоколов и форматов данных;

-	параметры качества обслуживания;

-	вопросы совместного использования ресурсов мультисервисных и
традиционных сетей, этапность и реальные пути их интеграции.

Использование мультипротокольной сети в качестве универсальной
транспортной среды для предоставления услуг GPRS и услуг СПС 3-го
поколения требует стандартизации и разработки нормативно-технической
базы для взаимодействия с существующими сетями подвижной связи.
Также необходимо принимать во внимание ряд особенностей ЕСЭ
России, связанные с большой территорией, наличием аналогового обо-
рудования, использованием устаревших систем сигнализации и т. п., ко-
торые будут оказывать существенное влияние на формирование требо-
ваний к национальной мультисервисной сети. При этом необходимо уси-
лить работу в международных организациях стандартизации, чтобы спе-
цифические для России особенности построения мультипротокольных
сетей нашли отражение в разрабатываемых стандартах.

Напомним, что концепция NGN рассматривает сети будущего поко-
ления как функциональную модель, состоящую из трех уровней: транс-
портного, управления коммутацией и передачей информации, услуг и
управления услугами. Первые «кирпичики» национального нормативного
фундамента уже заложены для каждого «этажа» функциональной модели.
Для транспортного уровня это «Концептуальные положения по построе-
нию мультисервисных сетей на ВСС России», РД 45.123-99 «Порядок
применения технологии ATM на ВСС России», РД 45.128-2000 «Сети и
службы передачи данных», «Технические требования к аппаратуре свя-
зи, реализующей функции маршрутизации пакетов протокола межсете-
вого обмена (аппаратура маршрутизации пакетов IP)». Для уровня
управления коммутацией и передачей информации - РД 45.333-2002
«Оборудование связи, реализующее функции гибкого коммутатора
(Softswitch). Технические требования», уже упомянутый РД 45.123-99. Для
уровня услуг и управления услугами действуют РД 45.129-2000 «Телема-
тические службы», «Концепция создания системы передачи речевой ин-
формации с использованием технологий пакетной коммутации» и другие.

Принятый порядок внедрения оборудования NGN на ЕСС России
предполагает тесную взаимосвязь теории и практики - создание на
основе действующей нормативной базы опытных зон внедрения обо-
рудования NGN; при успешных результатах выдача поставщику обо-
рудования сертификата соответствия Министерства информацион-
ных технологий и связи РФ; после сдачи объектов в эксплуатацию
сертификация оборудования других производителей на базе уже ра-
ботающих NGN. В этой схеме предусмотрены коррекция или расши-
рение нормативной базы уже в процессе строительства.

Сегодня сети следующего поколения создаются в разных регионах
России и в данном учебном пособии представлено несколько приме-
ров построения таких сетей (см. главе 17,18).

Контрольные вопросы

1.	Какова цель разработки Концептуальных положений NGN?

2.	Каковы особенности инфокоммуникационных услуг?

3.	Каковы взаимосвязь ГИИ и NGN?

4.	Перечислите уровни функциональной модели NGN.

5.	Каковы главные особенности управления NGN?
Глава 16. Сети NGN: архитектура и протоколы

16.1. Эволюция технологий предоставления услуг связи

Вряд ли у кого вызовет сомнение тезис о том, что сети, в том чис-
ле и нового поколения, создаются ради услуг. От того насколько про-
сто и быстро можно внедрить услуги, которые будут востребованы
клиентом, зависит доход оператора и возможность развития принад-
лежащей ему сети.

, От традиционной АТС к Softswitch. Логика предоставления услуг
связи до начала 60-х годов ХХ-го века была неотделима от возмож-
ностей аппаратных средств коммутационных станций. При решении
оператором сети связи вопроса о составе и содержании новых услуг
связи, которые он предполагал оказывать своим абонентам (пользо-
вателям), данный оператор согласовывал с производителем комму-
тационного оборудования характеристики данного оборудования, по-
зволяющего реализовать новые услуги. После этого оператор плани-
ровал реализацию новой услуги в своей сети, техническая подготовка
к которой сводилась, как правило, к модификации аппаратных
средств во всех коммутационных станциях.

Процесс этот осложнялся тем, что оператору зачастую приходи-
лось иметь дело с несколькими разными производителями оборудо-
вания. Кроме того, после введения услуги связи в эксплуатацию мо-
дифицировать ее с учетом требований новых групп клиентов тоже
было очень непросто. Зачастую для этого приходилось согласовы-
вать с поставщиком оборудования дополнительные изменения аппа-
ратных средств связи. Как следствие, оператору требовались годы,
чтобы спланировать и реализовать в своей сети новую услугу связи.

Введение новой услуги связи требовало детального анализа пере-
даваемой абонентом номерной информации, нередко приводя к не-
обходимости предоставления отдельных пучков каналов для маршру-
тизации вызовов в зависимости от того, какая услуга связи была за-
требована.

В середине 60-х годов ХХ-го века появились коммутационные
станции с программным управлением. Это был существенный шаг
вперед, позволивший сделать логику предоставления услуг програм-
мируемой, что значительно облегчило реализацию процесса предос-
тавления услуг. Однако добавить новую услугу к уже предоставляе-
мым становилось все труднее, по мере возрастания сложности от-
дельных услуг и зависимости между ними. Оператор не мог сам ис-
пользовать логику, поддерживающую одну услугу, для поддержки
другой услуги.
С появлением дополнительных услуг связи рынок телекоммуника-
ций подвергся серьезным изменениям. Если выделить в нем сектор,
связанный с традиционными услугами предоставления соединений,
и сектор, связанный с дополнительными услугами, то можно утвер-
ждать, что первый испытывает сильнейшее ценовое давление со сто-
роны второго.

На первых порах у каждого производителя был свой перечень до-
полнительных услуг, который определялся возможностями выпускае-
мых им коммутационных станций, а услуги из такого перечня могли
быть предоставлены только абонентам, линии которых включены в
АТС этого производителя.

Попытка стандартизировать перечень услуг и распространить воз-
можность их предоставления на всю сеть связи была предпринята
при создании концепции ISDN (Integrated Services Digital Network,
цифровая сеть с интеграцией служб). Извне ISDN представляется как
одна коммутационная станция, оказывающая своим абонентам ряд
стандартизованных основных и дополнительных услуг. Это оказалось
возможным благодаря введению на абонентском участке системы
сигнализации DSS1 (Digital Subscriber Signaling 1), а на межстанцион-
ном участке - системы сигнализации ОКС-7 с подсистемой ISUP
(ISDN User Part - подсистема пользователя). Однако основная про-
блема, связанная с необходимостью замены программного обеспече-
ния на всех станциях сети при введении любой новой услуги, в ISDN
осталась нерешенной. Замена обходится недешево и требует от опе-
ратора умения предвидеть, какого рода услуги будут иметь коммер-
ческий успех. В противном случае не только окажутся «выброшенны-
ми на ветер» деньги, потраченные на введение новой услуги, но
и будет упущена та часть потенциальных клиентов, которые перейдут
к оператору, угадавшему, какую новую услугу целесообразно ввести.

Концепция интеллектуальных услуг связи предусматривает подход
к функциональному распределению процедур поддержки услуг, спе-
цифицированный в виде международных стандартов и позволяющий
операторам сетей связи оперативно развертывать новые услуги, мак-
симально эффективно используя существующую инфраструктуру
своих сетей. Разработка стандартов была мотивирована интересом
производителей оборудования к унификации возможностей быстрой и
экономически эффективной реализации услуг. Сильное влияние ока-
зало и давление со стороны операторов, которые столкнулись с
большими трудностями, обусловленными наличием в их сетях комму-
тационного оборудования разных производителей, каждый из которых
предлагал (как в отношении перечня услуг, так и в отношении путей
их реализации) свои решения, несовместимые с решениями других
производителей.
Следует отметить, что во многих странах с развитой телекоммуни-
кационной инфраструктурой практика предоставления дополнитель-
ных услуг в пределах всей сети общего пользования существовала
задолго до введения услуг интеллектуальных сетей связи. Для таких
стран переход к интеллектуальной сети оказался лишь переходом к
другому, более эффективному, способу предоставления услуг, харак-
теризующемуся значительной степенью стандартизации. В некоторых
из этих стран и до сих пор примерно одинаковые (с точки зрения або-
нента) услуги предоставляются одновременно разными способами -
традиционным и посредством интеллектуальных сетей связи.

В отличие от традиционного подхода, архитектурная концепция
интеллектуальной сети предполагает четкое разделение всех функ-
ций создания, модификации и предоставления услуг, а также экс-
плуатационного управления ими, на небольшое количество про-
граммных модулей, взаимодействие между которыми обеспечива-
ют стандартные интерфейсы, а перечень функций каждого из ко-
торых строго определен.

Коммутационные станции, дооснащенные необходимыми функ-
циональными модулями, и обособленные специализированные про-
граммно-аппаратные комплексы с другими функциональными модуля-
ми, оказывающие таким станциям содействие в предоставлении новых
услуг, называются узлами интеллектуальной сети. Стандартные ин-
терфейсы между узлами интеллектуальной сети поддерживаются сис-
темой сигнализации ОКС-7 с использованием INAP (Intelligent Network
Application Part, прикладного протокола интеллектуальной сети).

На рис. 16.1. приведена архитектура интеллектуальной сети, осно-
ву которой составляют узлы интеллектуальной сети.

Узел коммутации услуг SSP (Service switching point) представляет
собой обычную коммутационную станцию, в которой сохраняются все
функции управления процессом предоставления основных услуг связи,

Рис. 16.1. Элементы интеллектуальной Сети
оснащенную дополнительными программными средствами. SSP
обеспечивает доступ абонентов сети связи к услугам интеллектуаль-
ной сети и поддерживает протоколы взаимодействия с другими эле-
ментами интеллектуальной сети. SSP определяет, что принятый им
от абонента вызов требует обращения к услугам интеллектуальной
сети, и направляет соответствующий запрос в узел управления услу-
гами (SCP). Запрос может содержать номер вызывающего абонента
(набранные им цифры номера), код требуемой услуги и другие пара-
метры. После оснащения коммутационного оборудования функциями
SSP услуги интеллектуальной сети могут вводиться и удаляться пу-
тем соответствующих изменений конфигурации SSP, производимых
техническим персоналом через обычный интерфейс оператора. Ника-
ких изменений системного прикладного программного обеспечения
при этом не требуется.

Узел управления услугами SCP (Service control point) содержит
программы, централизованно реализующие логику услуг, программ-
ные средства, поддерживающие протоколы взаимодействия с други-
ми элементами сети, системное программное обеспечение, а также
базу данных реального времени. SCP принимает запрос от SSP и
возвращает ему инструкции для дальнейшей обработки вызова в со-
ответствии с логикой затребованной услуги. До приема от SCP нуж-
ных инструкций обслуживание вызова в SSP приостанавливается.
SCP отвечает за обслуживание вызова до тех пор, пока управление
соединением не будет передано обратно в SSP. В течение времени,
пока за обслуживание вызова отвечает SCP, SSP может передавать
ему сообщения о результатах выполнения требуемых операций.

Система эксплуатационного управления и среда создания услуг
SMP/SCEP (Service management point/Service creation environment
point) предоставляют оператору сети возможности контроля и управ-
ления параметрами и конфигурацией услуг интеллектуальной сети.
Среда создания услуг содержит средства конструирования, модифи-
кации и тестирования услуг до начала коммерческой эксплуатации и
средства загрузки соответствующих программ в SMP. SMP обеспечи-
вает эксплуатационное управление действующими услугами, а также
управление подготовкой новых услуг и их введением.

Интеллектуальная периферия IPer (Intelligent peripheral) выпол-
няет вспомогательные функции, поддерживающие диалог с абонен-
том, такие как передача приглашения к набору дополнительных цифр,
прием цифр, передаваемых абонентом, распознавание речи и неко-
торые другие. Интеллектуальная периферия может либо быть
встроена в SSP, либо реализована в обособленном оборудовании.
IPer управляется со стороны SCP по протоколу INAP.

Интеллектуальные сети или, если быть более точным, надстройки
над обычными неинтеллектуальными сетями большого распростра-
нения в РФ не получили (или не успели получить). Во-первых, созда-
ние таких надстроек оказалось дорогим, а время, требуемое для вве-
дения новых услуг, достаточно большим.

Конец 1990-х гг. ознаменовался стремительным развитием сетей
передачи данных, и прежде всего Интернета. Одной из основных осо-
бенностей этого периода оказалась качественная смена пользовате-
лей таких сетей. Если изначально абонентами сетей передачи дан-
ных в основном являлись преимущественно корпоративный сектор и
пункты коллективного доступа, то с появлением Интернета основны-
ми пользователями стали физические лица, что, в свою очередь, при-
вело к увеличению разветвленности и повышению емкости сети.
Е результате возникла потребность в сетевой структуре, не уступаю-
щей по своим масштабным характеристикам сети ТфОП.

Однако использование двух параллельных сетевых структур не
может быть признано эффективным по экономическим показателям
развертывания и последующей эксплуатации. Это определило по-
требность в разработке технологических решений, обеспечивающих
передачу различных видов информации и предоставления различных
видов услуг связи в рамках единой сетевой структуры. В основе тако-
го решения должен был лежать единый метод передачи информации,
что и привело в результате к появлению мультисервисных сетей на
основе коммутации пакетов. В таких сетях пользовательская и сиг-
нальная информация передается в единой транспортной сети, а
управление предоставлением различных видов услуг осуществляется
за счет вынесенной в отдельные сетевые элементы логики управле-
ния. Общая концепция такого построения сети получила название
сети связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN).

Предоставление услуг телефонии в рамках технологических реше-
ний NGN осуществляется за счет распределенной структуры, вклю-
чающей в свой состав:

-	сетевые элементы управления вызовами;

-	сетевые элементы, обеспечивающие взаимодействие с сущест-
вующими фрагментами сети на основе коммутации каналов;

-	транспортную пакетную сеть;

-	сеть доступа, обеспечивающую подключение различного терминаль-
ного оборудования, как специально построенного для сетей NGN, так
и изначально не предназначенного для работы в таких сетях.

При этом следует отметить, что понятие «сеть NGN», как и более
раннее «сеть ISDN», является технологическим, т. е. определяет вид
сетей связи по принципу используемой технологии, а не по принципу
предоставления услуг. Это значит, что ТфОП остается сетью, предна-
значенной для предоставления услуг телефонии независимо от того,
какой технологический базис используется для ее построения. И на-
оборот, использование определенного технологического базиса не
может непосредственно определять номенклатуру предоставляемых
в сети услуг.

Структуру современной мультисервисной сети, а в данном случае
и структуру программного коммутатора, можно представить в виде
трех уровней: транспортного, уровня управления соединениями и
уровня приложений. Логика работы программного коммутатора -
обеспечения предоставления услуг конечным пользователям - нахо-
дится на уровне приложений.

Интерфейсы между транспортным уровнем и уровнем управления
соединениями хорошо известны: это INAP, Н.323, SIP, MGCP и дру-
гие, используемые и в ТфОП, и в IP-телефонии, и в мобильной связи.

Между уровнями управления соединениями (уровень Softswitch)
и приложений также применяются открытые интерфейсы. Вообще
применение открытых интерфейсов можно назвать одной из основ
построения программных коммутаторов, однако в данном случае это
не стандарты ITU, IETF и т.п., а созданные различными рабочими
группами интерфейсы прикладного программирования - API.

Какой именно API использовать - решают разработчики программ-
ного коммутатора. На сегодняшний день существует два наиболее
перспективных открытых интерфейса - Parlay API и JAIN, и наблюда-
ется стабильная тенденция к объединению этих интерфейсов. Дело
в том, что несмотря на некоторые отличия, технология JAIN предна-
значена для тех же целей, что и Parlay API. Поэтому с высокой веро-
ятностью можно предположить, что в будущем останется только один
интерфейс, включающий в себя всю необходимую функциональность
для организации услуг в разнообразных конвергентных сетях.

Модель предоставления услуг с использованием Parlay API пред-
полагает, что приложения могут создаваться и эксплуатироваться не
операторами сети, а провайдерами приложений (application provider),
работающими за пределами самой сети. Такая возможность обеспе-
чивается архитектурой и открытой документацией Parlay.

Приложения размещаются на серверах приложений, которые мо-
гут находиться вне зоны ведения оператора сети. Однако это не за-
трудняет работу разработчика, так как в таком случае применяются
технологии, подобные CORBA.

Parlay API упрощает процесс реализации услуг, предоставляемых
одновременно в разных сетях независимо от технологической базы
последних. Существующие сегодня приложения Parlay реализуют
полный набор услуг, предоставляемых в концепции современной ин-
теллектуальной сети: Call-center, VPN, Free phone и т.д.

Построение сетей с применением программных коммутаторов по-
зволяет, помимо известных сервисов, развивать новые услуги. На-
пример, в рамках услуги интегрированных сообщений пользователю
предоставляется единое хранилище для информации (почтовый
ящик), доступ к которому осуществляется с любого терминала. Услуга
Click-to-dial позволяет пользователям генерировать вызовы, пользу-
ясь Web-интерфейсом, адресными книгами ПК и службами каталогов,
причем вызовы могут пересылаться между различными сетями. Одна
из компаний-разработчиков приложений предлагает услугу, когда
пользователи, находящиеся неподалеку друг от друга, получают
SMS-сообщения об этом. Абонент, используя похожую на предыду-
щую услугу, получает сигнал (SMS), когда в радиопередаче проигры-
вается определенная мелодия или передается сообщение заданного
содержания (например, сводка погоды). Естественно, пользователь
должен предварительно настроить подобные услуги через Web.

। Все перечисленное выше - это только малая часть пока непри-
вычных для абонентов возможностей, которые смогут предоставлять
мультисервисные сети, использующие технологии программных ком-
мутаторов и открытых интерфейсов.

Таким образом, если интеллектуальные сети - это навязанный
предопределенный набор услуг и средств их реализации, то
Softswitch - технология позволяющая предоставлять услуги так как
этого требует рынок, т.е. мы имеем средство предоставления услуг,
а не их набор.

На рис. 16.2 представлен рассмотренный выше процесс перехода
от монолитной архитектуры АТС к архитектуре сети NGN на основе
Softswitch. На этом рисунке Softswitch представлен в виде устройства
управления.

В сетях будущего важную роль сохранит сигнализация ОКС-7. Она
будет отвечать за перенаправление вызова, запоминание данных о
вызове и другие функции обработки вызовов, работу бизнес-приложе-
ний - расчет с абонентами (биллинг), индивидуальное обслуживание
абонентов и т.д., а также за предоставление многих услуг нового поко-
ления - уведомление абонента, работающего on-line, о поступлении
вызова, оказание услуг по предоплате, навигацию в Интернет при под-
ключении on-line по беспроводной сети и другие. В то же время комби-
нация технологий IP и ОКС-7 на уровне сигнальной сети позволит
операторам воспользоваться преимуществами сетей обоих типов:
сохранить инвестиции, вложенные в построение инфраструктуры ин-
теллектуальных сетей (IN), и перейти к конвергированным сетям, ис-
пользующим протоколы сигнализации для передачи голоса через IP.
В конвергированных сетях IP-технологии помогут поддерживать сеан-
сы мультимедиа, новые режимы доступа абонентов, новые услуги,
более эффективно использовать полосу пропускания и, как резуль-
тат, значительно снизить расходы операторов.

Стыковка сетей традиционной телефонии с сетями пакетной ком-
мутации в современных конвергированных сетях осуществляется на
основе общей сигнальной сети, обеспечивающей независимое управ-
Рис. 16.2. Декомпозиция АТС и Softswitch

ление передачей информации и соединяющей разнородные сети.
Общая сигнальная сеть позволяет провайдерам оказывать услуги,
присущие ТфОП, с гибкостью и эффективностью, которые свойствен-
ны пакетным сетям.

Современная инфраструктура сигнальных сетей развивается в на-
правлении распределенной архитектуры, которая основана на ис-
пользовании технологии Softswitch.

По мере того как интеллект сигнальной сети будет возрастать, се-
ти сигнализации начнут приближаться к информационным системам,
решающим задачи сетевого планирования, предотвращения мошен-
ничества, расчетов с абонентами, гарантированного предоставления
услуг и поддержки других бизнес-приложений, а операторы инфра-
структуры станут широко применять методы искусственного интел-
лекта для анализа сигнальной информации.

Подсистема мультимедийной связи IMS. IMS расшифровывает-
ся как IP Multimedia Subsystem. Это набор правил и определений, по
которым должна строиться сеть NGN, ориентированная на мультиме-
дийные приложения.

Концепция IMS появилась на свет в процессе работы над стандар-
тами для систем подвижной связи следующего поколения 3G. Для
проведения процедур стандартизации в 1998 г. был создан проект
3GPP (Third Generation Partnership Project), в котором участвовали
основные азиатские и европейские организации по стандартизации.
В 2002 г. 3GPP удалось создать AH-IP-систему управления сетью 3G,
базирующуюся на принципах Softswitch и возможностях протокола
SIP. Именно она получила название IMS и стала новым шагом в раз-
витии подходов к управлению вызовом.

Затем появился проект TISPAN (Telecommunications and Internet
converged Services and Protocols for Advanced Networking), ориенти-
рующий архитектуру IMS на фиксированные сети, а также на конвер-
генцию фиксированных и мобильных сетей FMC (Fixed-Mobile Conver-
gence). В настоящее время TISPAN ведет основные разработки по
IMS. TISPAN выгодно отличается наличием стандартов, которые по-
зволяют развивать единообразные и потому способные эффективно
взаимодействовать сети.

В настоящее время фиксированные и мобильные решения суще-
ствуют сами по себе. Эти два пакетных решения практически несо-
вместимы, несмотря на то что каждое основано на пакетной техноло-
гии IP. Однако VoIP в фиксированном и в мобильном мире различа-
ются. IMS технология должна решить проблему их стыковки путем
унификации среды передачи, общих протоколов взаимодействия и
реализации для пользователей мультимедийного интерфейса на базе
технологии SIP.

Основная идея объединения сетей заключается, во-первых, в
стандартизации взаимодействия и обеспечении взаимосвязи различ-
ных сетей (фиксированной и мобильной), а во-вторых, в использова-
нии мультимедийных приложений. Суть мультимедийности в том, что-
бы довести услугу непосредственно до рабочего места клиента, кото-
рому оператор предоставляет дополнительные приложения. Эти при-
ложения, адаптированные к запросам клиента или требованиям рын-
ка, можно создавать универсальными способами.

Услуги создаются на серверах приложений и серверах медиаре-
сурсов, общих для всей сети, следовательно, уже не имеет значения,
какая именно сеть. Владелец мобильного телефона, абонент, под-
ключенный через беспроводные сети, DSL, PON, оптические линии
связи получат один и тот же набор услуг, реализуемых на серверах
приложений, которые доступны всем абонентам вне зависимости от
способа подключения к сети.

Сегодня можно говорить о тестовой эксплуатации технологии IMS.

Сегодня еще не рекомендуется строить сети для предоставления
базовых услуг на основе технологии IMS. Есть гораздо более отрабо-
танные пакетные технологии фиксированных и мобильных Softswitch,
которые позволяют реализовать основные задачи, а в дальнейшем
становятся ресурсами IMS. Это еще не IMS сети, но существует воз-
можность их плавного перехода в комплексное решение IMS.
Архитектура IMS, как уже говорилось, должна решить проблему
стыковки сетей. Сегодня предлагается ряд IMS услуг для российского
рынка, в частности, создание конвергированного терминала. Одно из
коммерческих приложений конвергенции - роуминг между фиксиро-
ванной и мобильной сетями и точками доступа Wi-Fi. Например,
смартфон (двухдиапазонный мобильный телефон GSM плюс Wi-Fi)
абонент может использовать как в режиме мобильной связи вне офи-
са и дома, т.е. как обычный мобильный телефон, так и для внутри-
офисной связи через Wi-Fi, а также дома, если, конечно, там имеется
Wi-Fi-точка доступа. Когда абонент попадает в сеть Wi-Fi, звонок из
GSM-сети переходит в Wi-Fi без перерывов связи. Это функция пере-
дачи вызова - handover, когда управление звонком передается из од-
ной технологии в другую. Кстати, технологии совершенно не связаны
(Wi-Fi - это полностью IP и SIP, a GSM - технология TDM-
коммутации). Тем не менее, IMS с набором технических средств и
правил взаимодействия этих двух сред позволяет создавать услугу
таким образом, что клиент не заметит перемещения между техноло-
гиями. Еще один вариант - создание объединенной сети, когда мо-
бильный телефон абонента работает параллельно с телефонным
аппаратом на его рабочем столе, в том числе и дома. В таком случае
абонент имеет общую адресную книгу, общий файловый обмен при
звонках с мобильного и фиксированного терминалов, один и тот же
телефонный номер, и, кроме того, может выполнять настройки для
двух терминалов одновременно.

Какие преимущества есть у абонента? На визитке указывается
только один номер, следовательно, самостоятельно определяется,
кто по нему дозвонится, в какое время и куда, я могу управлять вхо-
дящими звонками. С точки зрения контроля над собственными комму-
никациями это достаточно полезно.

Всегда «на связи»?

Преимущество даже не в этом. Быть постоянно на связи, возмож-
но, не так уж и хорошо. Например, во время встречи с заказчиком
я предпочту, чтобы на звонки ответили коллеги, секретарь или кон-
вергированная система сообщений. А вот когда находишься в коман-
дировке, важно, чтобы звонки, поступающие от коллег и клиентов,
передавались на мобильный телефон. Речь о том, чтобы контролиро-
вать свою доступность.

Все крупные вендоры заявили о том, что нужно внедрять в сетях
именно архитектуру IMS, что приложения (востребованные сейчас
рынком) должны реализовываться на базе IMS-концепции. По оцен-
кам Nortel, примерный объем мирового рынка мультимедийных услуг
составляет порядка 500 миллиардов долларов в год.
16.2. Обобщенная структура сети на основе Softswitch

Основная задача сетей нового поколения заключается в обеспечении
взаимодействия разных коммуникационных подсистем, что позволит для
передачи голоса, данных и видео использовать единую инфраструктуру.

Каждая коммуникационная подсистема такой мультисервисной сети
может использовать различную технику для обработки своего трафика

Уровень
услуг

Уровень
управления

Базовый
подуровень

SG: Signaling gateway (шлюз сигнализации); TG: Trunking gateway
(транковый шлюз); AG: Access gateway (шлюз доступа); NAS: Nar-
rowband access server (узкополосный сервер доступа); IAD: Inte-
grated access device (интегрированное устройство доступа); WAG:
Wireless access gateway (шлюз беспроводного доступа); H.323GW:
Н.323 gateway (шлюз Н.323); IP РВХ: IP-based private branch exange
(офисная телефонная станция на основе IP); MSAG: Multi-service
access gateway (мультисервисный шлюз доступа) .

Рис. 16.3. Сеть NGN на основе Softswitch
(голоса, данных, видео) и на каждой стадии этого процесса могут при-
меняться различные стандарты. На границе сети эти потоки должны
быть приведены к единому формату. Эту задачу выполняют шлюзы.

Они играют ключевую роль во взаимодействии пакетной сети и сети
ТфОП. Шлюзы в сети NGN относятся к подуровню доступа (рис. 16.3).
Всего в иерархической структуре сети на основе технологии Softswitch
различают три уровня: это транспортный, уровень управления при-
кладной. Часто в литературе транспортный уровень разбивают на два
подуровня - базовый и доступа (рис. 16.3).

Под базовым уровнем передачи понимается в основном сеть ком-
мутации пакетов, состоящая из магистрального оборудования пере-
дачи типа IP-маршрутизатора и/или ATM-коммутаторов. Он представ-
ляет собой основу для передачи информации в сети Softswitch.

Уровень управления представлен блоком управления Softswitch
и обеспечивает реализацию интегрированных функций управления и
обработки, таких как обработка и управление вызовами, адаптация
и взаимодействие протоколов доступа, и формирует общесетевую
платформу поддержки приложений.

Прикладной уровень обеспечивает интерфейс пользователя с сис-
темой, реализацию интегрированных интеллектуальных услуг, ориен-
тированных на пользователей, и настройку услуг в соответствии с их
требованиями.

Взаимодействие между уровнями осуществляется через стандарт-
ные интерфейсы и под управлением устройства управления Softswitch.

Рассмотрим далее функции устройств, представленных на рис. 16.3.
Начнем с Softswitch. Он выполняет следующие функции.

1)	. Функция обработки и управления вызовами. Обеспечивает-
ся выполнение функций управления (включая обработку вызовов,
управление соединениями, обнаружение событий активизации интел-
лектуальных вызовов и управление ресурсами) для установления,
удержания и освобождения соединений для базовых вызовов. Под-
держка приема запросов мониторинга от функции коммутации услуг
и обработка связанных с вызовами событий. Обеспечивается под-
держка приема информации, связанной с управлением вызовами, от
функции коммутации услуг и поддержка установления и текущего кон-
троля соединений.

Поддержка функции управления базовыми двухсторонними вызо-
вами и многосторонними вызовами. Функция управления многосто-
ронними вызовами включает в себя установление специального логи-
ческого отношения для многосторонних вызовов, подключе-
ние/отключение/блокировку/прослушивание участников вызова,
управление звуковым микшированием и т.д. Обеспечивается иденти-
фикация различных событий, таких как «трубка снята», «набор номе-
ра», «трубка повешена», информация о которых поступает из медиа-
шлюза, управление передачей медиа-шлюзом пользователю различ-
ных тональных сигналов, таких как сигнал ответа станции, вызывной
сигнал, сигнал контроля посылки вызова, и формирование планов
нумерации в соответствии с требованиями операторов.

Устройство управления Softswitch совместно с шлюзом сигнализа-
ции обеспечивает установление и освобождение соединения. Исполь-
зуются стеки протоколов ОКС-7 и IP; в качестве основного протокола
передачи информации используется протокол SCTP. Осуществляется
управление передачей медиа-шлюзом сигнала IVR и различных слу-
жебных сигналов, таких как второй сигнал ответа станции.

Устройство управления Softswitch может быть подключено напря-
мую одновременно к терминалу Н.248, терминалу MGCP и клиенту
SIP для реализации соответствующих услуг.

Если устройство управления Softswitch расположено в местной се-
ти PSTN/ISDN, то оно реализует функцию обработки вызовов местной
телефонной станции. Если устройство управления Softswitch распо-
ложено в междугородной сети PSTN/ISDN, то оно реализует функцию
обработки вызовов междугородной станции.

2)	. Функция адаптации протоколов доступа. Устройство управ-
ления Softswitch является открытым мультипротокольным объектом,
взаимодействующим с различными медиа-шлюзами, терминалами и
сетями посредством стандартных протоколов, таких как Н.248, SCTP,
ISUP/IP, TUP/IP, INAP/IP, Н.323, RADIUS, SNMP, SIP, M3UA, MGCP,
BICC и т.д.

3)	. Функция предоставления услуг/функция интерфейса. Уст-
ройство управления Softswitch обеспечивает реализацию услуг,
предоставляемых станцией PSTN/ISDN, включая базовые и допол-
нительные услуги, поддерживает работу с существующим пунктом
IN SCP по реализации услуг, предоставляемых существующей се-
тью IN, и совместно с сервером приложений обеспечивает предос-
тавление различных платных дополнительных услуг (Value Added
Services, VAS).

Устройство управления Softswitch поддерживает стандартные
INAP-интерфейсы с сетью IN и интерфейсы с сервером приложений,
что упрощает для сторонних поставщиков задачу разработки услуг.

4)	. Функция взаимодействия. Устройство управления Softswitch,
будучи внешним интерфейсом системы Softswitch, обеспечивает
взаимодействие с другими одноранговыми объектами.

Устройство управления Softswitch поддерживает взаимодействие
между сетью пакетной передачи и существующей сетью сигнализации
ОКС-7 через шлюз сигнализации.

Для предоставления пользователям различных интеллектуальных
услуг устройство управления Softswitch поддерживает взаимодейст-
вие с существующей сетью IN, реализуемое через шлюз сигнализа-
ции. Функции типа IVR, необходимые для реализации интеллектуаль-
ных услуг, предоставляются медиа-сервером и медиа-шлюзом, функ-
ционирующими под управлением устройства управления Softswitch.

Устройство управления Softswitch взаимодействует с IP-сетью су-
ществующей системы Н.323 посредством протокола Н.323.

Для обеспечения взаимодействия между устройствами управления
Softswitch используется протокол SIP-Т или протокол BICC.

Обеспечивается взаимодействие между терминалами Н.248, SIP и
MGCP в сети IP.

5)	. Функция поддержки приложений. Устройство управления
Softswitch обеспечивает реализацию функций поддержки приложений,
таких как тарификация, аутентификация, эксплуатация и техобслужи-
вание.

В самом устройстве управления Softswitch система тарификации
отсутствует. Оно лишь генерирует подробную запись о вызове (CDR,
call detail record), и соответствующие тарификационные данные выво-
дятся после окончания вызова или во время вызова (в случае вызо-
вов слишком большой продолжительности).

Для передачи тарификационных данных (то есть, CDR) устройство
управления Softswitch посредством стандартного протокола может
быть подключено к биллинговому центру. В случае обычных услуг для
регулярного сбора тарификационных данных, предоставляемых уст-
ройством управления Softswitch, в биллинговом центре может быть
использован протокол FTP. Минимальный интервал сбора данных
составляет 5 мин. В случае услуг, предоставляемых по учетной карте,
или услуг с предоплатой, для передачи тарификационных данных в
биллинговый центр в режиме реального времени или для разъедине-
ния соединения в режиме реального времени устройство управления
Softswitch использует протокол RADIUS.

Устройство управления Softswitch передает пользовательскую
информацию (например, сведения о том, подписан ли абонент на ту
или иную услугу) в систему тарификации через стандартный интер-
фейс API.

Устройство управления Softswitch поддерживает функцию аутен-
тификации доступа для пользователей и шлюзовых устройств с це-
лью предотвращения доступа со стороны несанкционированного
пол ьзователя/устройства.

В устройстве управления Softswitch реализованы также совершен-
ные функции эксплуатации и техобслуживания.

6)	. Функция разрешения адресов. Устройство управления
Softswitch используется для преобразования адреса Е.164 в IP-адрес
и поддерживает функцию разрешения адресов.

7)	. Функция управления ресурсами. В устройстве управления
Softswitch реализована функция управления ресурсами, выполняю-
щая унифицированное управление ресурсами системы, например
распределение, освобождение и контроль ресурсов.

Перейдем к описанию функций, выполняемых шлюзами.

Шлюз сигнализации (Signaling Gateway, SG). Шлюз сигнализа-
ции SG - это сетевое оборудование, устанавливаемое на границе
традиционной сети сигнализации ОКС-7 с коммутацией каналов и
сети пакетной передачи и обеспечивающее эффективное взаимо-
действие между двумя системами межсетевой сигнализации. SG мо-
жет играть важную роль в сети следующего поколения не только
в качестве шлюза сигнализации для реализации взаимодействия
между сетью с коммутацией каналов и сетью с коммутацией паке-
тов. Он может быть также использован в качестве независимого
оборудования передачи сигнальных сообщений при построении сети
сигнализации на основе IP.

Транковый шлюз. Транковый шлюз (Trunking Gateway, TG) рас-
положен на границе сети PSTN и системы Softswitch; он выполняет
функцию преобразования речи/факсимильных сообщений, исполь-
зуемых на стороне абонента сети PSTN/ISDN, в речь/факсимильные
сообщения, используемые на стороне сети IP, и наоборот. Этот шлюз
отвечает главным образом за обеспечение доступа PSTN к базовой
сети IP по соединительным линиям, при этом он реализует функцию
преобразования речи/факсимильных сообщений, используемых на
стороне абонента сети PSTN/ISDN, в речь/факсимильные сообщения,
используемые на стороне сети IP, и наоборот.

В сети NGN с архитектурой Softswitch шлюз TG совместно со шлю-
зом сигнализации реализует функцию взаимодействия между сущест-
вующей стационарной сетью PSTN/ISDN и сетью пакетной передачи.

Шлюз доступа (Access Gateway, AG). Шлюз AG расположен на
граничном уровне системы Softswitch и отвечает главным образом за
непосредственное подключение телефонного абонента к сети IP; он
реализует также функцию преобразования между абонентскими ре-
чевыми сигналами/факсимильными сообщениями и речевыми сигна-
лами/факсимильными сообщениями, используемыми на стороне сети
IP. Он обеспечивает доступ к узкополосной речевой услуге по обыч-
ной абонентской линии, имеющей доступ к Z-интерфейсу, цифровой
абонентской линии PRI-интерфейса и абонентской линии с V5.x-
доступом. В системе Softswitch он реализует функции компрес-
сии/декомпрессии речевого сигнала (G.723.1, G.711, G.729 и т.д.),
факсимильной связи (Т.30, Т.38) и другие функции VoIP или IP FAX
под управлением H.248/MGCP.

Когда AG используется во время вызова на стороне вызывающего
абонента, он обеспечивает совместно с Softswitch инициирование вы-
зова, DTMF-набор номера, генерацию необходимых тональных сиг-
налов и т.д. Когда AG используется во время VoIP-вызова на стороне
вызываемого абонента, он обеспечивает совместно с Softswitch под-
ключение вызова, посылку абоненту вызывного сигнала и т.д.

В сети NGN с архитектурой Softswitch шлюз AG реализует совме-
стно со шлюзом SG доступ к телефонному абоненту, при этом AG вы-
полняет главным образом функции оконечной станции.

Специализированной формой шлюза доступа является сервер
доступа к сети (Network Access Server, NAS). Он служит терминатором
для вызова от модемов и обеспечивает доступ к пакетной сети.

Другие устройства, представленные на рис. 16.3.

Интегрированное устройство доступа (IAD). IAD представляет
собой шлюзовое оборудование, которое используется для обслужи-
вания отдельных абонентов и мелких корпоративных пользователей и
обеспечивает подключение различных абонентских терминалов (на-
пример, ПК, телефон и факсимильный аппарат) к сети с коммутацией
пакетов. Устройство IAD, реализованное на основе IP, выполняет
следующие основные функции:

1)	прозрачная транспортировка услуг передачи данных;

2)	обеспечение VoIP-обработки речевых сигналов;

3)	предоставление широкого спектра услуг абонентам.

IP-терминалы. К IP-терминалам относятся IP-телефоны, станции
IP РВХ (учрежденческие станции) и программные телефоны
(software phone). Как правило, это интеллектуальные терминалы,
реализованные на основе либо протокола Н.323, либо протокола
SIP. Различие между IP-терминалами и медиа-шлюзами заключает-
ся в отсутствии необходимости преобразования носителя информа-
ции, поскольку в IP-терминалах речевые сигналы уже представлены
в цифровом виде.

Среда создания услуг. Гибкая среда создания услуг позволяет
операторам внедрять новые услуги без необходимости дорогостоя-
щей модификации оборудования. Должна обеспечиваться поддержка
двух видов серверов: SCP и сервера приложений.

Система управления сетью. Система управления сетью (Network
Management System, NMS) осуществляет управление всеми сетевыми
элементами в сети Softswitch. Для связи с сетевыми элементами она
использует, как правило, протокол SNMP.

Система поддержки. AAA-сервер, крупномасштабная распреде-
ленная база данных и сервер стратегий обеспечивают необходимую
поддержку нормальной работы сети Softswitch.

Перечислим преимущества, связанные с использованием
Softswitch. Прежде всего отметим, что Softswitch обеспечивает не
только интеграцию сетей, но и, что еще более важно, интеграцию ус-
луг, и это является важным шагом в направлении к главной цели -
«персональной связи», т. е. связи с любым абонентом, в любое вре-
мя, в любом месте и любыми средствами.
Решение операторского класса. Система Softswitch обеспечива-
ет построение сети NGN в целом. Она позволяет отделить приклад-
ной уровень и уровень управления от ядра сети, формирует стан-
дартную полностью открытую прикладную платформу, наилучшим
образом удовлетворяет потребности пользователей по созданию
различных новых и интегрированных услуг в соответствии с их кон-
кретными требованиями, предоставляя тем самым законченное ре-
шение, ориентированное на NGN.

Высокая надежность, гарантируемая многоуровневой струк-
турой сети. Система Softswitch имеет многоуровневую архитектуру,
при этом связь между различными уровнями осуществляется через
стандартные интерфейсы; таким образом, функции различных уров-
ней реализуются независимо друг от друга и не оказывают никакого
влияния друг на друга. Модификация оборудования на одном уровне
никак не сказывается на нормальной работе любого другого уровня.
Кроме того, сетевая платформа общего пользования позволяет опе-
раторам использовать оборудование сторонних производителей.
Система Softswitch поддерживает работу многопроцессорной систе-
мы, обеспечивая возможность создания гибких конфигураций в соот-
ветствии со специфическими требованиями различных сетей.

Широкий спектр решений с гибкими режимами организации
сети. Архитектура Softswitch позволяет предоставлять услуги через
различные физические шлюзы, обеспечивая тем самым разнооб-
разные решения по построению сетей. Операторы могут выбирать
различные типы шлюзов в полном соответствии со своими требова-
ниями и существующими сетевыми ресурсами для обеспечения наи-
высшей эффективности работы системы и своевременной окупае-
мости инвестиций.

Например, для пользователя терминала доступа предусмотрены
следующие режимы: Softswitch + AG, Softswitch + IAD, Softswitch + IP-
телефон, Softswitch + PC-телефон и т.д.

Низкие затраты на построение сети. Компоненты системы
Softswitch не только распределены по сетевой структуре, но и отде-
лены друг от друга физически. Устройство управления Softswitch,
различные шлюзы, сервер приложений и т.д. могут быть размещены
в разных местах, что позволяет существенно снизить затраты на по-
строение сети и транспортировку трафика. Кроме того, удаленный
доступ предоставляет полную свободу по реализации возможностей
централизованного управления сервера приложений, устройства
управления стратегией (policy management device) и т.д., снижая сте-
пень дублирования инвестиций операторов.

С другой стороны, будущая конкуренция будет все больше кон-
центрироваться на предоставлении услуг, поэтому простота и опе-
ративность реализации новых услуг, обеспечиваемые системой
Softswitch, позволит еще больше снизить расходы на их реализацию
и сократить долговременные инвестиции, предназначенные для экс-
плуатации сети.

Новые источники доходов. Система Softswitch предоставляет
стандартную, полностью открытую прикладную платформу, обеспе-
чивающую возможность внедрения новых услуг либо путем модифи-
кации с помощью сервера приложений, либо за счет использования
компонентов сторонних производителей. Это не только обеспечивает
решение проблем операторов, связанных с определением того, сле-
дует ли концентрировать свои усилия на развитии услуг или развитии
сетей, но и предоставляет операторам возможность поиска различ-
ных вариантов применения услуг, повышая их конкурентоспособность
и создавая новые источники доходов.

Система Softswitch позволяет поставщикам услуг в любое время
расширять емкость системы или внедрять новые услуги, обеспечивая
тем самым возможность настройки услуг согласно конкретным требо-
ваниям пользователей.

Более высокие прибыли. Интегрированная платформа и откры-
тые интерфейсы протоколов системы Softswitch позволяют более бы-
стро предоставлять пользователям многочисленные услуги. Очевид-
но, что в будущем конкурентная борьба между операторами будет
сосредоточена на предоставлении услуг, поэтому все большее зна-
чение в конкуренции будут приобретать не только типы предостав-
ляемых услуг, но и - что еще более важно - оперативность их пре-
доставления.

Если новые услуги NGN будут определять образ повседневной
жизни пользователей (на работе и дома), эти пользователи будут все
больше полагаться на конкретных поставщиков услуг и очень неохот-
но будут воспринимать радикальные перемены. Следовательно, чем
оперативнее поставщики будут предоставлять пользователям услуги,
соответствующие индивидуальным потребностям последних, тем
большее число пользователей им удастся сохранить за собой. Из это-
го можно сделать вывод о том, что система Softswitch предоставляет
операторам большие преимущества.

Централизованная интеллектуальная система NMS. В систе-
ме Softswitch реализован механизм управления сетью на основе
заданных стратегий, обеспечивающий переход от традиционного
статического управления сетью (Network Management, NM) к дина-
мическому NM. В NM на основе стратегий имеется определенная
интеллектуальная система, обеспечивающая централизованную
обработку задач управления техобслуживанием, которая может
быть использована для унифицированного управления всей сетью
в целом. Управление на основе заданных стратегий обеспечивает
централизованное унифицированное управление трафиком и каче-
ством обслуживания QoS во всей сети, реализуемое в режиме ре-
ального времени, а также обеспечивает безопасность работы в
масштабе всей сети.

Защита инвестиций. Система Softswitch поддерживает эффек-
тивное взаимодействие с существующими сетями, поэтому реформи-
рование сети не оказывает никакого влияния на предоставление ус-
луг конечным пользователям. За счет использования различных ком-
бинаций сетевых элементов система Softswitch обеспечивает реали-
зацию различных решений, а поскольку прикладной уровень и уро-
вень управления представляют собой централизованные и унифици-
рованные платформы, то это позволяет избежать дублирования ин-
вестиций.

16.3.	Протоколы взаимодействия «сетей нового
поколения» (NGN)

Сеть нового поколения может взаимодействовать с телефонной
сетью (PSTN), с наземной мобильной сетью общего пользования
(PLMN), с мобильной сетью 3-го поколения (3G), с интеллектуальной
сетью (IN), Internet и другими сетями посредством межсетевых меди-
ашлюзов, медиашлюзов соединительных линий и медиашлюзов сиг-
нализации. Такое взаимодействие позволяет NGN эффективно пре-
доставлять все услуги для пользователей сетей доступа.

При разработке архитектуры сети следующего поколения, как уже
отмечалось, была принята идея разделения функций обработки вы-
зова, контроля ресурсов коммутации и подключения каналов от самих
этих ресурсов. Это позволяет оператору свободно видоизменять объ-
ем требуемых ресурсов. Оборудование обработки вызова и контроля
сконцентрировано в одном месте (или в двух для достижения высокой
готовности), а оборудование коммутации и подключения каналов
связи может быть распределено по всей сети. Более того, изменение
объема этих двух видов ресурсов будет проходить независимо друг
от друга.

В основе NGN лежат три основных принципа:

-	использование сети с пакетной коммутацией для всех видов тра-
фика;

-	использование единой транспортной сети для различных сетей
доступа;

-	использование сети с распределенной архитектурой, где каждый
уровень независим от других.

На рисунке 16.4 представлены функции NGN и протоколы, исполь-
зуемые на разных уровнях иерархии.

Рассмотрим для начала функции различных протоколов и затем
дадим их более подробную характеристику.
Приложения (Services):
Традиционные услуги IN, новые услуги
обработки,хранения, поиска,...

Интерфейсы (API): Parlay, JAIN, WinAPI,...

Управление:
соединениями, вызовами, трафиком (Softswitch)

Взаимодействие с транспортными сетями:
(MGCP/MEGAC0/H.248, Н.323, SIP, INAP,...)

Транспортные сети: (ТфОП, N-ISDN, IP/MPLS,
ATM, GE (Gigabit Ethernet), 1OGE,...)

Рис. 16.4. Функции уровней и протоколы NGN

Управление вызовами в сетях с коммутацией пакетов. Стреми-
тельный рост Internet как конкурента телефонной сети вызвал необ-
ходимость конвергенции служб (Services) этих двух сетей. Чтобы под-
держивать услуги телефонии в сети с технологией IP, требуется про-
токол сигнализации, который позволял бы устанавливать и разъеди-
нять телефонные соединения в сети с пакетной коммутацией. Прото-
колы управления вызовами реализуются серверами контроля вызо-
вов (Call Server, Softswitch).

Эта функция может быть реализована протоколами из набора
стандартов Н.323 (ITU-T) или SIP (RFC 2543). Протокол SIP получил
широкую поддержку у производителей телекоммуникационного обо-
рудования (Nortel, Ericsson, Nokia, Alcatel, Cisco и др.). По всей ви-
димости, он и будет тем сигнальным протоколом, который будет
поддерживать процессы установления соединений в сети нового
поколения.

Для сети с распределенной уровневой архитектурой требуется
разработка новых стандартизированных сетевых протоколов:

-	управления вызовами в сетях с коммутацией пакетов;

-	управления шлюзами;

-	транспортировки сообщений протокола ОКС-7;

-	взаимодействия разных технологий, обеспечивающих конвертацию
протокольных блоков данных в процессе доставки информации.

Транспортировка сообщений ОКС-7. В современных сетях связи
наиболее популярной межстанционной сигнализацией является об-
щеканальная сигнализация № 7. Она используется также в процессе
взаимодействия коммутационных узлов с базой данных интеллекту-
альной сети (IN) для предоставления пользователям интеллектуаль-
ных услуг. Использование единой IP-транспортной сети приводит к не-
обходимое™ применения специального протокола надежной пере-
сылки сообщений ОКС-7 между коммутационными узлами связи.
Специальная рабочая группа SIGTRAN разработала протокол пере-
дачи Stream Control Transmission Protocol (SCTP) (RFC 2960), обеспе-
чивающий надежную транспортировку сообщений ОКС-7 через IP-
сеть. Кроме того, были предложены варианты замены транспортных
уровней ОКС-7, использующихся на сетях с коммутацией каналов
(МТР2, МТРЗ, SCCP), на транспортные уровни (M2UA, M3UA, SUA),
которые применяются в IP-сети.

Протоколы управления шлюзами. В предыдущие годы были раз-
работаны протоколы управления шлюзами:

Simple Gateway Control Protocol (SGCP);

-	Internet Protocol Device Control (IPDC);

-	Media Gateway Control Protocol (MGCP), на основе которого был
разработан протокол MEGACO.

В настоящее время применяется протокол MEGACO (Н.248), раз-
работанный ITU-T совместно с IETF на основе уже существовавшего
к тому времени протокола управления медиашлюзом MGCP.

Протоколы взаимодействия уровня услуг и приложений с
уровнем управления ресурсами. Основополагающим принципом
привлечения новых клиентов является быстрое создание и внедрение
требуемых им услуг и приложений. Эта задача может быть решена,
как отмечалось выше, с помощью открытых интерфейсов прикладного
программирования (Application Programming Interfaces, API’s), пред-
ставляющих собой набор типовых программных функций и команд,
предназначенных для создания и поддержки различных служб опера-
ционной среды. Между уровнем услуг и приложений и уровнем управ-
ления ресурсами могут использоваться следующие API:

-	OSA (Open Service Access, OSA) - концепция открытого доступа к
услугам;

-	Parlay API, JAIN, WinAPI - открытые интерфейсы прикладного про-
граммирования;

-	SIP (Session Initiation Protocol) - протокол инициализации сеанса;

-	XML (Extensible Markup Language) - расширяемый язык разметки,
проблемно ориентированный язык для создания Web-страниц
(язык одобрен консорциумом W3C (World Wide Web Consortium),
координирующим с 1994 г. разработку новых сетевых технологий
Internet).

Открытые интерфейсы дают операторам возможность предостав-
лять абонентам доступ к услугам и приложениям, расположенным как
на серверах, принадлежащих этому оператору, так и серверах треть-
ей стороны, вне зависимости от используемого оборудования и опе-
рационной системы.
Система прикладного программирования Parlay API, как и подобные
ей системы, обеспечивает конфигурирование, размещение ресурсов,
сертификацию и проверку полномочий на право доступа к информации
для внешних приложений Parlay, основанных на IP. С помощью Parlay
API могут быть реализованы: разработка, управление и использование
интеллектуальных услуг без модификации оборудования Softswitch.

Существующие сети должны иметь доступ к NGN с помощью обо-
рудования конечного пользователя (Residential Gateway, RGW) и шлю-
зов для подключения различных сетей доступа (Access Gateway, AGW):
- UTRAN-UMTS (универсальная мобильная телекоммуникационная
система);

-	сеть радио доступа GSM (Radio Access Net GSM, RAN-GSM);

-	беспроводная абонентская линия (Wireless Local Loop, WLL);

-	локальная сеть (Local Area Net, LAN);

-	тракты с временным разделением каналов (Time Division Multiplex-
ing, TDM).

На рисунке 16.5 приведены протоколы, используемые в шлюзах
сигнализации (SGW) и соединительных линий (TGW). Так, например,
шлюз сигнализации выполняет преобразование (конвертацию) фор-
матов сигнальных сообщений протокола ISUP в форматы сигнальных
сообщений протокола SIP и обратное преобразование.

Шлюз соединительных линий (TGW) обеспечивает преобразова-
ние цифрового сигнала, созданного кодером G.711 (РСМ) и прини-
маемого со скоростью 64 кбит/с из телефонной сети или ISDN, в циф-
ровой компрессированный сигнал, созданный кодером G.729 и пере-
даваемый со скоростью 8 кбит/с в IP-сети с помощью протокола RTP,
а также обратное преобразование.

Рис. 16.5. Конвертация протоколов в шлюзах сигнализации (SGW)
и трактов (TGW)
Управление шлюзами (MGC) поддерживают протоколы: Н.248/
MEGACO, UDP, IP, GE. Пограничный и транзитный маршрутизаторы
(LER/LSR), коммутирующие с помощью меток, обеспечивают согласо-
вание Internet (Intranet) с сетью, использующей технологию многопро-
токольной коммутации с помощью меток (MPLS).

Ниже представлена характеристика основных протоколов, исполь-
зуемых в сетях нового поколения.

Протоколы Н.323 мультимедиа связи в пакетных сетях. Одной из
первых рекомендаций, регламентирующих взаимодействие устройств
при передаче аудио- и видеоинформации, является стандарт Н.323.
Этот стандарт описывает процессы передачи чувствительных к времени
дрставки данных по сетям с негарантированным качеством обслужива-
ния (QoS) и предусматривает:

-	процедуры управления полосой пропускания;

-	механизмы взаимодействия сетей;

-	платформенную независимость;

-	поддержку многоточечных конференций;

-	поддержку многоадресной передачи;

-	стандарты для кодеков сжатия информации.

Основными устройствами в сети передачи данных согласно Н.323
являются следующие.

Пользовательский терминал - устройство, с помощью которого кли-
ент осуществляет работу с сетью IP-телефонии (непосредственно про-
водит вызов абонента). Схема терминала представлена на рис. 16.6.

Шлюз (gateway) - рекомендуемое устройство для поддержки взаимо-
действия между различными сетями (например, трансляция протоколов
Н.255.0 и Н.221 при взаимодействии с абонентами ISDN-устройств).

Контроллер зоны (softswitch) - рекомендуемое устройство, играю-
щее роль виртуальной телефонной станции, с реализованными функ-
циями управления и адресации вызовов, обеспечения дополнительных
телефонных сервисов (например, передача или перенаправление вы-
зовов), управления качеством полосы пропускания для получения не-
обходимого QoS, управления общим использованием сетевых ресур-
сов, а также сетевого администрирования и безопасности.

Устройство организации многоточечных конференций (Multi-
point Control Unit) - устройство для поддержки многоточечных конфе-
ренций по централизованной, децентрализованной или гибридной
схеме. В централизованной схеме каждый контроллер обменивается
информационными потоками с центральным устройством, перена-
правляющим или распределяющим вызовы с использованием Н.245.
В децентрализованной схеме для доставки информации используется
технология групповой адресации, а передача управляющей и кон-
трольной информации также осуществляется между терминалами и
MCU. Гибридная схема объединяет эти два подхода.
Не менее важное значение имеют служебные протоколы передачи
управляющей информации, например, протокол Н.245, который ис-
пользуется для передачи различного рода служебной информации во
время сеансов Н.323. К таким служебным параметрам относятся: со-
гласование параметров при установке сеанса с терминалами, коман-
ды на инициализацию и закрытие логических каналов, передачи со-
общений управления потоками и т.д.

Для установки и закрытия соединения между двумя устройствами
Н.323 служит протокол сигнализации вызова Q.931, а для контроля за
пропускной способностью и состоянием устройств используется про-
токол RAS.

Непосредственная передача данных в сеть осуществляется по-
средством протокола RTP, который представляет собой сетевой
транспорт для приложений, передающих чувствительные к задержкам
мультимедийные данные. Протокол RTP не содержит встроенных ме-
ханизмов резервирования полосы пропускания и не обеспечивает
гарантируемое качество обслуживания QoS для приложений реально-
го времени. Для усиления эффективности контроля передачи данных
используется протокол RTCP. Оба эти протокола являются независи-
мыми от протоколов сетевого и транспортного уровней. Ключевыми
параметрами, используемыми для доставки данных, являются: иден-
тификация передаваемых данных; уникальная нумерация переда-
ваемых фрагментов; назначение временных меток и мониторинг дос-
тавки. Как правило, в качестве протокола транспортного уровня, ис-
пользуемого RTP, служит UDP, однако он может работать и через
другие протоколы.

1	Рассмотрим процедуру установления соединения при использова-
нии Н.323 (рис. 16.7).

1.	Оконечное оборудование с помощью широковещательного за-
проса осуществляет поиск Softswitch (привратника) посылкой сооб-
щения GRQ (Gatekeeper Request).

2.	Получив от оконечного оборудования сообщение GRQ, Softswitch
отвечает сообщением GCF (Gatekeeper Confirm), если он готов обслужи-
вать оконечное оборудование, и сообщением GRJ (Gatekeeper Reject)
в противном случае. При отказе в обслуживании указывается причина
отказа и дополнительная информация (например, адрес альтернативно-
го Softswitch).

3.	Оконечное оборудование сообщением RRQ (Registration Request)
отправляет Softswitch свой сетевой и мнемонический адрес.

4.	В ответ Softswitch посылает сообщение RCF при успешной реги-
страции и сообщение RRJ (Registration Reject) в противном случае.

5.	После регистрации оконечное оборудование может осуществить
вызов определенного абонента передачей сообщения ARQ (Admis-
sion Request), в котором указывается скорость передачи (кратная
100 бит/с) и число каналов, необходимых для передачи речевой ин-
формации.

6.	Softswitch отвечает сообщением ACF (Admission Confirm), если
сеть может обеспечить запрашиваемые параметры, и сообщением
ARJ (Admission Reject) в противном случае.

7.	После этого между вызывающим и вызываемым оборудованием
устанавливается логический канал в соответствии с сигнализацией
Q.931, причем запросы и ответы могут передаваться как через
Softswitch, так и непосредственно.

8.	После передачи сообщений Q.931 Setup и Connect между вызы-
вающим и вызываемым оборудованием устанавливается канал
управления в соответствии с протоколом Н.245.

9.	Вызываемое и вызывающее оборудование обмениваются ин-
формацией об адресах и номерах сеансов для протоколов RTP/RTCP,
Поиск привратника	
(GRQ/GCF) Регистрация	
(PRQ/RCF) Запрос доступа	
(ARQ/ACF)	
Запрос соединения	Запрос соединения
(Setup)	
	(Setup)
Прохождение вызова	Прохождение вызова
	(Call Proceeding) Уведомление
(Call Proceeding)	
Уведомление	(Alerting)
(Alerting)	Установление соединения
Установление соединения	(Connect)
(Connect)	
Определение	Определение
ведущего и ведомого	ведущего и ведомого
Согласование	Согласование
параметров терминала	параметров терминала
Открытие	Открытие
логического канала	логического канала
Один или	несколько
каналов упpi	ввления RTCP
Один или несколько	
каналов транспортировки RTP	

Вызывающий
абонентский
терминал

Softswitch

Вызываемый
абонентский
терминал

Рис. 16.7. Процедура установления соединения при использовании Н.323

после чего между ними создается определенное число каналов
транспортировки RTP и каналов управления RTCP.

На этом процедура установления соединения заканчивается. Не-
обходимо заметить, что в процессе рассмотренного выше взаимодей-
ствия участвуют и другие сообщения, управляющие параметрами ре-
гистрации, например, сообщение IRQ (Information Request), периоди-
чески отправляемое Softswitch оконечному оборудованию для про-
верки состояния соединения, сообщения URQ (Unregistered Request),
UCF (Unregistered Confirm) и URJ (Unregistered Reject), служащие для
отмены регистрации.
Протокол SIP. В качестве альтернативы Н.323 может использо-
ваться протокол SIP (Session Initiation Protocol), представляющий со-
бой протокол прикладного уровня, являющийся частью архитектуры,
предложенной IETF. Архитектура сама по себе включает протоколы
резервирования ресурсов (RSVP), транспортный протокол реального
времени (RTP), протокол передачи потоков реального времени
(RTCP), протокол описания параметров связи (SDP) и протокол уве-
домления о связи (SAP). Протокол SIP имеет общие черты с протоко-
лом HTTP, такие как синтаксис и архитектура «клиент-сервер». В силу
этого все взаимодействия в сети использующей протокол SIP по-
строены через отправку запросов клиентом, а также прием, обработку
и формирование ответов со стороны сервера.

1 Сеть, построенная на основе протокола SIP, включает в себя сле-
дующие узлы:

-	агенты пользователя, являющиеся приложениями терминалов и
состоящие из клиентской и серверной частей (клиентская часть
инициирует SIP-запросы, серверная принимает запросы и возвра-
щает ответы);

-	прокси-сервер интерпретирует (и может перезаписывать) заголов-
ки поступивших от клиентов запросов перед отправкой их другим
серверам. Ответы клиенту SIP также поступают не напрямую, а че-
рез обслуживающий его прокси-сервер;

-	сервер переадресации определяет текущее местоположение вы-
зываемого абонента и сообщает его вызывающему пользователю.
Стек протоколов, используемый при осуществлении взаимодейст-
вия по протоколу SIP, включает в себя следующие протоколы:

Протокол инициирования сеанса связи

(Session Initiating Protocol)	Прикладной уровень

Протоколы TCP/UDP......................Транспортный уровень

Протоколы IPv4 и IPv6..................Сетевой уровень

Кадры Ethernet, ATM ...................Канальный уровень

Среда передачи DTPS, fiber-optic.......Физический уровень

Сообщения-ответы протокола SIP бывают шести видов:

-	запрос в процессе выполнения (код возврата 1хх);

-	успешный запрос (2хх);

-	переадресация (Зхх);

-	неправильный запрос (4хх);

-	отказ сервера (5хх);

-	глобальный отказ (бхх).

Общая схема сети, построенной для использования в ней прото-
кола SIP, представлена на рис. 16.8.

Рассмотрим процедуру установления соединения при взаимодей-
ствии узлов по протоколу SIP.
Рис. 16.8. Общая схема сети, построенной для использования
в ней протокола SIP

1.	Клиент агента пользователя-отправителя SIP посылает прокси-
серверу SIP сообщение INVITE, служащее для установления ново-
го соединения.

2.	Прокси-сервер осуществляет поиск вызываемого абонента, для
чего обращается к серверу адресов.

3.	Сервер адресов возвращает серверу запросов ответ, содержащий
адрес вызываемого абонента.

4.	Прокси-сервер пересылает запрос INVITE серверу агента пользо-
вателя-адресата .

5.	Сервер агента пользователя-адресата возвращает прокси-серверу
ответ.

6.	Прокси-сервер пересылает ответ клиенту агента пользователя-
отправителя.

7.	Клиент агента пользователя-отправителя отправляет прокси-
серверу сообщение АСК, свидетельствующее об успешном уста-
новлении соединения.

8.	Прокси-сервер перенаправляет сообщение АСК серверу агента
пользователя-адресата.
Сравнение протоколов Н.323 и SIP. Говоря о сравнении протоко-
лов IP-телефонии, обычно имеют в виду сравнение протоколов Н.323
и SIP. Это обусловлено тем, что только эти два протокола представ-
ляют собой законченные решения по построению реально работаю-
щих сетей IP-телефонии. В области управления транспортными шлю-
зами также существуют два основных управляющих протокола -
MGCP и MEGACO/H.248, хотя они и имеют между собой больше об-
щих черт, чем Н.323 и SIP.

Архитектура. Для протокола SIP представляет собой набор неза-
висимых модулей, взаимодействующих между собой. Непосредствен-
но в стандарте предусмотрено описание только трех разделов - сиг-
нализации базового звонка (basic call signaling), определения место-
положения пользователя (user location) и регистрации (registration).
Остальные функции, например, QoS или службы каталогов, описыва-
ются внешними по отношению к стандарту протоколами. Вместе с тем
стандарт Н.323 предоставляет готовый набор протоколов для описа-
ния и реализации всех возможных служб (достаточно большое число
протоколов).

Формат описания сообщений и кодирование сообщений. Для про-
токола Н.323 предусмотрен формат описания ASN.1, причем сообще-
ния имеют двоичный формат, в то время, как SIP описывается с по-
мощью усиленной формы Бэкуса-Науэра и его сообщения имеют тек-
стовый формат. С точки зрения написания и отладки программ прото-
кол SIP имеет перед Н.323 несомненное преимущество, так как дво-
ичные сообщения крайне тяжелы для восприятия. Кроме того, объем
описания стандарта SIP (виды запросов, типы полей) занимает в не-
сколько раз меньше страниц, чем аналогичное описание Н.323. Для
сравнения, описание базовой спецификации Н.323 занимает 736
страниц (и это без ASN.1 и правил кодирования пакетов), аналогич-
ное описание для SIP - 128 страниц; в описание Н.323 входят сотни
элементов, в описание SIP - только 37 заголовков, каждый из которых
содержит весьма небольшое число полей.

Транспортная среда. Хотя в описании стандартов для обоих про-
токолов в настоящий момент в качестве транспорта предусмотрено
использование как ТОР, так и UDP, однако подавляющее большинст-
во существующих реализаций использует транспорт TCP (квитируе-
мый) для Н.323 и транспорт UDP (неквитируемый) для SIP. Примене-
ние квитируемого протокола очень сильно влияет на время установ-
ления соединения - если для SIP это время в среднем составляет
1.5 RTT, то для Н.323 - до 7 RTT (хотя с использованием механизмов
Fast Start это время можно существенно уменьшить).

Система адресации. Протокол SIP поддерживает имена в форма-
те URL, в том числе адреса электронной почты, адреса HTTP; прото-
кол Н.323 поддерживает адреса формата Е.164.
Мобильность пользователей. В стандарте Н.323 не обеспечивает-
ся вообще в силу отсутствия необходимых механизмов, в SIP - обес-
печивается при наличии в сети сервера определения местоположения.

Число одновременно поддерживаемых сессий. При использовании
Н.323 процесс прохождения сессии происходит с обязательным уча-
стием контроллера зоны, что создает значительную нагрузку на аппа-
ратные ресурсы. При использовании SIP сервер, передав запрос на
соединение вызываемому абоненту, «забывает» о нем. Наличие та-
кой возможности связано с тем, что передаваемые запросы и ответы
содержат достаточные механизмы контроля состояния сессии. Как
следствие, при одинаковых аппаратных средствах использование
протокола SIP с точки зрения числа поддерживаемых сессий пред-
почтительнее, чем использование Н.323.

Сопряжение с ТфОП. Для сопряжения с существующими теле-
фонными сетями общего пользования (ТфОП) Н.323 поддерживает
сигнализацию Q.931. Протокол SIP стандартными средствами с клас-
сическими телефонными сетями общего пользования не сопрягается
(недавно именно в целях обеспечения сопряжения с ТфОП был раз-
работан адаптивный протокол SIP-Т, являющийся модификацией SIP
и позволяющий инкапсулировать сообщения Q.931 непосредственно
в тело сообщения SIP).

Аутентификация и шифрование. Аутентификация в Н.323 под-
держивается на уровне стандартного внутреннего протокола Н.235,
узлы сети SIP могут использовать любые механизмы аутентифика-
ции, основанные на HTTP, в том числе собственно НТТР-
аутентификацию, SSL и т.д.

Совместимость между версиями. Все версии стандарта Н.323,
включая последнюю - H.323V4, полностью совместимы «сверху-
вниз», в то время как некоторые особенности SlPvl не поддерживают-
ся в последующих версиях протокола.

На сегодняшний момент трудно отдать предпочтение какому-либо
определенному протоколу организации сетей IP-телефонии, так как
выбор протокола сильно зависит от конкретных условий, в которых
развертывается деть IP-телефонии. Протокол Н.323 изначально раз-
рабатывался для использования в локальных сетях, и сейчас больше
подходит для внедрения в сети, контролируемые единым провайде-
ром услуг, а также при необходимости сопряжения с существующими
сетями традиционной телефонии. Протокол SIP лучше проявляет се-
бя в глобальных сетях передачи, например в Интернет. Программное
обеспечение для SIP разрабатывается гораздо проще и с меньшими
трудозатратами. Кроме того, большое значение приобретает под-
держка протоколов маршрутизации (MGCP и др.).

Протокол MGCP. Более современный подход к построению сетей
IP-телефонии заключается в использовании протокола MGCP. Пре-
имущества этого протокола состоит в том, что при построении сети
IP-телефонии он предусматривает совместное использование как
имеющихся устройств Н.323, так и устройств SIP. В сущности, MGCP
не предлагает модели построения системы IP-телефонии «сверху
донизу», а лишь определяет средства управления шлюзами. Эта мо-
дель оперирует компонентами двух видов - портами и подключения-
ми. В качестве портов могут выступать физические порты - аналого-
вые или цифровые интерфейсы, поддерживающие одно телефонное
соединение, или виртуальные порты - программное обеспечение,
являющееся источником речевой информации на сервере. Под со-
единением понимают наличие подключения порта к одному из кон-
цов канала, которое создается между ним и другим портом. При
подключении порта с другой стороны канала будет создано еще од-
но соединение.

Для описания процесса обслуживания вызова используется специаль-
но разработанная модель организации соединения (Connection Model).

В протоколе MGCP определяются следующие типы устройств
(рис. 16.9):

-	транспортный шлюз - Media Gateway (MG) - выполняет прием
речевой информации, поступающей от «классической» телефон-
ной сети (PSTN), и преобразует ее в вид, пригодный для транспор-
тировки по IP-сетям;

-	контроллер шлюзов - Gall Agent - выполняет функции управления
несколькими шлюзами; в сети может находиться несколько кон-
троллеров, синхронизированных между собой;

Транспортный
шлюз
MG

Транспортный
шлюз
MG

Рис. 16.9. Схема сети с использованием протокола MGCP
- шлюз сигнализации - Signaling Gateway (SG) - обеспечивает пе-
ремещение сигнальной информации между телефонной сетью и
контроллером шлюзов, выполняет роль транзитного узла по отно-
шению к сети сигнализации ОКС-7 (т.е. к ТфОП).

Шлюз сигнализации должен принимать сигнальные сообщения
верхнего уровня, поступающие из телефонной сети общего пользова-
ния, и отправлять их к контроллеру шлюзов, а также передавать по
IP-сети сигнальные сообщения формата Q.931.

Протокол MGCP, используемый контроллерами шлюзов, является
внутренним протоколом для обмена информацией между распреде-
ленными блоками распределенного шлюза и подразумевает явное
одностороннее управление, при котором контроллер шлюзов являет-
ся ведущим устройством, а шлюз - ведомым, выполняющим все ко-
манды контроллера шлюзов.

К наиболее значимым преимуществам протокола MGCP относятся
поддержка сигнализации ОКС-7 и других видов телефонной сигнали-
зации, возможность прозрачной трансляции сигнальной информации
по сети IP-телефонии без необходимости кодирования.

Протокол MEGACO/H.248. Развитием протоколов управления шлю-
зами стал протокол MEGACO/H.248, более функциональный, чем про-
токол MGCP [7]. Для переноса транспортных сообщений этот протокол
может использовать как классические протоколы TCP/UDP, так и новый
разработанный SIGTRAN протокол SCTP или транспортную техноло-
гию ATM. Его сообщения могут кодироваться либо текстовым спосо-
бом- тогда для кодирования сигнальной информации используется
обычный текст, а для описания сеанса связи используется протокол
SDP (Session Description Protocol), либо бинарным способом - тогда
для кодирования сигнальной информации используется нотация
ASN.1, а для описания сеанса связи - схема TLV (Tag-Length Value).

Внутри транспортного шлюза протокол оперирует двумя понятия-
ми - портами и контекстами. Понятие физических портов не отлича-
ется от принятого в протоколе MGCP. Виртуальные порты существу-
ют только в пределах разговорной сессии и являются портами RTP,
через которые ведется прием и передача информации. Каждый порт
имеет свой уникальный номер и набор приписываемых ему свойств,
каждое из которых, в свою очередь, характеризуется уникальным
идентификатором.

Контекст - это отображение связи между несколькими портами.
Особым случаем является нулевой контекст, означающий, что порт
свободен. В случае организации видеоконференции контекст опреде-
ляет возможные потоки данных, циркулирующих между портами [1].

Соответственно, множество команд протокола MEGACO/H.248 со-
держит в себе команды добавления порта к контексту, удаления пор-
та из контекста и т.д.
16.4. Примеры построения сетей с устройствами Softswitch

Единая и распределенная структура Softswitch. Программные
коммутаторы Softswitch могут иметь единую или распределенную
структуру.

Единая структура, изображенная на рис. 16.10 подразумевает на-
личие всех модулей Softswitch, входящих в его состав в виде серве-
ров, выполняющих все требуемые функции, взаимодействующих ме-
жду собой по внутримашинному интерфейсу. Как правило, это ПО,
заложенное производителем в структуру Softswitch. Такая структура
подходит для тех операторов, которые строят полностью новую сеть.

Если оператор уже существовал в том или ином виде на рынке
предоставления услуг связи, и у него уже есть некая структура сети,
для него экономически целесообразней ставить Softswitch второго
типа. Распределенная структура, которая отражена на рис. 16.11 под-
разумевает наличие управляющего устройства и набора модулей,
взаимодействующих друг с другом по стандартному протоколу, тако-
му как MGCP. Такая структура программного коммутатора позволяет
оператору выбирать тот набор элементов, которых недостает в его
сети. Так, например, если в сети уже стоял привратник для связи

	Сервер ОКС-7	Шлюз
	Сервер ISDN PRJ	
	Сервер IPDC	
УУ	Сервер Н.323	
	Сервер SIP	Привратник
	Сервер приложений	

Рис. 16.10. Единая структура Softswitch

Рис. 16.11. Распределенная структура Softswitch
с ТфОП, то не имеет смысла дублировать его и ставить Softswitch,
выполняющий те же функции.

Построение сети IP-телефонии. Существует три основных сцена-
рия соединений в сети IP-телефонии: телефон-телефон, телефон-
компьютер, компьютер-компьютер.

Первый сценарий чаще всего встречается при транзите через IP-
сеть телефонного междугородного/международного трафика. Пред-
положим, что используется система сигнализации ОКС-7 (рис. 16.12).
Тогда Softswitch взаимодействует с телефонными коммутаторами и
выполняет функции пункта сигнализации SP.

При запросе одной из телефонных станций соединения этот за-
прос в виде начального адресного сообщения IAM (сообщение о фор-
мировании вызова, передаваемого по выделенной сети ОКС-7), попа-
дает на Softswitch, который производит разборку полученной сигналь-
ной единицы, выделяет из нее сигнальную информацию и на основе
обработки этой информации принимает решение о маршрутизации
вызова и о начале обмена сигнальной информацией с АТС. После
этого формируется сигнальное сообщение IAM в сторону вызываемой
станции, которая может находиться в зоне действия другого
Softswitch, и тогда сначала сообщениями будут обмениваться сами
устройства Softswitch, а уже от них сообщения будут транслироваться
к обеим АТС.

На рис. 16.12 выбран именно такой вариант, а протоколом взаимо-
действия между разными Softswitch является SIP. Итак, происходит
обмен стандартными сообщениями ОКС-7 с вызывающей и вызывае-
мой станциями через IP-сеть. Получив от вызываемой станции сооб-

Рис. 16.12. Установление соединения телефон-телефон
с сигнализацией ОКС-7
Рис. 16.13. Установление соединения телефон-телефон
с сигнализацией DSS1-RPI

щение ANM об ответе вызываемого абонента, Softswitch транслирует
это сообщение в сторону вызывающей станции. Затем соответст-
вующим транспортным шлюзам дается команда установить соедине-
ние, для чего может быть использован, например, интерфейс Н.248
или IPDC (в случае Н.248 команда предписывает переместить опре-
деленные виртуальные и физические порты шлюза из нулевого во
вновь созданный контент). После этого происходит формирование
речевого соединения по сети IP (RTP/RTCP). Таким образом, уста-
навливается соединение двух пользователей ТфОП (или сети под-
вижной связи) через IP-сеть.

При транзите телефонного трафика через IP-сеть с использовани-
ем сигнализации ISDN, поток от вызывающей станции пройдет через
транспортный шлюз, где сигнальная информация сначала будет пре-
образована в сообщения IPDC, а после этого - передана к устройству
Softswitch (рис. 16.13).

Во втором сценарии начало установления соединения остается
прежним, но дальше Softswitch не взаимодействует с вызываемой
АТС (ее просто нет), а устанавливает прямое соединение входного
транспортного шлюза (к которому поступает поток от вызывающей
станции) с терминалом вызываемого абонента через сеть 1Р-теле-
фонии (рис. 16.14).

Softswitch может также выступать как устройство, обеспечивающее
взаимодействие между сетями IP-телефонии, которые построены с ис-
пользованием различных протоколов SIP, Н.323. В третьем сценарии
абоненты могут находиться как в одной и той же сети, построенной на
одном стандарте, так и в разных сетях IP-телефонии. Тогда Softswitch
будет, с одной стороны, взаимодействовать, например, с клиентом SIP,
а с другой - с терминалом Н.323. В этом случае работа Softswitch будет
больше похожа на работу конвертера сигнализации, но, тем не менее,
все функции управления будет выполнять именно он.
Рис. 16.14. Установление соединения телефон-компьютер

Softswitch в сетях мобильной связи. Рассмотрим одну из облас-
тей применения Softswitch - сети мобильной связи.

Как известно, единая сеть передачи данных между центральным
узлом коммутации и базовыми станциями существенно снижает рас-
ходы оператора за счет меньших затрат на ее строительство и об-
служивание, а также более эффективного использования пропускной
способности соединительных каналов. Такая транспортная инфра-
структура позволяет предоставлять услуги передачи голоса и данных
(включая факс и Internet), что логично вписывается в концепцию пе-
рехода к стандартам 2.5G и 3G.

Планируется интеграция сетей мобильной связи различных опера-
торов (операторы мобильных сетей 2G, 2G+ и 3G) в транзитную муль-
тисервисную сеть на базе оборудования Softswitch. На рис. 16.15
представлена структурная схема мультисервисной транзитной сети
(МСТС). Для построения МСТС используется принцип декомпозиции
шлюзов, при котором логика работы сети отделяется в центральном
управляющем устройстве. Такое решение обеспечивает масштаби-
руемость сети и простоту эксплуатационного управления ею. Кроме
того, шлюзы становятся менее дорогостоящими, что позволяет уста-
навливать их в большом количестве. Использование Softswitch и сиг-
нального шлюза с поддержкой протоколов Sigtran (SS7 поверх IP) по-
зволяет отказаться от организации выделенных каналов к сети SS7
(что, например, используется при роуминге) либо услуг третьих ком-
паний, обеспечивающих транзит сигнального трафика. От оператора
всего лишь требуется обычный канал доступа к Internet. Кроме того,
оператор пользуется услугами мультисервисной сети в случае, когда
MGCP или

MEGAC0/H.248

Речь

Транспортный
шлюз

Оператор^
сотовой

<связи Ау

ОКС

Данные Маршрутизатор
GPRS ----------------

Шлюз
сигнализации

Транспортный
шлюз

Маршрутизатор

Шлюз

.Мультисервисная
транзитная сеть

Шлюз
сигнализации

Речь

ОКС

Оператор^
сотовой
ксвязи Бу

Sipver IP

Маршрутизатор

Данные
GPRS

Транспортный \
шлюз

ТфОП

Рис. 16.15. Архитектура МСТС

сигнализации

Internet

необходимо обновить данные в регистре местоположения (HLR) «до-
машней» сети при регистрации, отключении терминала и т.д.

При этом узлом, который обрабатывает сигнализация ОКС-7, при-
нимает решение об установлениях соединений в МСТС, управляет
коммутациями в транспортном шлюзе является Softswitch. Будучи ин-
теллектуальным устройством, он «знает» все доступные сети сотовой
связи, осуществляет составление CDR, пересылку сообщений ОКС-7
через МСТС.

С внедрением программного коммутатора можно существенно
увеличить доход от услуг дальней связи, поскольку к услугам опера-
торов имеются многочисленные центры обмена трафиком в IP-сети
(VoIP Clearing House), предоставляющие оптовые цены на его терми-
нацию. При этом задача проключения вызова внутри распределенной
сети оператора из одного региона в другой решается гораздо проще:
голосовой сигнал вызывающего абонента поступает в общем случае
на вызываемый аппарат в том же цифровом виде.

Возможно, создание подобной мультисервисной сети станет одним
из основных шагов к строительству единой сети NGN, включающей
фиксированные и мобильные сети.

Softswitch в корпоративных сетях IP-телефонии. Как правило,
корпоративные сети имеют собственное адресное пространство, а для
использования сотрудниками Internet-ресурсов устанавливают IP-
шлюзы (не путать со шлюзами IP-телефонии), которые не в состоянии
правильно маршрутизировать пакеты с сигнализацией и голосом. Бла-
годаря возможности проксирования звонков, Softswitch легко решает
Рис. 16.16. Схема построения корпоративной сети IP-телефонии

эту задачу. Кроме того, Softswitch может заменить контроллер зоны и
выполнять функции администрирования и маршрутизации в сети.

На рис. 16.16 представлена одна из возможных схем построения
сети связи корпорации, имеющей удаленный филиал.

Для построения такой сети может быть использовано оборудова-
ние различных производителей.

Softswitch, установленные на границе локальных сетей с глобальной
сетью Internet, позволяют установить соединение между шлюзами, ус-
тановленными внутри этих локальных сетей. Обратите внимание на то,
что подключение к операторам IP-телефонии, предоставляющим меж-
дугороднюю и международную связь, происходит только через
Softswitch, установленный в головном офисе компании. Это упрощает
контроль и администрирование доступа к междугородней связи.

Мультисервисная сеть на основе IP/MPLS и Softswitch. Рас-
смотрим вариант мультисервисной сети, в котором в качестве транс-
портной сети взята сеть, в которой используется многопротокольная
коммутация по меткам (Multiprotocol Level Switching) на основе MPLS.
В эту сеть поступает информация из IP-сети, которая, как известно, не
поддерживает гарантированное QoS. Для обеспечения гарантирован-
ного QoS в предлагается использовать протокол резервирования ре-
сурсов RSVP.

RSVP - это протокол сигнализации, который обеспечивает резер-
вирование ресурсов для предоставления в IP-сетях услуг эмуляции
выделенных каналов. Протокол позволяет запрашивать, например,
гарантированную пропускную способность такого канала, предска-
зуемую задержку, максимальный уровень потерь. Но резервирование
выполняется лишь в том случае, если имеются требуемые ресурсы.

Чтобы обеспечить должное качество обслуживания трафика рече-
вых и видеоприложений, необходим механизм, позволяющий приложе-
ниям информировать сеть о своих требованиях. На основе этой ин-
формации сеть может резервировать ресурсы, чтобы гарантировать
выполнение требований к качеству или отказать приложению, вынуж-
дая его либо пересмотреть требования, либо отложить сеанс связи.

Для полноты картины напомним как осуществляется процесс ре-
зервирования ресурсов на основе RSVP. Отправитель данных пере-
дает на индивидуальный или групповой адрес получателя сообщение
Path, в котором указываются желательные характеристики качества
обслуживания трафика - верхняя и нижняя граница полосы пропуска-
ния, средняя длительность задержки и допустимая вариация дли-
тельности задержки.

Сообщение Path пересылается маршрутизаторами сети в сторону
получателя данных с использованием таблиц маршрутизации в узлах
сети, в нашем случае - до ближайшего маршрутизатора MPLS. Каж-
дый маршрутизатор, поддерживающий протокол RSVP, получив со-
общение Path, фиксирует элемент «структуры пути» - адрес преды-
дущего маршрутизатора. Таким образом, в сети образуется фиксиро-
ванный маршрут. Поскольку сообщения Path содержат те же адреса
отправителя и получателя, что и данные, пакеты будут маршрутизи-
роваться корректно даже через сетевые области, не поддерживаю-
щие протокол RSVP.

Сообщение Path должно нести в себе шаблон данных отправителя
(Sender Template), описывающий тип этих данных. Шаблон специфи-
цирует фильтр, который может отделять пакеты этого отправителя от
других пакетов в пределах сессии. Кроме того, сообщение Path долж-
но содержать спецификацию потока данных отправителя Tspec, кото-
рая определяет характеристики этого потока. Спецификация Tspec
используется, чтобы предотвратить избыточное резервирование.

Шаблон данных отправителя имеет тот же формат, что и специфи-
кация фильтра в сообщениях Resv. В зависимости от идентификатора
протокола, заданного для сессии, шаблон может специфицировать
только IP-адрес отправителя или (но не обязательно) также и
иЭРЯСР-порт.

Приняв сообщение Path, его получатель передает к маршрутиза-
тору, от которого пришло это сообщение (т.е. по направлению к от-
правителю), запрос резервирования ресурсов - сообщение Resv.
В дополнение к информации Tspec, сообщение Resv содержит спе-
цификацию запроса (Rspec), в которой указываются нужные получа-
телю параметры качества обслуживания, и спецификацию фильтра
(filterspec), которая определяет, к каким пакетам сессии относится
данная процедура. Вместе Rspec и filterspec представляют собой де-
скриптор потока, используемый маршрутизатором для идентифика-
ции каждой процедуры резервирования ресурсов.

Когда получатель данных передает запрос резервирования, он
может запросить передачу ему ответного сообщения, подтверждаю-
щего резервирование.
При получении сообщения Resv каждый маршрутизатор резерви-
руемого пути, поддерживающий протокол RSVP, определяет прием-
лем ли этот запрос, для чего выполняются две процедуры. С помо-
щью механизмов управления доступом проверяется, имеются ли у
маршрутизатора ресурсы, необходимые для поддержки запрашивае-
мого качества обслуживания, а с помощью процедуры режимного кон-
троля (policy control) - правомерен ли запрос резервирования ресур-
сов. Если запрос не может быть удовлетворен, маршрутизатор отве-
чает на него сообщением об ошибке.

Если же запрос приемлем, данные о требуемом качестве обслужи-
вания поступают для обработки в соответствующие функциональные
блоки (способ обработки параметров QoS маршрутизатором в прото-
коле RSVP не определен), и маршрутизатор передает сообщение
Resv следующему (находящемуся ближе к отправителю данных)
маршрутизатору. Это сообщение несет в себе спецификацию flowsptc,
содержащую два набора параметров:

«Rspec», который определяет желательное QoS;

«Tspec», который описывает информационный поток.

Когда маршрутизатор, ближайший к инициатору процедуры резер-
вирования, получает сообщение Resv и выясняет, что запрос прием-
лем, он передает подтверждающее сообщение получателю данных.

После окончания вышеописанной процедуры ее инициатор начи-
нает передавать данные, и на их пути к получателю будет обеспечено
заданное QoS.

Совместное использование двух протоколов - RSVP на уровне
доступа и MPLS на уровне транспортной сети - позволяет предостав-
лять пользователям конвергентной сети гарантированное качество
обслуживания.

Теперь нужно оговорить способ подключения к конвергентной сети
абонентов обычной ТфОП. На самом деле, на начальном этапе
ТфОП просто станет частью конвергентной сети, а на стыках между
ТфОП и сетью IP/MPLS будут устанавливаться VoIP шлюзы - устрой-
ства, которые предназначены для преобразования речевой информа-
ции, поступающей со стороны ТфОП, в вид, пригодный для передачи
по IP-сетям, и наоборот.

Кроме того, в конвергентную сеть войдут сети IP-телефонии аль-
тернативных операторов, построенные, например, на протоколах
Н.323 и SIP. Сегодня такие сети используются, в основном, для меж-
дугородной и международной связи, но в условиях конвергентной се-
ти они станут альтернативой ТфОП.

Для управления соединениями в конвергентной сети используется
Softswitch. Поддерживая все протоколы управления шлюзами и терми-
налами пакетной сети, Softswitch поддерживает и сигнализацию ТфОП.
Он управляет устройствами сети IP-телефонии, работающей по про-
Soft-
switch

( PSIN/ISDN/IN ]

( Internet/Intranet)

RSVP ... MPLS

QoS

Существующие сети

Мультисервисные сети

Рис. 16.17. Путь развития телекоммуникационной сети

токолам Н.323 и/или SIP, взаимодействует с телефонными станциями
по протоколам DSS1 или ОКС-7, а соединение между ними организует
с помощью протоколов управления шлюзами MGCP/ MEGACO.

Возможный путь развития телекоммуникационной сети представ-
лен на рис. 16.17.

Пример установления соединения для такой сети дан на рис. 16.18.

Абонент A Softswitch MPLS- Шлюз VoIP

Абонент Б

RTP/RTCP соединение

АТС Абонент Б

Абонентская
сигнализация

Разговорный канал

X

Завершение разговора

Отмена резервирования

Л--------------------

' Освобождение канала

Рис. 16.18. Пример установления соединения
Предположим, нужно связать двух пользователей, один из которых
является абонентом ТфОП, а второй - пользователем сети IP-
телефонии. Пусть инициатором соединения будет VoIP-пользователь
(абонент А), а сеть IP-телефонии использует протокол Н.323.

Посредством сигнализации Н.323 абонент А сообщит коммутатору
Softswitch о своем желании получить соединение с абонентом ТфОП
(абонентом Б). Softswitch должен определить местонахождение вы-
зываемого абонента и, так как это абонент ТфОП, найти ближайший
к нему шлюз VoIP. Одновременно с передачей к Softswitch номера
вызываемого абонента Б, терминал абонента А с помощью протокола
RSVP занимает ресурс связи с маршрутизатором MPLS, необходи-
мый ему для гарантированной передачи речевого трафика реального
времени с соответствующим стандартам качеством.

Дело в том, что терминал абонента А далеко не всегда имеет прямой
доступ к сети MPLS. Подключение к ней может идти по каналам обычной
(public) сети Интернет, которая гарантированного качества обслуживания
не обеспечивает. Именно здесь будет использоваться протокол RSVP.

Контрольные вопросы

1.	Что такое Softswitch? Устройство или технология?

2.	Какие функции выполняет Softswitch?

3.	Перечислите названия четырех уровней иерархической структуры сети на
основе Softswitch.

4.	Каково назначение шлюза сигнализации?

5.	Каково назначение транкового шлюза?

6.	Какие функции выполняет шлюз доступа?

7.	Дайте краткую характеристику протоколов, используемых в технологии
Softswitch.

8.	Сравните протоколы SIP и Н.323.

9.	В каких случаях рекомендуется использовать единую структуру Softswitch,
а в каких распределенную?

10.	Каковы особенности трех основных сценариев соединений в сети IP-
телефонии?

11.	Каковы перспективы использования Softswitch в мобильных сетях?

12.	Как можно использовать Softswitch в корпоративных сетях?

13.	Приведите пример построения мультисервисной сети на основе IP/MPLS
и Softswitch.
Глава 17. Построение сети NGN на основе сетевых
элементов SI3000 компании ISKRATEL

17.1. Архитектура сети NGN на основе сетевых
элементов SI3000

Система SI3000, функциональные блоки которой представлены на
рис. 17.1, базируется на открытой, модульной и масштабируемой
платформе, что обеспечивает множество преимуществ по сравнению
с другими подобными решениями. Открытые интерфейсы архитекту-
ры соответствуют телекоммуникационным стандартам. Это дает воз-
можность использования дополнительных стандартных решений,
разработанных Iskratel, а также продуктов и решений доступных на
открытом рынке.

Плоскость
услуг

Плоскость
управления

Интеллекту-	Обычные терминалы и

альные	оборудование доступа

IP-терминалы

Рис. 17.1. Функциональные блоки NGN-сети Iskratel SI3000
Модульность и масштабируемость системы позволяет получать
оптимальные решения. В то же время, система SI3000 обеспечивает
возможности для простого внедрения новых функций и услуг, увели-
чения емкости сети (количества пользователей), дополнения и со-
вершенствования уже имеющихся решений, обеспечения соответст-
вия новым условиям, стандартам и требованиям регулятивных орга-
нов, использования новых сигнальных и транспортных интерфейсов,
функций межсетевого взаимодействия и т.п.

Разработанная Iskratel архитектура сети NGN представляет собой
всеобъемлющее NGN-решение. Реализация такого решения в полном
объеме на основе сетевых элементов производства Iskratel возможна
как в случае строительства новой сети, так и при миграции к NGN су-
ществующей сети TDM.

В состав системы SI3000 входят элементы различных уровней
NGN-архитектуры. Главным образом, это оборудование, связанное
с голосовой телефонией: разнообразные медиа-шлюзы и шлюзы сиг-
нализации для взаимодействия сетей различных типов (IP, TDM),
а также всевозможные шлюзы доступа и концентраторы. Эта продук-
ция является наиболее востребованным типом оборудования, одна-
ко, его использование в отрыве от соответствующих сервисов и логи-
ки управления вызовами не имеет смысла. Управление вызовами осу-
ществляется медиа-сервирами и программными коммутаторами,
представляющими собой продукт эволюции программного обеспече-
ния цифровых телефонных станций Iskratel. Программное обеспече-
ние системы SI3000, реализованное в окружении серийно выпускае-
мых вычислительных платформ, позволяет осуществлять полный
контроль над вызовами различных типов и обеспечивать предостав-
ление как стандартных, так и нестандартных услуг.

Логика услуг может быть пространственно распределена между
серверами (включая медиа-шлюзы и шлюзы сигнализации) и терми-
нальным оборудованием даже в большей степени, нежели в сетях
TDM. Именно поэтому в состав продукции SI3000 входят также разно-
образные терминалы и клиентские системы, обеспечивающие доступ
пользователей к услугам сети в полном объеме.

Система SI3000 включает в свой состав следующие элементы сети
NGN:

Серверы:

- Программный коммутатор (Call server, CS) является ключевым
элементом системы. Он может быть реализован на базе любой
достаточно производительной аппаратной платформе. Набор сиг-
нальных протоколов коммутатора, а также ПО для управления вы-
зовами и услугами могут быть применены как в новых, так и в уже
существующих сетях. Использование различных серверов, шлюзов
и пользовательских терминалов Iskratel обеспечивает предостав-
Рис. 17.2. Функциональное место программного коммутатора
в структуре сети NGN

ление всего спектра услуг сети TDM и возможность внедрения но-
вых услуг. Программный коммутатор предназначен для использо-
вания в качестве коммутатора класса 4 (транзитного), класса 5
(оконечного) или комбинированного (оконечно-транзитного) комму-
татора класса 4-5. Место программного коммутатора в сети NGN
показано на рис. 17.2.

-	В сетевых элементах с небольшой емкостью может применяться
интегрированная версия программного коммутатора (integrated call
server, iCS). В iOS функции программного коммутатора, медиа-
сервера, сервера сигнализации и приложений объединены на од-
ной плате.

-	Медиа-сервер (MS) является компонентом оборудования SMG. Он
выполняет соединение нескольких пользователей в сеансах кон-
ференц-связи, принимает и передает различные тональные и го-
лосовые сигналы (распознает речь и DTMF, посылает уведомле-
ния, выполняет функции IVR).

-	Сервер приложений (AS) - элемент системы, предназначенный
для разработки, тестирования и коммерческого использования но-
вых приложений без внесения существенных изменений в сетевую
инфраструктуру. С помощью специальных механизмов (протоколов
VXML и LDAP, CSTA, ParlayX) сервер приложений соединяется с
программным коммутатором, обеспечивающим на определенном
уровне безопасности доступность сетевых функций для внешних
приложений.

Узел управления

Узел управления (MN) представляет собой инфраструктуру, на ба-
зе которой функционируют серверные и клиентские части приложений
для централизованного контроля и управления сетевыми элементами
системы SI3000.

В общем в состав данной инфраструктуры входят:

-	один или несколько серверов;

-	для эксплуатационного и административного персонала могут
быть установлены рабочие станции ОА&М (эксплуатация, админи-
стрирование и техническое обслуживание).

Для работы распределенных приложений узла управления тре-
буются:

-	внутренние IP-соединения передачи данных (LAN/WAN) между ап-
паратными компонентами, на которых установлены серверные и
клиентские части ПО;

-	внешние IP-соединения с контролируемыми сетевыми элементами
системы SI3000, а также с системами поддержки эксплуатации
(operation support systems, OOS) или системами поддержки бизне-
са (business support systems, BSS), если таковые установлены
(планируются к установке) и взаимодействуют с MN как с системой
управления элементами сети SI3000.

Характеристики инфраструктуры (конфигурация MN) определяют-
ся проектом. Проектом должно учитываться следующее:

-	необходимость модернизации системы контроля и управления су-
ществующей сети SI3000 при появлении в ней сетевого элемента
SI3000, представляющего новую технологию (например, NGN);

-	типы и количество новых сетевых элементов SI3000;

-	требуемое количество рабочих мест ОА&М;

-	требуемая доступность, надежность и производительность систе-
мы контроля и управления сетевыми элементами SI3000;

-	и прочие условия.

Шлюзы:

-	Медиа-шлюз (MG; Media Gateway) является компонентом оборудо-
вания SMG и предназначен для соединения сетей различных ти-
пов. Он выполняет необходимые преобразования между каналами
TDM и сессиями RTP/IP для обеспечения прозрачной передачи
контента: голосовой и факсимильной информации, DTMF и модем-
ных сигналов. Как правило, к медиа-шлюзу подключается большое
количество интерфейсов Е1 (2 Мбит/с) со стороны сети TDM и
один или несколько интерфейсов Ethernet (Fast Ethernet или Giga
Ethernet) co стороны IP-сети.
-	Шлюз сигнализации (SG; Signalling Gateway) является компонен-
том оборудования SMG и предназначен для трансляции сигналь-
ных протоколов сети TDM (ОКС-7, DSS1) в соответствующие IP-
протоколы: Н.323, Sigtran, SIP. Он также соединяет программный
коммутатор с сетями TDM.

-	Шлюз универсального доступа обеспечивает подключение TDM-
терминалов (аналоговых и ISDN). Он объединяет в себе функции ме-
диа-шлюза и шлюза сигнализации на платформе MLC (V5) или NGN.

-	DSLAM - концентратор доступа по DSL-линиям является основ-
ным функциональным блоком, обеспечивающим широкополосный
доступ. Он поддерживает различные типы цифровых абонентских
’ линий: ADSL, ADSL.2+, g.SHDSL и другие. Концентратор обеспечи-
вает также соединение с сетью ATM или IP, поддерживает различ-
ные сетевые конфигурации и нагрузку, что делает возможным рас-
пределенную установку соединенных в цепочку концентраторов в
местах наиболее удобных с точки зрения существующей сетевой
инфраструктуры (абонентских линий).

-	Шлюз доступа (AGW; Access Gateway) обеспечивает соединение
IP-терминалов (Н.323, MGCP) с сетью TDM через V5.2.

-	Устройства интегрированного доступа (IAD; Integrated Access
Device) и модемы представляют собой конечные точки сети, пред-
назначенные для подключения пользовательского оборудования.
Они связаны с соответствующими концентраторами (DSLAM, ка-
бельными узлами), объединяющими трафик от различных або-
нентских линий.

-	Терминальный адаптер служит для подключения небольшого чис-
ла аналоговых и ISDN телефонных аппаратов к сети IP. Он объе-
диняет в себе функции медиа-шлюза и шлюза сигнализации.

SI3000 MSAN

MSAN - Мультисервисный узел абонентского доступа (Multiser-
vice access node) представляет собой целое семейство продукции
Iskratel, предназначенной для организации «последней мили» высо-
коэффективной сети пакетной коммутации. Оборудование MSAN
поддерживает, например, широкополосный доступ (BAN), доступ с
аналоговых терминалов и универсальный доступ. Оборудование
MSAN полностью совместимо с оборудованием Iskratel, используе-
мым в плоскости управления.

Терминалы:

-	ISDN и аналоговые (POTS) терминалы (телефоны, факсы, моде-
мы и т.д.) подключаются непосредственно к портам доступа интег-
рированного программного коммутатора (iCS) либо через шлюз
доступа (AGW).

-	IP-терминалы (IP-телефоны, телевизионные приставки, компьюте-
ры и т.д.) подключаются непосредственно к IP-сети. Аппаратные и
программные средства терминалов обеспечивают преобразование
голосового сигнала в RTP-пакеты и наоборот, а также соединение
с сетью на основе одного из предназначенных для этих целей про-
токолов. IP-телефоны Iskratel поддерживают протоколы Н.323, SIP
и MGCP. Аналоговые и ISDN-терминалы подключаются к сети че-
рез специальные терминальные адаптеры. Набор услуг и функций,
обеспечиваемых каждым конкретным типом терминала определя-
ется производителем и зависит от совместимости сигнальных про-
токолов, поддерживаемых терминалом, с протоколами, поддержи-
ваемыми NGN-оборудованием Iskratel.

-	Приложения для персональных компьютеров или «программные
телефоны» служат для выполнения с помощью компьютеров VolP-
телефонных вызовов. Компьютеры могут работать в качестве IP-
телефона автономно или совместно с внешним 1Р-телефо-
ном/терминальным адаптером. Функциональность подобных при-
ложений также определяется производителем и совместимостью
сигнальных протоколов терминала с протоколами, поддерживае-
мыми NGN-оборудованием Iskratel.

Элементы сети NGN SI3000 сочетают в себе различные функции
(табл. 17.1). Поэтому эти элементы могут быть использованы в раз-
личных целях в сети NGN SI3000 или включены в состав сетей, реа-
лизованных на сетевых элементах других производителей.

Таблица 17.1. Распределение функций по сетевым элементам

	Функции, выполняемые сетевыми элементами			
	CS	iOS	SMG	AS
Обработка вызовов				
Функции медиа-шлюза		'J	'J	
Функции шлюза сигнализации		>1	>1	
Функции шлюза доступа			'J	
Взаимодействие с внешними приложениями		>1	J	V

17.2. Варианты применения сетевых элементов SI3000

Основная цель построения сети NGN - это реализация приложе-
ний передачи голоса, данных и мультимедиа в единой сети. На
рис. 17.3 показана общая архитектура сети NGN Iskratel SI3000 и рас-
положение отдельных сетевых элементов.

Решения NGN включают в себя некоторые типовые приложения,
варьирующиеся в зависимости от их назначения или окружения, в ко-
тором находится решение NGN.
Доступ

SI2000
AS

IP

TDM

SMG

N

Транспортировка

I

SI2000
MSAN

SI2000
СЕ

OSS/BS^

SI2000 f=|
MN _

SI2000

SI2000 SI2000	65

Речевые
дополнительные
услуги

ТфОП

FTTB

РВХ

Подключенная t
частная резиденция

ISDN ш '
POTS

Eth.

P/MPLS

Приложения

Управление

Metro

FTTH

LAN

Мультимедиа
головная
станция



Подключенное

предприятие

Рис. 17.3. Общая архитектура NGN Iskratel SI3000
и расположение элементов

Местная станция в окружении NGN. На рис. 17.4 показана типовая
топология сети с использованием программного коммутатора в качест-
ве местной станции сети общего пользования в окружении NGN.

Программный коммутатор поддерживает различные протоколы
для управления шлюзом доступа и протоколы мультимедийной связи
MGCP, Н.248, SIP и Н.323.

Платформа доступа MSAN обеспечивает следующие возможности:
- Обычно в существующих аналоговых абонентских сетях сконцентри-
ровано большое количество абонентов. Платформа MSAN оборудо-
вана медиа-шлюзом и шлюзом доступа (AGW; Access media GateWay)
для существующих аналоговых абонентов (пар абонентов) и подклю-
чена к программному коммутатору с помощью протоколов MGCP и
Н.248. Аналоговым абонентам предлагаются базовые и дополнитель-
ные голосовые услуги, обеспечиваемые программным коммутатором.
Рис.17.4. Пример станции IP С5 SI3000

- Концентрация абонентов, использующих оборудование IP-
терминалов с расширенными функциями, подходящее для исполь-
зования мультимедийных услуг, обычно более низкая. Они под-
ключаются к программному коммутатору через платформу MSAN,
оборудованную платами DSL или платами оптоволоконных або-
нентских линий. Соединение между оборудованием IP-терминалов
и программным коммутатором реализуется непосредственно с по-
мощью протокола SIP или Н.323.

-	У отдельных удаленных абонентов есть возможность подключения
к распределенным узлам MSAN малой емкости. В таких случаях
оборудование MSAN обычно включает в себя платы DSL или пла-
ты оптоволоконных абонентских линий для непосредственного под-
ключения к оборудованию IP-терминалов. Существующее аналого-
вое терминальное оборудование или терминальное оборудование
ISDN можно подключать через IAD или ТА, выполняющие функции
медиа-шлюза на стороне абонента (CPE-AGW).

-	Местная станция может быть подключена к существующей сети
TDM через платформу MSAN, оборудованную SMG. SMG выполняет
функции шлюза сигнализации (ОКС-7) и медиа-шлюза (тракты Е1).

Местная станция в окружении TDM. На рис. 17.5 показана типо-
вая топология сети с использованием программного коммутатора в
качестве местной станции сети общего пользования в полном окру-
Рис. 17.5. Пример станции TDM С5 SI3000

жении TDM (замена станции TDM класса 5). Программный коммута-
тор и MSAN поддерживают несколько протоколов адаптации, необхо-
димых для подобного варианта применения.

Классические абоненты TDM могут осуществлять доступ к услугам
программного коммутатора через узел MSAN, сконфигурированный
как AGW. MSAN поддерживает протоколы MGCP, Н.248 и IUA; на
абонентской стороне он поддерживает аналоговую абонентскую сиг-
нализацию, DSS1 и протокол V5.2.

Аналоговые абоненты подключаются к MSAN непосредственно.

К MSAN можно также подключить классический узел доступа TDM
(через интерфейс V5.2). Этот способ позволяет обеспечить подклю-
чение аналоговых абонентов и абонентов ISDN, а также систем
УПАТС ISDN меньшего масштаба (BRA).

Более крупные системы УПАТС ISDN подключаются к MSAN непо-
средственно через интерфейс PRI Е1.

Программный коммутатор подключается к сети TDM через узел
MSAN, оборудованный SMG, и выполняет функции медиа-шлюза,
контролируемого с помощью протокола MGCP или Н.248, а также
функции шлюза сигнализации на направлении к сети ОКС-7 (M2UA,
M3UA), обеспечивая, тем самым, реализацию услуг ISDN в несколь-
ких сетях.

Соединение со станциями более старых типов, использующими
различные виды сигнализации ВСК, можно установить через преоб-
разователь сигнализации, реализуемый с помощью соответствующей
конфигурации изделия iCS (MSAN или автономной версии).

Соединение с другими компонентами NGN (другими программны-
ми коммутаторами) осуществляется через протокол SIP-T.

Модернизация существующих станций TDM SI3000 V5. Часто
используемой топологией сети с программным коммутатором, выпол-
няющим функции оконечной станции сети общего пользования, явля-
ется модернизация существующих станций TDM SI3000 V5 до уровня
NGN в процессе перевода магистральной транспортной сети на тех-
нологии MetroEthernet (рис. 17.6).

Существующие узлы доступа SI3000 V5 можно подключить непо-
средственно к SMG через интерфейс V5.2. Кроме уже имеющихся ус-
луг абоненты (аналоговые, ISDN, УПАТС ISDN) могут использовать
услуги NGN, обеспечиваемые (дополнительным) сервером приложе-
ний (AS; Application Server).

В дополнение к шлюзу IP-сети доступа и сохранению существую-
щей базы данных абонентов модернизация систем SI3000 V5 до
уровня NGN обеспечивает возможность повышения пропускной спо-
собности сети и ввода новых услуг на основе новых технологий дос-
тупа (DSL, оптоволокно).

Постепенное развертывание решения NGN и модернизация
сети. Классические сети TDM строились с помощью трактов Е1 на
базе коммутаторов TDM. Соединение между коммутационными узла-

Каналы
ОКС-7
ми организовывалось с помощью стандартной сигнализации, такой
как более старая ВСК и более новая ОКС-7. На плоскости доступа
применялись специальные узлы доступа для агрегирования абонен-
тов. Взаимосвязь между этими узлами обеспечивалась коммутацион-
ным узлом с использованием классических протоколов (V5.x).

Внедрение новых технологий и новых услуг на основе пакетной
коммутации обуславливает потребность в большей пропускной спо-
собности для транспортировки трафика. Имеющихся трактов Е1 не
достаточно, поэтому проводится постройка новых транспортных опти-
ческих сетей для обеспечения обработки более высокой пропускной
способности. С развитием технологий тип трафика, передаваемого по
оптоволоконным линиям, меняется с SDH на Ethernet. Технология
Ethernet является более дешевой и предлагает большую полосу про-
пускания.

Расширение традиционного решения (рис. 17.7). Решение
SI3000 хорошо адаптировано решение для модернизации сети, по-
скольку новая транспортная плоскость Ethernet 1G может быть по-
строена на плоскости доступа и плоскости восходящего направления.
Это обеспечивает для операторов возможность предоставлять новые
услуги и получать более высокие доходы. Но, поскольку голосовые
услуги все еще представляют собой основной источник дохода, функ-
ции передачи голоса NGN встраиваются в SI3000 для сохранения
рентабельности голосовых услуг.

SI3000 позволяет оптимизировать модернизацию сети и защитить
ранее произведенные капиталовложения. В SI3000 встроены все
классические интерфейсы TDM, а также предусмотрена поддержка
любой сигнализации TDM, разработанной в прошлом в рамках серии
продуктов SI3000. На уровне взаимодействия коммутаторов реализо-

Программный

Рис. 17.7. Расширение традиционного решения (ТфОП)
вана поддержка всех видов классической сигнализации TDM, таких
как ОКС-7, DSS1 и ВСК, что обеспечивает отличную совместимость
с существующими сетями.

Новые интерфейсы пакетной передачи голоса обеспечивают воз-
можность реальной конвергенции сетей и услуг. На плоскости доступа
классических абонентов POTS можно подключить к SI3000 MSAN.
Поддерживаются все функции для аналоговых абонентов, такие как
длина линии, измерения линии и достаточное питание в линии, чтобы
обеспечить предоставление классических аналоговых услуг.

Добавление доступа VoIP (рис.17.8). Провайдеры услуг могут до-
бавлять к решению абонентов VoIP и расширять спектр услуг передачи
данных, предоставляя эти услуги вместе с голосовыми услугами. Это
представляет большую ценность для провайдера услуг, поскольку по-
является возможность предоставлять различные услуги в рамках од-
ной инфраструктуры пакетного доступа, которая может быть представ-
лена инфраструктурой xDSL или кабельной инфраструктурой. Кроме
того, абонентам можно предлагать реальное решение Triple-Play.

Triple-play - это комбинация услуг передачи голоса, данных и ви-
део, предлагаемых как единая услуга со стоимостью меньшей, чем
стоимость таких услуг по отдельности. С технологической точки зре-
ния Triple-Play представляет собой возможность предоставления ус-
луг передачи голоса, видео и данных одним провайдером услуг.

Развертывание голосовых услуг в кабельном окружении или окру-
жении xDSL производится на той же технологической базе, что и раз-
вертывание услуг пакетной передачи голоса. SI3000 обеспечивает
возможность предоставления голосовых услуг для провайдеров ка-
бельных услуг и услуг xDSL. Кроме базовых голосовых услуг, можно

Программный
предоставлять расширенные услуги для дополнительного привлече-
ния пользователей и получения дополнительных доходов. Для обес-
печения уровня голосовых услуг сравнимого с уровнем голосовых ус-
луг TDM можно развернуть такие услуги, как конференц-связь, пере-
адресация вызовов, передача вызова и многие другие.

Если провайдер услуг имеет хорошую сеть с достаточным качест-
вом обслуживания для передачи голоса, то услуги пакетной передачи
голоса, предоставляемые провайдерами по кабельным сетям или
xDSL, имеют одинаковый уровень соответствия требованиям пользо-
вателей. Решение SI3000 ICS обеспечивает возможность разверты-
вания различных моделей для биллинга. В дополнение к тарифика-
ции на базе абонементной месячной платы, чаще всего используемой
кабельными операторами в настоящее время, возможно введение
предоплаты и постоплаты для услуг пакетной передачи голоса.

С помощью решения SI3000 можно также обеспечить доступ для
решения УПАТС IP. Это дает провайдерам услуг возможность расши-
рить портфель услуг и предоставлять доступ VoIP корпоративным
пользователям. Таким образом, провайдеры услуг могут привлечь
большее количество пользователей и достичь большей экономиче-
ской эффективности, поскольку доступ УПАТС IP можно предостав-
лять на базе инфраструктуры пакетной коммутации, используемой
также для услуг передачи данных.

Дополнительные голосовые услуги NGN (рис. 17.9}. Хотя в на-
стоящее время основной причиной развертывания решений NGN яв-
ляется оптимизация работы через общую магистральную сеть пакет-

Сервер

Приложения
сторонних

производителей
ной передачи, истинное преимущество NGN заключается в возмож-
ности быстрого создания усовершенствованных новых услуг с ис-
пользованием стандартных интерфейсов. Сегодня провайдеры услуг
сталкиваются с падением цен на стандартные услуги (базовые услуги
телефонии и т. д.) и вынуждены искать новые источники дохода.

Протоколы NGN, интегрированные в решении SI3000, позволяют
создавать новые услуги на основе передовых технологий, включая
технологии, полученные от сторонних поставщиков, если это необхо-
димо. Интерфейс web-услуг представляет собой новейшую техноло-
гию для создания услуг. Данный интерфейс интегрирован в решение
SI3000 через интерфейс ParlayX. Другой популярный в настоящее
время интерфейс для усовершенствованных голосовых услуг - VXML.
С помощью интерпретатора VXML, интегрированного в SI3000, можно
интерпретировать любой стандартный VXML-файл.

Также существует возможность комбинирования с другими серве-
рами, такими сервер синтеза речи (TTS; Text-To-Speech) или сервер
автоматического распознавания речи (ASR; Automatic Speech Recog-
nition), что позволяет реализовать на практике многие усовершенст-
вованные услуги. Голосовой портал, услуги с предоплатой, персо-
нальный ассистент, управление услугами и предоставление услуг че-
рез web-интерфейс, услуга интерактивного голосового меню (IVR;
Interactive Voice Response) и многие другие услуги могут быть развер-
нуты с помощью SI3000 для провайдеров услуг и предприятий. При-
мером усовершенствованной услуги является интеграция настольной
прикладной системы и web-интерфейса с голосовыми услугами.
В рамках решения SI3000 возможно предоставление клиентам таких
услуг, как услуга набора номера щелчком мыши (Click-to-dial), цен-
тральная телефонная книга и мультимедийные порталы с функцией
управления вызовами.

Районный центр. Сегодня сети связи в районных центрах в ос-
новном базируются на TDM с классическими сетью и интерфейсами
доступа TDM. Значительная часть оборудования, особенно в разви-
вающихся странах, базируется на цифровой сигнализации ВСК.
SI3000 - это идеальное решение для модернизации сетей связи рай-
онных центров, поскольку данное решение поддерживает все класси-
ческие интерфейсы TDM и обеспечивает безопасность вложений в
оборудование TDM, и в то же самое время предоставляет возмож-
ность построения нового доступа и сетей Ethernet восходящего на-
правления. Это обеспечивает для операторов возможность предос-
тавлять новые услуги и получать более высокие доходы. Поскольку
голосовые услуги все еще представляют собой основной источник
дохода, функции передачи голоса NGN встраиваются в SI3000 для
сохранения рентабельности голосовых услуг.
Рис. 17.10. Первый шаг при модернизации сети районного центра

Первым шагом при модернизации сети районного центра (рис. 17.10)
является увеличение количества абонентов. Это обеспечивается
SI3000 MSAN. При этом используется производительность сущест-
вующего коммутатора TDM и одновременно строится новая транс-
портная сеть на основе Ethernet. Абоненты получают доступ, как
к классической телефонии, так и к услуге коммутируемого доступа
в Интернет.

Вторым шагом по развитию сети районного центра (рис. 17.11) яв-
ляется развертывание SI3000 CS. CS можно развернуть в конфигура-
ции усовершенствованной вычислительной телекоммуникационной
архитектуры (АТСА; Advanced Telecommunication Computing Architec-
ture) в случае крупномасштабного развертывания или в экономически
выгодном решении с использованием в MSAN платы программного
коммутатора для конфигураций меньшего масштаба. С развертыва-
нием CS становится возможным предоставление новых усовершенст-
вованных услуг. Реализация транспорта Ethernet на плоскости досту-
па и восходящего направления позволяет развернуть реальное ре-
шение Triple-Play для обеспечения дополнительных источников дохо-
да для операторов.

Сети в сельских районах (рис. 17.12-17.14). Как производитель
экономически выгодных, малых, решений для локальных коммутато-
ров компания Iskratel имеет долгую историю. Эта традиция продолжа-
ется решением SI3000, так как оно вносит настоящую технологию
Рис. 17.11. Второй шаг при модернизации сети районного центра

NGN в решения для локальных коммутаторов. Хотя последние тен-
денции в сфере телекоммуникаций свидетельствуют о том, что на
локальном уровне сетей предпочтение отдается простому абонент-
скому доступу, в некоторых странах с недостаточно развитой теле-
коммуникационной инфраструктурой все еще сохраняется спрос на
решения для локальных коммутаторов. Можно выделить следующие
причины развертывания решений

для локальных коммутаторов:

-	ненадежность сетевого соеди-
нения восходящего направле-
ния с малой пропускной способ-
ностью;

-	доступ к экстренным услугам в
случае возникновения проблем в
восходящем направлении сети;

-	большой объем локального
трафика вызванный локальны-
ми тарифами на основе абоне-
ментной платы;

-	оптимизация трафика.

В связи с этими причинами раз-
вертывание решений по доступу
становится очень сложным, по-

Рис. 17.12. Существующая сеть
в сельской местности
Рис. 17.13. Первый шаг при модернизации сети в сельской местности

скольку для данных решений требуется намного большая пропускная
способность сети в восходящем направлении и надежность. Поэтому
решения для локальных коммутаторов развертываются для повыше-
ния проницаемости телекоммуникационной инфраструктуры и повы-
шения потенциала для развития страны.

Решение SI3000 хорошо адаптировано для построения локальных
коммутаторов, являясь надежным и экономически выгодным. Оно
включает в себя последнюю технологию NGN и может использовать
восходящее направление сети с малой пропускной способностью с
помощью IP-транкинга с оптимизацией полосы пропускания. Это тех-
нология позволяет преобразовать канал восходящего направления в
IP-канал восходящего направления (например, с помощью технологии
передачи IP-трафика по тракту Е1) для повышения пропускной спо-
собности голосового канала в восходящем направлении.

Для обеспечения соответствия требованиям регуляторов техноло-
гию SI3000 LlolP (SORMolP) можно использовать для успешного раз-
вертывания полностью соответствующую требованиям регуляторов,
гибкого решения локального коммутатора. Поскольку в SI3000 реали-
Рис. 17.14. Второй шаг при модернизации сети в сельском районе

зуется новейшая технология NGN, модернизация решения до уровня
распределенного решения NGN является достаточно простой и про-
изводится с заменой каналов восходящего направления сети с малой
пропускной способностью на надежные каналы восходящего направ-
ления с большой пропускной способностью (например, с применени-
ем оптоволокна).

Первым шагом при модернизации сети в сельской местности яв-
ляется замена сетевого оборудования со старых аналоговых комму-
таторов с дорогостоящим техобслуживанием на решение SI3000 для
локальных коммутаторов.

Поскольку развертывание новой транспортной плоскости требует
больших материальных затрат, для услуг пакетной передачи голоса
можно использовать существующий транспорт. Если в сети уже ис-
пользуется SI3000 SAN, то переход к интегрированному программно-
му коммутатору iOS может быть произведен за счет увеличения про-
пускной способности в восходящем направлении с реализацией па-
кетной передачи голоса через существующее транспортное решение.
Рис. 17.15. Оконечная и транзитная станции
для альтернативных операторов

Вторым шагом при модернизации сети в сельской местности явля-
ется внедрение нового транспорта на основе оптоволоконных линий с
использованием интерфейсов Ethernet 1G или Ethernet 100М. При на-
личии достаточной полосы пропускания для повышения доходов
можно предложить решение Triple-Play. Если в сети используется ре-
шение SI3000 SAN, для обеспечения быстрого доступа в Интернет
можно установить плату xDSL.

Оконечная и транзитная станции для альтернативных опера-
торов. Пример топологии сети с использованием программного ком-
мутатора в качестве шлюза и оконечной станции для альтернативных
операторов представлен на рис. 17.15.

В функции программного коммутатора входит контроль белых и
черных списков, и различных ограничений для установления соеди-
нений для транзитных вызовов, что позволяет альтернативным опе-
раторам использовать программный коммутатор в качестве транзит-
ной станции. Если требуется меньшая пропускная способность при
передаче, то один и тот же программный коммутатор функционирует
как шлюз и как оконечная станция одновременно.

Соединение с сетью TDM традиционных операторов обеспечива-
ется MSAN, сконфигурированным как SMG для каналов ОКС-7. Со-
единение между шлюзами устанавливается с использованием прото-
кола SIP-Т, что обеспечивает реализацию сетевых услуг и передачу
информации между сетями TDM традиционных операторов.

Транзитная станция в окружении NGN. Программный коммута-
тор, используемый в качестве транзитной станции (рис. 17.16), перво-
начально выполняет функции статической и динамической маршрути-
Рис. 17.16. Транзитная станция в окружении NGN

зации транзитного трафика между программными коммутаторами,
выступающими в роли оконечных станций, сетью TDM и другими
транзитными узлами NGN.

Программный коммутатор подключается к сети TDM через MSAN,
оборудованный SMG, который выполняет функции шлюза сигнализа-
ции (ОКС-7) и медиа-шлюза (тракты Е1).

Соединение с другим программным коммутатором, используемым
в качестве оконечной станции или другой транзитной станции, уста-
навливается с использованием протокола SIP-Т, который обеспечи-
вает передачу более высоких уровней ОКС-7, что делает возможной
реализацию требуемых сетевых услуг.

Транзитная станция в окружении TDM. Программный коммута-
тор и MSAN, оборудованный шлюзом SMG, обеспечивают поддержку
протоколов ISUP, МТР, M2UA и M3UA, что обеспечивает возможность
установления соединения между программным коммутатором, функ-
ционирующим в качестве транзитной станции, и окружением TDM
(рис. 17.17).

Программный коммутатор можно подключить к оконечной станции
TDM (класса 5) с использованием протокола M2UA через MSAN, обо-
рудованный шлюзом SMG, который одновременно сконфигурирован
как шлюз SGW и шлюз MGW для соединительных линий ОКС-7. Такая
топология сети проста и интересна, главным образом, из-за своей
низкой стоимости. При использовании протокола M3UA звенья сигна-
лизации оканчиваются в SMG (коды SP).
Рис. 17.17. Транзитная станция в окружении TDM

В случае большей пропускной способности при передаче программ-
ный коммутатор можно подключить к оконечным станциям через
MSAN, оборудованный несколькими шлюзами SMG, сконфигурирован-
ными как MGW и выполняющими функции только медиа-шлюзов. Сиг-
нальное соединение (M2UA) реализуется через SMG, который сконфи-
гурирован как шлюз сигнализации для большего количества звеньев
сигнализации, относящихся к распределенным каналам.

Соединение с сетью Н.323 (рис. 17.18). В существующих сетях IP-
телефонии часто используется протокол Н.323.

Терминал Терминал MSAN
SIP Н.323

Терминал
Н.323

Шлюз
Н.323

Рис. 17.18. Организация межсетевого взаимодействия по Н.323
Программный коммутатор подключается к существующей сети IP-
телефонии, в которой используется протокол Н.323, как узел равно-
ценный привратнику согласно вышеприведенной схеме. Если про-
граммный коммутатор и сеть Н.323 относятся к разным операторам,
то смежный пункт между операторами располагается между про-
граммным коммутатором и привратником сети Н.323 с наивысшим
рангом.

IP-транкинг. Перевод существующего голосового трафика между-
городней/международной связи с ТфОП на существующие сети пере-
дачи данных с коммутацией пакетов представляет собой одну из но-
вых возможностей для операторов в области взаимосвязанности, там,
где границы между странами исчезают.

Интеллектуальные шлюзы VoIP-транкинга (решение ICS).
В первом решении для VoIP-транкинга используются интеллектуаль-
ные VoIP-транкинга с интегрированным программным коммутатором
(ICS), преобразующим голосовые сигналы ТфОП в пакетные голосо-
вые сигналы (т.е. VoIP) (рис. 17.19). Такой подход гарантирует полную
защиту капиталовложений в ТфОП, предоставляя всестороннее ре-
шение для VoIP-транкинга с сохранением доступа к дополнительным
услугам на основе коммутации ТфОП.

SN (Switch Node) - узел коммутации TDM; TGW (Trunking Gate-
way) - интеллектуальный шлюз VoIP-транкинга; MN (Manage-
ment Node) - узел управления

Рис. 17.19. VoIP-транкинг с использованием интеллектуальных
шлюзов VoIP-транкинга
С точки зрения соединений ТфОП для каждого интеллектуального
шлюза VoIP-транкинга требуется собственный код пункта сигнализа-
ции ОКС-7, завершая, таким образом, звено сигнализации ОКС-7.
Адаптация интеллектуального шлюза VolP-тарнкинга к национальным
нормам представляет собой простой процесс при использовании под-
ходящего пакета ПО, разработанного для отдельной страны (локали-
зация). Телефонный трафик внутри сети пакетной коммутации опера-
тора передается с использованием однородной сигнализации (Н.323,
SIP, MGCP, H.248/MEGACO), но соединение с сетями пакетной ком-
мутации других операторов обычно реализуется через протоколы
Н.323 и SIP-T.

Интеллектуальные шлюзы VoIP-транкинга предоставляют несколь-
ко' возможностей для повышения коэффициента успешных попыток
вызовов в краткосрочной и долгосрочной перспективе:

- Альтернативная маршрутизация: если в результате сбоя в сети,
перегрузки сети или сбоя другого шлюза VoIP происходит отказ
первичного маршрута, интеллектуальный шлюз VoIP-транкинга
осуществляет маршрутизацию по альтернативному маршруту, ко-
торый может находится на стороне сети ТфОП или сети пакетной
коммутации.

- Изменение маршрута: если вызываемый абонент недоступен по
причине различных ситуаций, возникающих в сети (например, пе-
регрузка сети, отказ используемой сети, занятость абонента и т.д.),
интеллектуальный шлюз VoIP-транкинга может осуществлять мар-
шрутизацию по тому же или альтернативному маршруту в зависи-
мости от полученной причины разъединения.

Медиа-шлюзы и шлюзы сигнализации, контролируемые про-
граммным коммутатором SoftSwitch класса 4 (решение CS). Во
втором решении используются шлюзы SMG, управляемые программ-
ным коммутатором SoftSwitch класса 4 (например, SI3000 CS)
(рис. 17.20). Медиа-шлюзы выполняют только преобразование дан-
ных в несущих каналах между сетью ТфОП и сетью пакетной комму-
тации с помощью различных кодеков VoIP. А шлюзы сигнализации
реализуют терминирование нижних уровней ОКС-7 (например, МТР2
или МТРЗ) и прозрачную транспортировку верхних уровней ОКС-7
(например, ISUP) через сеть пакетной коммутации в CS. Программ-
ный коммутатор SoftSwitch терминирует верхние уровни ОКС-7.

Адаптация к национальным нормам для взаимосоединений с ТфОП
производится только на программном коммутаторе SoftSwitch с помо-
щью подходящего пакета ПО, разработанного для отдельной страны,
или конфигурационной опции вне зависимости от количества медиа-
шлюзов. С функциональной точки зрения CS действует как (транзит-
ная) станция класса 4 с интерфейсами сигнализации (например, ISUP)
и подобными функциями, такими как фильтрация и маршрутизация.
SN (Switch Node) - узел коммутации TDM; CS (Call Server) - про-
граммный коммутатор/Softswitch; SMG (Signaling and Media
Gateway) - медиа-шлюз и шлюз сигнализации; MN (Management
Node) - узел управления

Рис. 17.20. VoIP-транкинг с использованием SMG и CS

В дополнение к механизмам альтернативной маршрутизации и из-
менения маршрута CS в комбинации с SMG (например, SI3000 SMG)
реализует следующие функции:

-	Тест на доступность программного коммутатора SoftSwitch, вы-
полняемый в SMG: если соединение с первичным CS недоступ-
но из-за отказа сети или CS, то можно установить соединение
с вторичным CS;

-	Тест на доступность SMG в программном коммутаторе: если со-
единение с первичным SMG недоступно из-за отказа сети или
SMG, то для установления вызова можно использовать вторичный
или альтернативный SMG.

С функциональной точки зрения оба решения равноценны. Разни-
ца заключается только в масштабируемости и в количестве требуе-
мых кодов пунктов сигнализации ОКС-7, кроме того, решение CS
обеспечивает возможность введения новых услуг.

17.3.	Применение пограничных контроллеров соединений

Пограничный контроллер сеансов (SBC; Session Border Controller) -
это разграничивающий пункт между двумя или более сетями пакетной
SN - узел коммутации TDM; CS (Call Server) - программный комму-
татор/Softswitch; SMG - шлюз сигнализации и медиа-шлюз; SBC -
пограничный контроллер сеансов; TGW - интеллектуальный шлюз
VoIP-транкинга; MN (Management Node) - узел управления

Рис. 17.21. Организация связи между операторами
с помощью SBC в рамках решения CS

коммутации операторов. Он обеспечивает организацию межсетевого
обмена сигнализацией VoIP (например, SIP, Н.323), защиту инфра-
структуры VoIP оператора (например, защиту DoS, контроль доступа,
скрытие и секретность топологии), выполнение договора об уровне
обслуживания (SLA; Service Level Agreement) (например, измерение
полосы пропускания, маркировка/мапирование QoS), доступность ус-
луг (например, адаптивное прохождение NAT, транспортные протоко-
лы и протоколы шифрования, VPN) и многое другое.

При интеграции SBC в оба описанных решения вся сигнализация
вызовов VoIP и трафик VoIP, входящий и исходящий, проходят через
SBC, где производится их проверка в соответствии с несколькими
правилами (описанными в предыдущем абзаце). С точки зрения связи
CS и SMG контроллер SBC представляет собой исходящий маршрут
к сетям пакетной коммутации других операторов. Организация связи
между операторами с помощью SBC представлена на рис. 17.21.

Обеспечение QoS. Обеспечение QoS для голосовых вызовов, пе-
редаваемых через тракты с ограниченной полосой пропускания, име-
ет большое значение. В обоих решениях (iCS и CS) для оператора
существует несколько возможностей леопредения полосы пропуска-
ния для определенного тракта для услуг передачи голоса/видео, мо-
демных соединений и услуги факсимильной связи, использующих
различные кодеки VoIP, и, следовательно, различные полосы пропус-
кания, внутри сети. При превышении предопределенной полосы про-
пускания вызов может быть отклонен или переадресован на альтер-
нативный маршрут.

Кроме того, в обоих решениях доступны подробные записи о вызо-
вах (CDR; Call Detail Record) операторского класса, используемые при
тарификации, которые содержат всю информацию о вызове, включая
статистику VoIP.

Комбинирование этих механизмов внутри сети оператора с меха-
низмами SLA и QoS, поддерживаемыми контроллерами SBC для ус-
тановления соединений между операторами, обеспечивает опти-
мальное качество предоставления голосовых услуг с точки зрения
пользователей и операторов, предоставляющих им эти услуги.

17.4.	Решения для услуг Triple-Play (VoDSL, VoCABLE)

Triple-play - это комбинация услуг передачи голоса, данных и ви-
део, предлагаемых как единая услуга со стоимостью меньшей, чем
совокупная стоимость таких услуг по отдельности. С технологиче-
ской точки зрения Triple-Play представляет собой возможность пре-
доставления услуг передачи голоса, видео и данных одним провай-
дером услуг.

Традиционно операторы кабельных сетей предлагали услугу пере-
дачи видео (телевидение). Однако с совершенствованием технологии
они получили возможность предлагать услуги передачи данных (дос-
туп в Интернет) и начали конкурировать с провайдерами доступа
xDSL. Из-за конкуренции друг с другом и с провайдерами xDSL опера-
торы кабельных сетей начинают внедрять услугу пакетной передачи
голоса с целью сохранения существующих клиентов и привлечения
новых. Традиционно провайдеры доступа xDSL предлагали услугу
передачи данных. С совершенствованием технологии они начали
предлагать услугу передачи видео (телевидение), а относительно не-
давно они начали предлагать также услугу пакетной передачи голоса,
чтобы сохранить конкурентоспособность по отношению к другим про-
вайдерам доступа xDSL, операторам кабельных сетей и операторам
сетей общего пользования.

Интерфейсы СЛ TDM и IP обеспечивают возможность взаимосо-
единения услуги пакетной передачи голоса с другими провайдерами
услуг для обеспечения возможности подключения к абонентам по
всему миру. SI3000 предоставляет в распоряжение провайдеров ка-
бельных услуг и услуг xDSL уникальные возможности технологии
NGN (рис. 17.22).
Рис. 17.22 Решение SI3000 для услуг Triple-Play (VoDSL, VoCABLE)

17.5.	Подключение CS к плоскости услуг

На рис. 17.23 показана типовая топология сети с подключением
программного коммутатора к серверу приложений по протоколу CSTA.
Программный коммутатор обеспечивает базовые функции управле-
ния вызовами, сервер приложений - полную логику услуг.

Определенный интерфейс CSTA обеспечивает возможность неза-
висимой разработки дополнительных услуг (то есть приложений) и их
реализацию на сервере приложений.

Логика услуг обычно включает в себя использование ресурсов ме-
диа-сервера (MS; Media-Server) SMG. При выполнении логики услуг
программный коммутатор также реализует управление ресурсами MS
с использованием протокола MGCP или Н.248.

В состав SMG входит интерпретатор VXML, выполняющий скрипты
VXML. Скрипты VXML генерируются в сервере приложений.

17.6.	СОРМ

Система законного контроля (LM; Legal Monitoring) спроектиро-
вана в соответствии с регуляционными требованиями России
Платформа прикладных услуг

Терминал SIP Терминал Н.323 MSAN

Рис. 17.23. Топологическая схема сети для сервера приложений

(СНГ) по реализации СОРМ (системы оперативно-розыскных ме-
роприятий).

Система реализует функции СОРМ определенного количества
объектов и/или соединений без ухудшения качества контролируемых
соединений. Система обеспечивает мониторинг объектов, подклю-
ченных через SI3000 AGW и SMG или локально в CS и iCS. В допол-
нение к мониторингу голоса существует возможность мониторинга
статистических данных. Продукты компании Iskratel обеспечивают
реализацию как стандартных функций СОРМ.

Стандартизованный протокол СОРМ обеспечивает возможность
использования всех существующих пультов управления СОРМ, кото-
рые уже используются в сетях TDM.

Сетевые реализации СОРМ. По сравнению с функциями законно-
го контроля (СОРМ), обеспечивающими мониторинг внутренних объ-
ектов CS и ICS, функции расширенного законного контроля вызовов
(ЕСМ; Enhanced Call Monitoring) предоставляют возможность прово-
дить мониторинг внешних объектов по отношению к устройству ЕСМ

Таблица 17.2. Технические характеристики СОРМ

Технические характеристики SORM	
Максимальное количество контролируемых абонентов в сети	1024
Максимальное количество контролируемых внутренних абонентов	128
Максимальное количество контролируемых внутренних входящих СЛ	300
Максимальное количество одновременно контролируемых объектов	20, (12 моно, 8 стерео)
Рис. 17.24. Функции ЕСМ

(рис. 17.24). С точки зрения LM устройство ЕСМ (ICS) - это просто
концентратор контролируемых объектов, расположенных по всей се-
ти. ICS концентрирует нисходящие каналы LM по направлению к NE
нижнего уровня и восходящие каналы LM по направлению к пульту
управления. Концентратор iCS LM (ЕСМ) осуществляет концентрацию
контролируемых речевых каналов, а также передачу и маршрутиза-
цию командных сообщений.

Поскольку коммутационные элементы компании Iskratel поддержи-
вают функции СОРМ, возможно их комбинирование с коммутацион-
ными элементами других производителей. С точки зрения пульта
управления вся контролируемая сеть представляет собой отдельную
систему (IP) СОРМ.

В продуктах компании Iskratel предусмотрена возможность одно-
временного комбинирования СОРМ и SORMolP, а продукты других
производителей обеспечивают реализацию только функций СОРМ.

Возможен мониторинг нескольких уровней иерархии объектов NE.

17.7.	Подсистема тарификации и система регистрации
вызовов

Подсистема тарификации и система регистрации вызовов исполь-
зуются для тарификации (CGP, CRP) и регистрации вызовов допол-
нительных услуг.
Подсистема тарификации. Подсистема тарификации осуществ-
ляет анализ данных вызовов и определяет режим тарификации вызо-
ва или услуги.

Она обеспечивает возможность регистрации тарификационных
данных по вызовам абонента и исходящим вызовам по СЛ. Эти дан-
ные используются для начисления платы за отдельные услуги теле-
фонии (например, по префиксу 090), предоставляемые по конкретной
исходящей СЛ.

Система обеспечивает тарификацию с применением комбиниро-
ванного тарифа, состоящего из следующих компонентов:

-	Тариф за неудачные попытки вызовов (поразговорная тарифика-
ция тарифными импульсами - одним импульсом (SPM) или пачкой
импульсов (МРМ)).

-	Тариф за установление соединений (поразговорная тарификация
тарифными импульсами - одним импульсом (SPM) или пачкой им-
пульсов (МРМ)).

-	Тариф за междугородние/международные вызовы один к четырем
(поразговорная тарификация тарифными импульсами - одним им-
пульсом (SPM) или пачкой импульсов (МРМ), или тарикация пе-
риодическими тарифными импульсами - одним импульсом (РРМ)
или пачкой импульсов (РММ)).

В дополнение к синхронным методам тарификации система предос-
тавляет реализацию метода Карлссона и псевдо-Карлссона. Сигнали-
зация, используемая в системе, обеспечивает следующие функции:
- получение тарифных импульсов из систем более высокого уровня;
- генерирование тарифных импульсов и их передача в системы бо-
лее низкого уровня;

-	транзитная передача тарифных импульсов;

-	получение CBNO из систем более высокого уровня;

-	генерирование и передача CBNO в системы более низкого уровня;
- транкинг CBNO;

-	передача тарифных импульсов на абонентскую линию (команда на
тарифных генерируется в CS, сигнал генерируется в узле доступа
MSAN):

-	аналоговая абонентская линия: тарифные импульсы 16 кГц или
12 кГц;

-	аналоговая абонентская линия (местные таксофоны): переполю-
совка.

- извещение о стоимости вызова (АОС; Advice Of Charge):

-	ISDN PRA для тарификации УПАТС ISDN;

-	ОКС-7.

Запись тарифных импульсов (CRP) возможна во всех вышеопи-
санных случаях.
Регистрация вызовов. По окончанию каждого вызова, во время
вызова (после превышения определенного количества импульсов), по
истечении тайм-аута (обычно от 15 минут до 6 часов) или во время
активизации процедуры управления дополнительными услугами ге-
нерируется подробная запись о вызове (CDR; Call Detail Record).
В записи CDR содержится важная информация (время начала вызо-
ва, количество тарифных импульсов, продолжительность вызова, но-
мер и категория вызывающего абонента, номер вызываемого абонента
или код услуги, время завершения вызова, используемый кодек, IP-
адрес RTP, период пакетизации, общее количество принятых и передан-
ных пакетов, среднее время задержки и средний джиттер задержки).

Формат записи может варьироваться. Тип вызова или услуги опре-
деляет необходимость включения в запись CDR опциональных дан-
ных. Формат записи (содержимое и структура) соответствует формату
записей SI3000 V5, однако в нем появились некоторые новые опцио-
нальные части.

Вызовы корпоративных пользователей регистрируются по главно-
му номеру или по индивидуальным каналам.

Для одного вызова на сетевом элементе генерируется одна или
более записей CDR. Количество зависит от требований пользователя.
Такое дублирование позволяет производить передачу выбранных за-
писей в несколько пунктов назначения: в сервер тарификации или
в биллинговый центр клиента. Возможен режим немедленной или пе-
риодической передачи.

Сбор CDR. Для одного вызова на сетевом элементе генерируется
одна или более записей CDR. Количество зависит от требований
пользователя. Такое дублирование позволяет производить передачу
выбранных записей в несколько пунктов назначения: в сервер тари-
фикации или в биллинговый центр клиента.

Режимы передачи:

- Немедленная передача из сетевого элемента в выбранный пункт
назначения. В этом случае программное обеспечение сетевого
элемента дублирует записи CDR для тех групп абонентов, для ко-
торых требуется такой режим передачи. Записи передаются в
пункт назначения практически в режиме реального времени по
стандартному протоколу FTP. Записи CDR, являющиеся подроб-
ными записями о вызовах для оператора (стандартные записи
АМА), перед отправкой в пункт назначения преобразуются про-
граммным обеспечением в подходящий формат. Возможна одно-
временная передача записей CDR в несколько пунктов назначения.

- При периодической передаче из сетевого элемента в сервер тари-
фикации или биллинговый центр в качестве инициатора выступает
сервер или центр. Сетевой элемент обеспечивает хранение фай-
лов CDR на своем жестком диске, откуда они передаются в соот-
ветствии с установленным расписанием либо сервером тарифика-
ции, либо биллинговым центром. Кроме того, сетевой элемент
обеспечивает корректный формат записей CDR, подходящий для
внутренней обработки в биллинговых центрах.

Надежность подсистемы тарификации. Данные тарификации
периодически передаются в сервер тарификации, где обеспечивает-
ся их хранение.

Резервирование и безопасность данных тарификации обеспечива-
ется дублированными жесткими дисками сервера тарификации и час-
той передачей данных. При нарушении связи с сервером тарифика-
ции данные сохраняются локально и в дальнейшем выполняется их
согласование. Объем памяти, используемый в таких случаях, специ-
ально определяется заранее (табл. 17.3).

Таблица 17.3. Надежность системы тарификации

Надежность системы тарификации	
Относительная ошибка генератора реального времени	< 1 х 1СГ5
Относительная ошибка базового интервала периодиче- ской тарификации	< 1 х КГ4
Относительная ошибка интервала периодической тарификации между двумя последовательными тарифными импульсами	< 1 х 10-3
Вероятность потери данных тарификации или некорректной тарификации	< 1 х10ц

17.8. Дополнительные услуги

Дополнительные услуги идентификации номера. В современ-
ных системах связи наличие услуги идентификации вызова рассмат-
ривается как нечто само собой разумеющееся. Информация о номере
вызывающего абонента, номере вызываемого абонента и порте, ис-
пользуемом для вызова, помогает принимать решения о методе об-
работки вызова. Идентификация вызова используется для повышения
доступности, например, в случае не принятого вызова, или может ис-
пользоваться для контроля и распределения вызовов, которые могут
выполняться автоматически на основе заранее заданного сценария.

Идентификация номера может реализовываться (если поддержи-
вается терминалом и используемой сигнализацией) для всех локаль-
ных портов: аналоговых, ISDN или IP. Идентификация вызовов в сети
реализуется на базе всех протоколов соединений SI3000 (DSS1, ис-
пользуемого в России АОН и IP).

В системе SI3000 реализуются почти все определенные в ETSI ус-
луги идентификации номера. Обычный абонент имеет базовые пол-
номочия для простого представления CLIP/COLP. В особых случаях
можно активизировать запрет на представление идентификатора вы-
зывающей линии для исходящих вызовов (только для отдельных вы-
зовов или для всех исходящих вызовов - CLIR, COLR). Для исходя-
щих вызовов, для которых не отображается какая-либо идентифика-
ция, можно активизировать подавление запрета идентификации
(CLIRO, COLRO).

Кроме функции представления идентификации номером SI3000
также предоставляет возможность представления идентификации
именем (CNIP, CONP). Центральная телефонная книга, сконфигури-
рованная на программном коммутаторе, используется для трансля-
ции номеров в имена. Таким образом, пользователь получает более
удобную идентификацию вызывающей линии.

' Система также поддерживает использование центральной теле-
фонной книгги, предоставляемой IP-сетями и доступной по протоколу
LDAP. Такую центральную книгу можно использовать и в других це-
лях, например для других приложений (не относящихся к телефонии).
Приложение телефонии может использовать данную книгу для поиска
имен, соответствующих цифровому представлению входящих вызо-
вов, а также для трансляции имен в номера при обработке исходящих
вызовов (вызывающая сторона знает и набирает имена, а не номера).

Категория представления идентификации номера также включает
в себя услугу множественного абонентского номера (MSN; Multiple
Subscriber Number). Данная услуга может применяться для входящих
вызовов, поскольку она обеспечивает индивидуальные вызывные
сигналы и организацию списка входящих вызовов по индивидуальным
номерам. Эта услуга может использоваться и для исходящих вызовов,
обеспечивая представление различных идентификационных номеров.

Функция идентификации номера вызывающей стороны также
обеспечивает основу для идентификации злонамеренных вызовов
(MCID; Malicious Call Identification).

Дополнительные услуги сокращенного набора. В дополнение
ко всем функциям сокращенного набора, предлагаемым терминаль-
ным оборудованием («горячие» клавиши, справочники и списки, и
т.д.), на программном коммутаторе также могут быть созданы списки
сокращенных номеров для ускоренного набора номера. Такие списки
доступны широкому кругу абонентов, даже тем, кто обладает терми-
нальным оборудованием, не поддерживающим личные списки или
«горячие» клавиши. Списки сокращенного набора на центральном
сервере (ABD) могут использоваться в различных целях, например,
общие и частные списки, и списки с изменением пункта назначения
вызова в зависимости от времени.

Особым типом услуг сокращенного набора являются услуги вызо-
вов без набора номера («горячая линия»). Они обеспечивают автома-
тический набор заданного номера из книги (полного номера или толь-
ко первой части, которая может быть дополнена опциональной чи-
словой строкой).

Другая функция - вызов без набора номера с тайм-аутом. Пользо-
ватель может набрать номер в течение первых 5 секунд после снятия
трубки. По истечении тайм-аута система автоматически набирает за-
данный номер.

Дополнительные услуги завершения вызова. Очень часто за-
вершение вызовов или базовый сценарий вызова реализуются не
идеально по причине занятости абонента, нескольких одновременных
вызовов и других подобных ситуаций. Для успешного завершения вы-
зовов в таких случаях предоставляется большой набор услуг.

Во время активного вызова абонент получает уведомление о входя-
щем вызове (CW). В этой ситуации абонент может продолжить сохра-
нить уже установленное соединение или воспользоваться услугой удер-
жания вызова (HOLD) для переключения между вызовами и позже ре-
шить, какое из соединений он желает продолжить, а какое завершить.

При вызове абонента, находящегося в состоянии занятости, у вы-
зывающего абонента есть несколько возможностей:

-	Завершить вызов и активизировать услугу CCBS.

-	Подождать со снятой трубкой, пока вызываемый абонент не при-
мет вызов (CAMP) после получения уведомления об активизации
функции вызова на ожидании.

-	Подключиться к установленному для разговора соединению або-
нента, находящегося в состоянии занятости (CINT), при наличии
соответствующих полномочий (обычно только в экстренных случа-
ях, через оператора-телефониста и т.д.), и если вызываемый або-
нент не активизировал защиту от подключения к соединению. Все
участники разговора получают информацию о новом участнике.
Специальным типом подключения к вызову является вмешатель-
ство оператора - междугородной телефонистки (ТОР), используе-
мое в сетях общего пользования.

Если вызываемый абонент не отвечает, вызывающий абонент мо-
жет установить обратный вызов и завершить требуемый вызов, как
только вызываемый абонент совершит телефонный вызов (CCNR).

Услуги разлличительного вызывного сигнала (DRING) и воспроиз-
ведения музыки во время удержания вызова (МОН) также относятся
к категории услуг завершения вызова. Эти услуги повышают легкость
и удобство пользования услугами связи.

Услуги реализации вызовов. Услуги реализации вызовов обес-
печивают для пользователя возможность определения передачи ини-
циированного им вызова в пункт назначения.

К данным услугам относятся: переадресация вызовов, сценарии
групповых вызовов, передача вызова другому абоненту, а также пе-
рехват вызовов.
Возможности переадресации вызовов практически безграничны.

Переадресация вызовов может выполняться согласно широкому
спектру критериев:

-	Безусловная переадресация вызовов (CFU).

-	Переадресация вызовов при занятости (CFB).

-	Переадресация вызовов при отсутствии ответа (CFNR) с контроли-
руемым абонентом тайм-аутом для переадресации вызовов.

-	Переадресация вызова на голосовой почтовый ящик, режим записи.
- Переадресация вызова при отсутствии ответа (CFNRe).

-	Выборочная безусловная переадресация вызовов (SCFU) в зави-
симости от источника вызова (внутристанционный или входящий)
, или от номера вызывающего абонента (черные и белые списки).

Переадресация вызовов обычно активизируется на исходящем
пункте, но может быть активизирована и удаленно (сопровождающий
вызов - FLM) с пункта, на который выполняется переадресация.

Переадресация вызовов имеет фиксированный сценарий, а также
вызов может быть переадресован на любой номер, выбранный при
активизации услуги, исходя из решения, обусловленного сложившей-
ся ситуацией (отклонение вызова - CD; Call Deflection). Разница меж-
ду отклонением вызова и переадресацией вызова состоит в том, что
вызывающий абонент не знает об отклонении.

Еще одной функцией является переадресация вызовов, зависящая
от времени, при которой выполнение услуги зависит от времени суток
и расписания переадресации вызовов.

Вместо переадресации на опциональный номер для переадреса-
ции, заданный абонентом, возможна переадресация вызовов на но-
мер, заданный по умолчанию (это подходит для сокращенной проце-
дуры настройки, если номер пункта назначения всегда остается не-
изменным).

В дополнение к переадресации существует множество функций
групповых вызовов.

Выбранные группы могут распределять вызовы в последователь-
ном или линейном режиме или через передачу вызова всей группе.
Отдельный абонент может состоять в нескольких группах. Члены
группы могут находиться в подключенном или отключенном состоя-
нии. Если все члены отключены, переадресация вызовов выполняет-
ся на номер ночной службы.

После выполнения услуги установки вызова на удержание (HOLD)
абонент может установить новое соединение вызова и подключить
его к удерживаемому вызову вне зависимости от типа используемого
терминала. Обычно передача вызова (ЕСТ) может выполняться во
время фазы посылки вызывного сигнала (так называемая «слепая
передача»), а также только после ответа вызываемого абонента при
справочном вызове для запроса справочной информации (вызов для
консультации). Для профессиональных операторов-телефонистов
реализована функция контролируемой передачи вызовов (СТС). Она
позволяет контролировать передаваемый вызов до ответа вызывае-
мого абонента или до отбоя со стороны вызываемого абонента. Дан-
ная функция разработана для рабочих мест, на которые одновремен-
но поступает несколько вызовов, и для случаев, когда вызовы посту-
пают с большой частотой.

По различным причинам (например, не существующие номера, пе-
ремещенные номера и т.д.) входящие вызовы могут завершаться с
помощью услуг перехвата вызовов (ЮС; Interception Of Call) и пере-
приема вызовов (CPU; Call-Pick-Up). Переприем отдельного вызова,
группового вызова или вызова с номера по умолчанию после получе-
ния акустической информации (вызывной сигнал) подходит для груп-
пы, работающей в одном помещении (акустически).

Переприем вызова также может быть осуществлен при наблюде-
нии за состоянием линии (SLSD, TSD), указываемым визуально инди-
катором рядом с клавишей прямого набора, которую можно использо-
вать для переприема вызовов (кроме для установления соединения).
Эта функция используется для работы телефонов секретаря-
менеджера. Кроме того, специальный протокол SLSD обеспечивает
возможность совершения директорских вызовов и т.д.

Абонент, который хотел бы предотвратить переприем своих вызо-
вов другими абонентами, может активизировать услугу запрета пере-
приема (CPUP).

Дополнительные услуги вызовов с участием нескольких або-
нентов. Программный коммутатор поддерживает реализацию неко-
торых типов услуг конференц-связи, которые обеспечивают установ-
ление соединения для передачи голоса между несколькими абонен-
тами. Они различаются по количеству участников и сценариям орга-
низации. Наиболее часто используется самая простая из них - услуга
трехсторонней конференц-связи (3PTY).

Если в конференц-связи должно принимать участие большее ко-
личество абонентов, то используется либо услуга конференц-связи
с последовательным сбором участников (CONF, до 8 участников), ли-
бо услуга расширенной конференц-связи с последовательным сбором
участников (ECONF, до 8 участников плюс 21 абонент дополнительно,
которые могут только слушать разговор, но не могут принять в нем
участие, чтобы не нарушать эффективность и качество связи). Все
эти услуги конференц-связи требуют выполнения контролируемых
пользователем процедур для постепенной организации конференции
путем добавления одного участника за раз.

Встречная конференция (ММС; Meet-Me Conference) имеет абсо-
лютно другой сценарий установления. Ее функции напоминают чат,
где люди могут вести интерактивное общение в режиме реального
времени. Абоненты подключаются к встречной конференции с помо-
щью набора специального номера услуги ММС, который назначается
отдельной конференции на заданный период времени. На осуществ-
ление такого типа конференции должно дать согласие все участники
или о конференции должно быть объявлено заранее.

Для конференц-связи с еще большим количеством участников и
реализации опциональных сценариев применяются специальные
серверы приложений.

Дополнительные услуги с передачей тарифной информации.
Информация по тарификации вызовов может быть быстро доставлена
абонентам на любые типы портов. Для этого в системе используются
различные механизмы и функции. Информация передается либо с по-
мдщью импульсов 12/16 кГц, либо с помощью замены полярности ли-
нии для аналоговых портов, либо с использованием всех типов услуги
АОС (в начале, во время или по окончанию вызова) для портов ISDN.

В программном коммутаторе хранится подробная информация по
каждому вызову (DEB). Для подготовки счета для отдельного абонен-
та или группы абонентов за определенный период времени на основе
этих данных может использоваться простое приложение MN. Для
пользователей с более высокими требованиями подробные данные о
вызовах могут быть экспортированы в форматах, подходящих для
последующей обработки с помощью внешних специализированных
приложений сторонних производителей.

Кроме классической оплаты вызовов по их завершении существует
возможность внесения авансовых платежей за вызовы. Услуги связи
доступны для пользователя предоплаченных услуг только до того
момента, пока сумма на предоплаченном счете не израсходуется
(даже если это случится во время вызова). Одним из практических
аспектов данной функции, удобным для большинства людей, являет-
ся возможность установки предела максимального использования во
время определенного периода времени.

Программный коммутатор оборудован средствами для управления
должниками или неплательщиками, варьирующимися от вежливых
напоминаний (то есть уведомлений) до более строгих предупрежде-
ний (то есть ограничений вызовов).

Услуги запрета вызовов. Услуги запрета вызовов ограничивают
совершение или прием вызовов в соответствии с различными кри-
териями.

Базовый запрет исходящих вызовов основывается на набираемом
номере. Некоторым группам абонентов может быть разрешено совер-
шать только определенные вызовы, например, местные, городские,
междугородние, международные или вызовы на специальные номера.

Запрет исходящих вызовов может определяться администратором
или, дополнительно, абонентом. Запрет, устанавливаемый админист-
ратором, имеет более высокий приоритет (СВАС). По желанию або-
нента критерии запрета могут быть дополнены временной зависимо-
стью (СВТ).

Каждый отдельный абонент может дополнить устанавливаемый
администратором запрет своими собственными критериями. Личный
запрет защищен паролем пользователя (KEY).

Абонент может устанавливать исходящие вызовы, несмотря на
административный запрет, если он/она авторизован/-а для использо-
вания услуги исходящих вызовов по паролю (РЕОС) и вводит пра-
вильный пароль.

Действие запретов не распространяется на номера экстренных
вызовов (пожарные, милиция и т.д.) независимо от категории запрета.

В дополнение к запрету исходящей связи программный коммутатор
может использоваться для управления запретами на входящие вызо-
вы. Услуга запрета вызовов в соответствии с различными критериями
активизируется системным администратором (ICB). Кроме того, воз-
можно определение выборочного отклонения/приема вызовов (SCA,
SCR) согласно критериям белого/черного списка. Абонент может акти-
визировать услугу временного запрета входящих вызовов (DND).

Дополнительные услуги вызова по заказу (побудка) и вызова
с уведомлением. Простые вызовы по заказу (ACS) используются в
качестве напоминаний. Для них можно установить различную перио-
дичность:

-	одноразовый (непериодический) вызов;

-	ежедневный (периодический), количество повторений можно уста-
новить;

-	по определенным дням недели - до отмены.

Более сложные вызовы-уведомления (NCS) обеспечивают более
эффективную реакцию в случае срочности. Их можно использовать
как вызов-побудку, уведомление о сборе, высокоприоритетные вызо-
вы, вызовы в случае катастроф и пр. Вызов-уведомление можно так-
же назначить для группы абонентов по главному номеру. При этом
список членов определяется заранее. Типам вызовов-уведомлений
можно назначить различные уровни приоритетности.

При ответе вызываемый абонент получает индикацию наличия вызо-
ва-уведомления. Это может быть тональный сигнал, заранее записанное
сообщение или сообщение, записанное при вводе запроса на услугу.

Если вызываемый абонент недоступен (занят или не отвечает),
вызов-уведомление может быть повторен.

Услуги с добавленной стоимостью. Программный коммутатор
обеспечивает реализацию множества голосовых услуг. Эти услуги
используются в различных целях и конфигурациях.

Соединение с плоскостью услуг дает абонентам программного
коммутатора возможность пользоваться современными услугами на
базе архитектуры NGN. Абоненты могут пользоваться услугами IVR,
голосовой почтой, услугой набора номера щелчком мыши (Click-to-
dial), услугами, интегрированными с настольной прикладной системой
(например, Outlook) и т.д.

Другие дополнительные услуги. В дополнение к дополнитель-
ным услугам, определенным и классифицированным ETSI, программ-
ный коммутатор обеспечивает большое количество других дополни-
тельных услуг, которые по отдельности или в комбинации друг с дру-
гом реализуют более сложные функции, полезные для целевых групп
абонентов. Типичным примером является функция секретаря-
менеджера, которая в дополнение к другим услугам, всегда обеспе-
чивает наблюдение за состоянием абонентской/соединительной ли-
нии (SLSD, TSD). Применение оптимальной конфигурации различных
дополнительных услуг (первоначально мониторинга линий и услуг
реализации вызовов) и удобных для пользователя системных терми-
налов позволяет программному коммутатору обеспечить легкое вы-
полнение дополнительных услуг даже в корпоративном окружении,
где используются кнопочные телефонные системы.

Пользователь может быть авторизован для осуществления уда-
ленного доступа к его/ее терминалу программного коммутатора
(RMT). Пользователь может набрать номер программного коммутато-
ра из любого местоположения и пройти аутентификацию путем ввода
персонального пароля. Программный коммутатор дает пользователю
возможность продолжить набор (незамедлительно или после обрат-
ного вызова) и, начиная с этого момента, пользователь может осуще-
ствлять доступ к услугам, поддерживаемым телефонным терминалом.

В программном коммутаторе предусмотрена возможность назна-
чения приоритетов отдельным пользователям или вызовам. Таким
пользователям/вызоваМ разрешается использовать услуги программ-
ного коммутатора даже в экстренных ситуациях и во время особых
событий.

Программный коммутатор обеспечивает отправку пользователям
уведомлений через голосовую почту. Они могут доставляться двумя
способами: лампа MWI/специальный тональный сигнал (или короткое
уведомление при снятии трубки).

В программный коммутатор также встроены услуги помощи для
контроля и техобслуживания его эксплуатации. Услуга занятия и мо-
ниторинга СЛ и автоматический речевой ответ представляют собой
услуги, которые предоставляют персоналу техобслуживания возмож-
ность контролировать работу программного коммутатора с помощью
совершения вызовов, ответа на вызовы, разъединения соединений
с использованием различной сигнализации.

Услуги оператора-телефониста, реализуемые с помощью спе-
циальных операторских терминалов, позволяют пользователям со-
вершать вызовы из сетей/в сети, не поддерживающие набор прямого
телефонного номера или вызовы на телефонные номера абонентов,
не известные вызывающим абонентам.

Услуга центрекс - это услуга сходная УПАТС/частной сети, реали-
зуемая станцией или сетью общего пользования. Центрекс-абоненты -
это абоненты станции общего пользования, которым предоставляются
дополнительные услуги, обычно предлагаемые корпоративными сис-
темами. Помимо номера сети общего пользования, центрекс-абоненты
получают также внутренний номер (центрекс-номер). Внутренние но-
мера используются для вызовов между центрекс-абонентами. Однако
абоненты сети общего пользования вызывают их по номерам сети об-
щего пользования. Доступ ко всем дополнительным услугам может
осуществляться с использованием внутренних номеров. Центрекс-
абоненты, подключенные к разным программным коммутаторам, могут
быть включены в широкую бизнес-группу. Бизнес-группы могут охваты-
вать широкие географические территории (центрекс больщого регио-
на), а их члены могут иметь все преимущества, предлагаемые цен-
трекс-абонентам - частные номера, прозрачность услуг в сети, тари-
фикацию внутри группы. Кроме того, они могут пользоваться услугами,
предлагаемыми общими серверами приложений.

Центрекс-группы, находящиеся в одном и том же местоположении
(то есть на одной станции), могут быть объединены в одну комплекс-
ную группу. Комплексная группа обеспечивает возможность обслужи-
вания членов всех центрекс-групп, принадлежащих к одной комплекс-
ной группе, одним или несколькими общими телефонистами.

Прозрачность протокола SIP-Т и сигнализация ОКС-7, поддержи-
ваемая решениями TDM-центрекс, обеспечивают возможность ис-
пользования IP-центрекс в сети любого типа, а компоновочные эле-
менты NGN компании Iskratel обеспечивают возможность использова-
ния любого типа абонентских терминалов.

17.9. Используемые в главе 17 символы

Таблица 17.4. Символы, используемые в главе

Элемент, функция	Символ			Элемент, функция	Символ		
Доступ				Телевизор			
Шлюз абонентного доступа				Управляющий ПК и сервер		1)0 III	
IAD				Телефон на базе ПК	4=	]|	
Окончание табл. 17.4

Элемент, функция	Символ						Элемент, функция	Символ		
MSAN		ТУ		ТУ			Сервер приложений		IcPIII	
MSAN с различными функциями							Программный коммутатор			
ТА  i	[ 1111 i ]						Интегрированный программный коммутатор			
Приложение сторонних разработчиков				1O1*)			Медиа-сервер		ф»	
База данных			10				Сервер		=	
Маршрутизатор							Коммутация TDM			
Медиа-шлюз				п			IP-терминал			
Шлюз сигнализации							Терминал ISDN			
Игровая консоль							Аналоговый терминал	0®		
Телевизионная приставка	[ =]						DSLAM			

Контрольные вопросы

1.	Что собой представляет архитектура NGN на основе сетевых элементов
SI3000?

2.	Варианты применения сетевых элементов SI3000.

3.	Особенности применения пограничных контроллеров соединений (SBC).

4.	Что такое Triple-play и как эти услуги реализуются на базе SI3000?

5.	Что такое СОРМ и как реализуются функции СОРМ?

6.	Особенности подсистемы тарификации.

7.	Дайте характеристику дополнительных услуг.
В главе представлены подходы компании Alcatel к разработке те-
лекоммуникационных сетей (ТС), сведения о оборудовании, исполь-
зуемом для этих целей и решения по построению ТС ОАО «САХАТЕ-
ЛЕКОМ», представленные компанией в ответ на запрос на коммерче-
ское предложение (Request for Proposal).

Компания Alcatel предлагает и для ОАО «САХАТЕЛЕКОМ» сеть,
способную эволюционировать в архитектуру IMS (IP Multimedia Sub-
system), которая позволяет предоставлять конвергентные fixed/mobile
услуги, и соответствует текущим стандартам и рекомендациям IMS
с возможностью дальнейшей эволюции и адаптации в соответствии
с вновь разрабатываемыми стандартами и рекомендациями (так как
спецификации IMS постоянно разрабатываются и дополняются).

Далее немного о компании Alcatel и ее подходах к оказанию ТС.

Задачей компании Alcatel является предложение высококачест-
венных комплексных решений. С тем, чтобы предлагать подобные
технические решения компания Alcatel использует все преимущества,
богатый многолетний опыт и накопленные знания в области разрабо-
ток и создания технологий передачи данных (доступ и транспорт), го-
лосовых технологий (TDM) и систем телекоммуникаций.

Несмотря на то, что Alcatel имеет широкую линейку продукции соб-
ственного производства, которая охватывает большинство элементов
и функциональных возможностей сетевой инфраструктуры, стреми-
тельная эволюция технологий и развитие телекоммуникационного
рынка не позволяет разработать и создать все сразу. Как поставщик
интегрированных комплексных решений, компания Alcatel имеет силь-
ные позиции, неоднократно проверенные и доказанные на практике,
в системной интеграции. В случае необходимости мы готовы при-
влечь сторонние компании по принципу Best of Breed (интеграция
лучших продуктов от различных поставщиков) с целью создания и
построения наиболее эффективного законченного комплексного ре-
шения на основе интеграции портфеля решений NGN компании Al-
catel и наиболее лучших на рынке продуктов других поставщиков.
Примером подобной интеграции может служить сотрудничество ком-
пании Alcatel с ACME Packet и MCU Radvision.

Компания Alcatel предлагает:

-	Одно из наиболее передовых и функциональных решений NGN на
сегодня.

-	Надежные и апробированные технологии - архитектура и вся ли-
нейка продуктов Alcatel NGN/IMS была разработана для обеспече-
ния надежности операторского класса на основе по-настоящему
гибких и масштабируемых платформ.

Ясно, что большинство операторов должны иметь возможность
быстро развиваться в соответствии с ростом бизнеса, сохранением
ранее сделанных инвестиций и максимально повторным использова-
нием оборудования (преемственностью), что в полной мере позволя-
ют достичь масштабируемые продукты Alcatel.

Предложение инновационных услуг. На уровне приложений реше-
ния NGN Alcatel с целью предоставления современных передовых услуг
телефонии и мультимедийных услуг устанавливается надежная и апро-
бированная платформа приложений: открытая сервисная платформа
Alcatel 8690 OSP (Open Services Platform). Платформа OSP представляет
собой решение Alcatel для сетей следующего поколения, обеспечиваю-
щее «интеллектуальность» в конвергентных сетях передачи голоса и
данных, в которой полностью используется богатый опыт компании
Alcatel в области исследований, разработки и непосредственной реали-
зации на практике интеллектуальных решений и услуг. Наряду с новей-
шими приложениями для сетей связи, включая IP-сети и NGN, платфор-
ма OSP производства Alcatel способна предоставлять традиционные
услуги, позволяющие операторам генерировать дополнительные доходы
на проводных сетях и мобильных сетях с коммутацией каналов. Отличи-
тельной особенностью платформы является способность интеграции
интеллектуальных услуг с различными сетевыми приложениями. Интел-
лектуальные приложения функционируют независимо от уровня комму-
тации, предоставляя тем самым возможность для дальнейшего развития
услуг оператора параллельно с расширением базовой сети, причем
платформа является полностью независимой. Таким образом, платфор-
ма представляет собой интеллектуальную надстройку к существующей
сети оператора и не требует изменения ее инфраструктуры.

Необходимо отметить, что Alcatel 8690 OSP - это больше чем про-
стая платформа приложений. Она может обслуживать большое коли-
чество разнообразных услуг с возможностью использования данных
абонентского профиля для совместного доступа между приложения-
ми. Кроме того, она может быть использована как основа для продаж,
управления услугами.

Компания Alcatel обеспечивает комплексное решение по управле-
нию QoS с вложенным QoS Call Acceptance Control, предоставляемым
контроллером сессий Acme Packet Session Director, соответственно
в этой области Alcatel сотрудничает с компанией ACME PACKET.

В соответствии с комплексным решением по управлению и гаран-
тии QoS компания Alcatel может предложить также сервисный мар-
шрутизатор 7750 Service Router с тем, чтобы отвечать также требова-
ниям по передаче голосового трафика внутри пакетной магистраль-
ной сети передачи данных IP/MPLS.
Лидирующие позиции в технологиях NGN. Alcatel предлагает
законченное современное интегрированное NGN решение (включая
СОРМ, QoS и безопасность), соответствующее самым последним
достижениям и технологиям и характеризующееся мультипротоколь-
ной поддержкой (протоколы управления и сигнализации), например,
SIP, Н.323, MGCP, MEGACO/H.448, SIGTRAN.

Для реализации требований по взаимодействию с сетью ОКС-7 и
услуг по пропуску сигнального трафика компания Alcatel предлагает
мощный полнофункциональный продукт А5070 SSG (Signaling Server
Global), реализующий функции STP и SG.

Политика строгого соответствия открытым стандартам и ре-
комендациям. Компания Alcatel изначально сконцентрировала свои
усилия на открытости интерфейсов и среды, с целью включения (под-
ключения) сервисов и услуг третьей стороны для конечных пользова-
телей. Операторы могут получать значительные доходы при внедре-
нии подобной модели ведения бизнеса.

Лидирующие позиции и участие в ключевых организациях по
стандартизации. Активное участие компании Alcatel в организациях
по разработке стандартов и рекомендаций IETF, 3GPP, ETSI, ITU-T и
др. гарантирует, что продукты, предлагаемые Alcatel, соответствуют
самым последним рекомендациям в области NGN.

18.1.	Анализ требований к создаваемой ТС

Основополагающим моментом при разработке современных ре-
шений для операторов связи являются, набор услуг (как новых, так
и уже ставших традиционных), который может быть предоставлен
пользователям данного оператора. При разработке своих решений
компания Alcatel отталкивается именно от этого принципа.

Цели создания ТС. Целью модернизации и развития Телекомму-
никационной сети (ТС) ОАО «САХАТЕЛЕКОМ» является расширение
спектра и качества услуг голосовой телефонной связи, выход на ры-
нок предоставления услуг широкополосного доступа и 3-PLAY в ре-
гионе.

Основными задачами в ходе реализации проекта по миграции к
мультисервисной сети с возможностью предоставления современных
услуг связи являются:

-	замена устаревшего коммутационного оборудования;

-	построение мультисервисной сети IP/MPLS и модернизация транс-
портной сети;

-	организация высокоскоростного доступа в Интернет по линиям
ADSL;

-	решение проблемы перегрузки сети от вызовов dial-up;

-	организация телевещания по линиям ADSL.
Предпосылки внедрения новых услуг связи:

-	платежеспособность населения;

-	суровые климатические условия;

-	удаленное расположение;

-	ограниченные возможности проведения досуга населения;

-	высокая потребность населения в Интернет, как источника инфор-
мации и средстве развлечения;

-	перегруженность существующего коммутационного оборудования
вызовами dial-up;

-	низкое качество телевизионного вещания;

-	ограничения на прокладку телевизионных кабельных сетей;
компактность сети;

-	наличие собственной телестудии в компании Алроса (градообра-
зующее предприятие г. Мирный).

Назначение и услуги ТС. ТС предназначена для пропуска разно-
родного трафика (сигнальный трафик, голосовые данные, видеодан-
ные, данные) и предоставления следующих услуг:

-	Услуги междугородной и международной телефонной связи на
территории г. Якутска и мирнинского района республики Саха.

-	Услуги присоединения и пропуска телефонного и сигнального тра-
фика на междугороднем уровне операторам сетей фиксированной
телефонной связи, операторам сетей подвижной радиотелефонной
связи, операторам сетей подвижной спутниковой связи.

-	Услуги связи в сети передачи данных:

-	услуги связи по передаче голосовой информации в сети переда-
чи данных;

-	телематические услуги связи - организации L2/L3 VPN-ов, дос-
туп в Интернет;

-	видео и видеоконференцсвязь;

-	доступ к информационным сервисам.

-	Услуги присоединения и пропуска трафика передачи данных, сетей
связи по передаче голосовой информации.

-	Услуги широковещательного телевидения Broadcast TV.

Общие требования к ТС. Телекоммуникационная сеть должна
создаваться и функционировать в соответствии со следующими прин-
ципами:

-	Производительность. Предлагаемое оборудование должно выби-
раться исходя из планируемого объема обрабатываемого трафика,
а также из требований к выполняемым функциям и используемым
протоколам.

-	Надежность и доступность. Оборудование должно функциониро-
вать в режиме 24x7 (круглосуточно 7 дней в неделю), 365 (366)
дней в году.
- Масштабируемость. Все предложенные решения должны обес-
печивать возможность расширения, т.е. используемое оборудова-
ние и топология должна предусматривать возможность увеличения
количества подключаемых пользователей и сетевых устройств.
Все оборудование выбирается с резервом, как по производитель-
ности, так и по возможности установки дополнительных модулей
и расширению функциональности.

- Эффективность. В процессе проектирования производится опти-
мизация с целью более эффективного использования ресурсов ТС.
Ресурсы сети представляют собой ресурсы оборудования (количе-
ство памяти, производительность процессора) и ресурсы каналов
передачи данных (пропускная способность). Эффективное использо-
вание ресурсов сети снижает общую стоимость владения системой.

-	Мультисервисность. Сеть должна обеспечивать возможность од-
новременной передачи данных, голоса и видео. Неотъемлемым
функционалом сети является обеспечение качества сервиса (QoS)
для различных видов трафика с учетом их приоритетности. Транс-
портная подсистема сети, отвечающая за передачу разнородного
трафика, включая голосовой и сигнальный трафик, строится на
технологии коммутации пакетов;

-	Управляемость. На ТС ОАО «САХАТЕЛЕКОМ» должны поддержи-
ваться функции контроля и управления трафиком, функции SLA и
мониторинга качества обслуживания в реальном масштабе време-
ни, а также функции управления услугами.

-	Коммутация голосового трафика осуществляется посредством
технологии гибкой коммутации (SoftSwitch);

-	ТС должна функционировать совместно с существующей инфра-
структурой сетей коммутации каналов и технологическими процес-
сами предоставления традиционных услуг телефонной связи.

-	На ТС должна быть обеспечена возможность передачи речевого
трафика, как с компрессией, так и без компрессии.

-	На ТС при передаче речевого трафика должны быть обеспечены
гибкие алгоритмы управления эхокомпенсацией.

18.2.	Концептуальные подходы Alcatel для построения ТС

Компания Алкатель имеет в своем активе портфель решений и
продуктов, которые позволяют «накрыть» полностью весь функцио-
нальный ряд описанный архитектурой IMS/NGN ETSI TISPAN. Данный
портфель выделен и определен в рамках стратегической программы
OPEN (Открытый путь к усовершенствованию сети - OPEN Path to
Extended Network) и проиллюстрирован на рис. 18.1. Разработанный
компанией Алкатель подход обеспечивает:
Программа Alcatel OPEN: линейка продуктов

Доступ & Медиа Управление Передовые
транспорт	-	сервисы

Программный
коммутатор
Alcatel
5020
Softswitch

SIP-T/SIP/H.323/
H/248/INAP-R

Медиа-шлюзы

RGW/IAD

Серверы приложений

• 8690 Open Services Platform

• MMIC/eDial

• GenesysCRM

• RADVISION MCU

Полное вертикальное
решение NGN
с мультисервисным
доступом

Медиа-сервер Качество (QoS) &
безопасность,

PSTN SS7 Convedia Acme

Litespan-1540
Access GW

7515 MG
(TGW/D-AGW)

Магистраль

Широкополосный доступ

iBIfllllltILtlllll

Litespan-1540

7302 ISAM 7340 FTTU Access GW

UilOWIill
IIIHIHIHII
IMlllll
iiiiiiiiijni

7470 MSP

Сигна-
лизация

ADAX Hl'.’;

1300 СМС

5620 NMC

7510 MG 57xxSMC
(TGW/C-AGW)

7670 RSP

7750 SR



Рис. 18.1. Линейка продуктов NGN Alcatel OPEN

-	быстрое и централизованное внедрение новых услуг;

-	открытость на основе стандартного IT оборудования операторского
класса третьей стороны и используемых открытых интерфейсов;

-	отделение уровня приложений от уровня соединений и управления
вызовами с тем, чтобы минимизировать расходы на интеграцию в
случае внедрения и запуска новых услуг;

-	возможность интеграции и взаимодействия с серверами приложе-
ний (Application Server) третьей стороны;

-	интегрированную среду для доставки услуг/приложений пользова-
телям и абонентам услуг поверх ТфОП, сетей подвижной связи и
IP-сети;

-	возможность предоставления как голосовых услуг, так и мультиме-
дийных приложений;

-	масштабируемость в широких пределах в соответствии с ростом
бизнеса, увеличением трафика и спроса, наращиванием количест-
ва приложений и интерфейсов взаимодействия посредством эво-
люции к мультиплатформе с распределенной архитектурой.
Future-save
◄---------------------►

Fixed-mobile convergence

Инфраструктура
NGN

Универсальная IN,
доступная из ТфОП,
моб. сети и NGN

Alcatel
5020
Softswitch

Long-
distance
bypass

Enterprise
multimedia

POTS
service

Residential
multimedia

Corporate
mobility
manager

Payment

Alcatel

8690 OSP

Рис. 18.2. Уникальная ценность решения NGN/IN от Алкатель

Среди разработок компании Алкатель имеется два продукта, каж-
дый из которых является передовым на мировом телекоммуникаци-
онном рынке и предлагается ОАО «САХАТЕЛЕКОМ»:

-	программный коммутатор А5020 - сердце инфраструктуры NGN,
охватывающей фиксированные и мобильные сети, узкополосных и
мультимедийных пользователей;

-	открытую сервисную платформу А8690 - мозг NGN, позволяющий
создать универсальную интеллектуальную сеть, услуги которой
будут доступны также для абонентов существующих телефонных
фиксированной и мобильной сетей.

Совокупность двух этих продуктов составляет уникальную цен-
ность решения NGN/IN (рис. 18.2):

-	Защита инвестиций оператора в новую инфраструктуру NGN.

-	Поддержка текущего бизнеса оператора на существующей инфра-
структуре.

-	Стратегический курс на конвергенцию услуг в фиксированных и
мобильных сетях.

На рис. 18.3 изображена стратегическая «дорожная карта» эволю-
ции программного коммутатора А5020 и баз данных пользователей
к архитектуре NGN, основанной на ковергенции сетей фиксированной
и мобильной связи.

18.3.	Функциональная схема решения для уровней сервиса
и управления вызовами

В данном разделе дается общая функциональная схема с кратким
описанием основных функциональных элементов, дается представле-
ние о конечной целевой архитектуре, предлагаемой компанией Alcatel
для реализации требований и функциональности, изложенных в RFP.
хржгг/.я О

1430 HSS

Alcatel 5020 Softswitch
• Единый "софтсвич" для
F&M сетей с приложе-
ниями телефонии

•	ГГ-платформа опера-
торского класса

HLR/AuC

IM-HSS

Alcatel 1430 HSS

•	Home Subscription Server
с одной общей базой данных
IMS (IM-HSS) для всех F&M
данных

*	Способность интегрировать
HLR и функцию IM-HSS
в единую систему

5020 Softswitch

Х^Открытая ГГ-платформау

5020 CSC

। Alcatel 5020 WCS

• Wireless Call Server для
мобильных NGN

• Работает в T-Mobile
и многих других
проектах

5020 WSC 5020 WGC

риложения

Alcatel 5020 CSC

•	Call and Session Controller
на базе SIP для управления
соединениями в F&M сетях

•	Функции S-CSCF

•	Работает в ВТ Communicator
и многих других проектах

телефонии

Alcatel 5020 WGC

•	Media Gateway Controller
для эмуляции ТфОП (услуги
С4/С5 в фиксированных
сетях)

•	Работает в China Telecom
и многих других проектах

Mobile

Модульная и гибкая архитектура на проведенной ГГ-платформе
для плавной и рентабельной эволюции сетей связи

Fixed

Рис. 18.3. Эволюция программного коммутатора Алкатель

На рис. 18.4 дается общий вид комплексного решения Alcatel на
основе сети следующего поколения NGN, где показаны большинство
элементов, включая элементы уровней доступа, медиа, управления,
приложений, а также сетевого управления, администрирования и об-
служивания, которые взаимодействуют с существующей инфраструк-
турой сети ОАО «САХАТЕЛЕКОМ», а также с сетями фиксированной
и подвижной связи и сетями передачи данных присоединенных опе-
раторов. На рис. 18.5 представлена общая схема реализации реше-
ния для г. Якутск.

Архитектура построения сети компании Alcatel, представленная на
рис. 18.4, основана на взаимодействии между сетевыми элементами
по соответствующим интерфейсам/протоколам и содержит следую-
щие основные элементы:

А5020 MGC Media Gateway Controller является центральным эле-
ментом архитектуры. Это устройство, также именуемое «softswitch»
или «программный коммутатор», выполняет следующие функции:

-	Управление вызовами и сессиями класса 4 и класса 5. Он может
обрабатывать транзитные соединения между сетями различных
операторов, между двумя пользователями, а также между пользо-
вателем и другой сетью. Под сессией подразумевается голосовое
или видео (мультимедийное) соединение.
3rd
party
Applica-
tions
Servers

|api

Open
Service
Platform
OSP
A8690

Integrated management system
1300 CMC

SIP, XML VXML

Conferencing/
Collaboration
MMIC/eDial
A8628
Radvision MCU

SIP
INAP

SIP

LEA
MC

HI1/HI2

SIP
MECAGO

IAD
Integ-
rated
Access
Device

3rd party
IN plat-
form

Media
Resource
Function
Convedia
MS 1000

VMS/
UMS
A8683

SORM
MD
A8619

SBC
Acme
(IP-sec)

sip;

INAP

SIP

SIP

SORMoIPlSIP

Hosted
IP PBX

SIP

IP Phone

5020 Softswitch

5020 CSC (not offered)

5020 MGC

MECAGO
MGCP

SIP

MECAGO
M2UA, M3UA
IUA

MECAGO
MGCP

SIP.

h.:

AGW/
MSAN
Litesman
1540
A7320
iSAMv

PRI
Access
GW
A7515
SIP
GW

TMG
Trunk Media
Gateway
A751O,
A7515

TMG
Trunk Media
Gateway
3rd Vendor

IP Phone

SBC
Acme
(Protocol
Conver-
sion)

! Gatekeeper
3?3 3rd party

H.323

Hosted
IP PBX

PRI

SS7

PRI

SS7

PBX

PBX

V5.5 !

INAP/SS7J Switch

SIP
SIP-I

GMSC

PSTN SS7
PLMN SS7

SoftSwitch

NGN
2nd Operator

Рис. 18.4. Общая функциональная схема решения

-	Обеспечение богатого набора дополнительных видов обслужива-
ния (ДВО). Этот набор услуг сравним с пакетом ДВО мира тради-
ционной телефонии. Однако эти услуги теперь применимы к лю-
бым видам соединений.

-	Доступ к более «продвинутым» услугам интеллектуальной сети
(IN) или к услугам от серверов SIP приложений. Программный
SS7 signaling links ------:

Media-
server
Convedia

ATS-42
(AMTS)

Integrated
Management
System
CMC13OO

Soft-
switch
A5020
MGC

MS
Convedia
and
PIP 8619
forSORM

KU-32

IP MPLS

TGW1
A75xx

A7750
Service
Router

FE, SIP
MECAGO

FE, SIP

А75хх

RATS

FE
MECAGO

A7750
Service
Routed

/ Service

/ Rotiter
/ft. / FE,
MECAGO /MFCAG

AGW1
5OOPOTS

AGW1
5OOPOTS

AGW1
5OOPOTS

FE,
SIP

AGW1
5OOPOTS

AGW1
5OOPOTS

FE,
SIP

TGW3
A75xx

FE, RAS
H.323 CISCO 5300

FE, SBS Acme
MECAGO

SIP-phones,
SIP SW clients

Teleport-TP
(Moscow,
Sakha)
INTERNET
oIP (H.323)

H.323-
phones

Рис. 18.5. Общая схема реализации решения г. Якутск

FE,
H.32

POTS

коммутатор (ПрК) поддерживает классический протокол INAP и
протокол SIP. Оба типа услуг доступны в пределах одного соеди-
нения и могут быть смешаны. Под услугами SIP приложений под-
разумеваются например, IP-Centrex или услуги с добавленной
ценностью, такие как «messaging», «presence», «click-to-dial».

-	Управление шлюзами доступа и оборудованием пользователей
СРЕ (шлюзами квартирных абонентов RGW и интегрированными
устройствами доступа IAD), которые соединяют обычные «чер-
ные» телефоны (POTS) и/или ISDN-телефоны (базовый доступ) и
обеспечивают доставку услуг класса 5 к этим оконечным устройст-
вам. MGC также может управлять IP-терминалами.

-	Обеспечение взаимодействия между сетью NGN и внешними
ТфОП, ISDN или мобильными сетями засчет управления транко-
выми медиа-шлюзами (TGW) по протоколу MEGACO. Сигнализа-
ция в сторону ТфОП или по TDM каналам (ОКС-7) или по IP-кана-
лам (SIGTRAN M3UA).
-	Присоединение к другим IP-сетям или к элементам IP-доступа по-
средством граничного контроллера сессий SBC. В случае доступа
или стыковки с другой сетью по протоколу Н.323 SBC также обес-
печивает конвертацию этого протокола в SIP.

-	Взаимодействие с конвертором протоколов СОРМ (Lawful Intercept
Mediation Device) и управление маршрутизацией к серверу медиа-
ресурсов, в который интегрирована функция дублирования медиа-
потоков.

-	MGC содержит в себе так называемый EAUS-сервер (Extended
Assistant User System) - базу данных, в которой хранятся пользо-
вательские данные, а также нестандартные данные, относящиеся
к подписке пользователей на те или иные базовые приложения.

-	MGC содержит в себе EARS-сервер (Extended Assistant Routing Sys-
tem) - серверное приложение, которое дает расширенные возмож-
ности гибкого управления маршрутизацией вызовов, дополнитель-
ную функциональность, улучшенную производительность. EARS по-
зволяет легко изменять данные и критерии маршрутизации. Допол-
нительно в EARS реализована отдельная функция СОРМ, которая
не зависит от функции маршрутизации и запускается как отдельное
приложение с собственной базой данных. Данное приложение на-
зывается EALS (Embedded Advanced Lawful Intercept System).

-	MGC содержит в себе EABS-сервер (Extended Assistant Billing Sys-
tem) - расширенную систему биллинга. EABS интегрирован в шас-
си сТСА и обеспечивает сбор данных тарификации с услугой безо-
пасной передачи данных в центр тарификации оператора.

-	Взаимодействие между SBC и MGC (например, для установления
соединения между SIP-терминалом и обычным телефоном, под-
соединенным к управляемому по MEGACO шлюзу квартирных або-
нентов).

- Генерирование записей о детальной тарификации соединений
(CDR - Call Detail Records) для биллинга и статистики.

А5020 MGC поддерживает географическое резервирование, в слу-
чае если на сети работают более одного контроллера шлюзов.

ACME SBC - Граничный контроллер сессий обеспечивает функции
безопасности и QoS, такие как защита от несанкционированного дос-
тупа к услугам и NAT, а также функциональность преобразования
Н.323 и SIP. Архитектурно контроллер сессий размещается на грани-
це опорной сети IMS и выступает в роли как контроллера сессий на
границе сети доступа, так и контроллера сессий на границе несколь-
ких сетей. Компания Alcatel сотрудничает с мировым лидером в дан-
ной области ACME Packet.

А75хх MG - медиашлюзы (Media Gateway) А7510 и А7515 между
традиционной сетью ТфОП и сетью NGN. Медиашлюз А7510 опера-
торского класса предназначен для поддержки большой емкости до
16000 каналов DS0, в то время как А7515 рассчитан на поддержку
меньшей емкости с максимальной емкостью до 500 каналов DS0.
Взаимодействие с ТфОП реализуется посредством интерфейсов Е1 и
STM-1. Медиашлюзы управляются посредством А5020 MGC по прото-
колу Медасо.

Выбор между 7510 или 7515 в основном определяется исходя из
централизованного или децентрализованного подхода установки ме-
диашлюзов, а также из соображений стоимости.

Lifespan 1540 - шлюз мультисервисного доступа (Multi-service Ac-
cess Gateway) Alcatel обеспечивает чрезвычайно гибкое решение по-
следней мили, оптимальное для развертывания большого количества
POTS в сочетании с поддержкой DSL. Это означает, что в Litespan
можно включить не только аналоговых и ISDN-абонентов, но и xDSL
(т.ё. ADSL и его разновидности), FR (Frame Relay), выделенные линии
LL (Leased Lines) и другие типы интерфейсов, которые можно обеспе-
чить на той же самой аппаратной платформе. Litespan со встроенным
голосовым шлюзом идеально подходит в качестве шлюза доступа
в NGN. Взаимодействие и управление при этом осуществляется на
основе Медасо/Н.248.

А7302 iSAMv - полнофункциональный DSLAM, предназначенный
для установки в узлах доступа и адаптированный для обработки
Ethernet трафика. ISAM со встроенным голосовым шлюзом идеально
подходит в качестве узла мультисервисного доступа (MSAN) в NGN.
Управление при этом осуществляется А5020 MGC по протоколу
Медасо/Н.248.

Convedia CMS 1000 Media Resources Function (MRF) - сервер
медиаресурсов, один из элементов, который обеспечивает функции
специализированных ресурсов SRF (Specialized Resource Function).
В текущей конфигурации медиа сервер используется для предостав-
ления голосовых сообщений и распознавания DTMF сигналов. Кроме
того, в дальнейшем он сможет реализовать функции ACR и TTS, а
также проигрывание видеозаставок.

А8683 Voice Messaging Server/Unified Messaging Server
(VMS/UMS) - один из элементов, который обеспечивает функции спе-
циализированных ресурсов SRF (Specialized Resource Function), сер-
вер услуг обмена голосовыми сообщениями, а также услуг унипочты
(универсальных сообщений).

А8628 MMIC/eDial и Radvision MCU. Multimedia Instant Conferenc-
ing (MMIC)ZeDial - серверы приложений, реализующие услуги аудио
и видеоконференций, а также совместной работы над документами
для корпоративных заказчиков. При этом А8628 интегрируется с при-
ложениями, реализуемыми на открытой сервисной платформе А8690
OSP, например, виртуальная частная сеть. Radvision MCU - узел
управления многосторонней связью, один из элементов, обеспечи-
вающий функции специализированных ресурсов SRF (Specialized Re-
source Function), который обеспечивает ресурсы подключения к ви-
деоконференциям. В данном предложении не предлагается.

А8690 OSP (Open Services Platform) - открытая сервисная плат-
форма, которая является ядром уровня приложений, базовой плат-
формой для всех современных дополнительных услуг и обеспечивает
предоставление приложений, разрабатываемых компанией Alcatel, для
конечных пользователей, а также обеспечивает взаимодействия с сер-
верами приложений третьей стороны. С одной стороны, OSP поддер-
живает набор мультимедийных приложений, например, «мультимедий-
ная связь для массовых пользователей» или мультимедийные конфе-
ренции для потребительского и корпоративного сегментов рынка, с
другой стороны, OSP поддерживает как традиционные интеллектуаль-
ные услуги IN, так и набор конвергентных приложений поверх фиксиро-
ванной, мобильной, VolP/NGN/IP сетей, имея лидирующие позиции
в мире и предоставляя операторам и провайдерам получение доходов
в короткие сроки за счет предоставления инновационных услуг.

А1300 СМС (Convergent network Management Center) - интегри-
рованная система сетевого управления обеспечивает основные сер-
висы управления по защите от ошибок, по конфигурации, статистике,
качеству обслуживания и безопасности (FCAPS) согласно специфи-
кациям и стандартам TMN (ITU-T М.3100). Кроме того, поддерживают-
ся открытые интерфейсы для интеграции с биллинговыми системами,
OSS/BSS оператора. Эти интерфейсы гарантируют, что сообщения
системы аварийной сигнализации сети отсылаются в OSS дружест-
венным способом, и позволяют осуществлять массовое обеспечение
предоставления и создания услуг через инфраструктуру NGN.

Customer Premises Equipment (CPE), оборудование на террито-
рии пользователей, представляющее конечного пользователя в сети.
СРЕ конечного пользователя получает доступ к NGN через сеть дос-
тупа оператора (собственную или третьей стороны). NGN компании
Alcatel поддерживает несколько типов протоколов сигнализации и
управления оборудованием CPE: SIP, Megaco/H.248, MGCP и Н.323.

СРЕ - это медиашлюзы малой емкости для квартирных абонентов
(RGW - Residential Gateway), устройства интегрированного доступа
(IAD - Integrated Access Devices), аппаратные IP-фоны (IP hard phone),
PC-клиенты (программные IP-фоны - IP softphone). Через RGW и IAD
подключаются телефоны обычной телефонной сети (POTS).

18.4.	Архитектура транспортного уровня

Транспортный уровень должен предоставить надежную среду для
передачи разнородного трафика различных приложений сети NGN
поверх протокола IP. Уровень надежности голосовой связи в сетях
с коммутацией пакетов традиционно довольно высок и как правило
превышает аналогичный уровень в сетях VoIP. Именно поэтому од-
ним из ключевых параметров определяющих успешность реализации
транспортного уровня для сетей NGN является надежность, возмож-
ность управлением качеством обслуживания для каждого типа ус-
луг/абонента, поддержка и контроль SLA.

Архитектура ТС ОАО «САХАТЕЛЕКОМ» с точки зрения транспорт-
ного уровня приведена на рис. 18.6. Функционально можно выделить
следующие уровни и сегменты:

-	магистральный уровень;

-	уровень агрегации;

-	уровень доступа;

-	сегмент системы управлени (СУ);

сегмент доступа к сервисам:

-	сегмент NGN;

-	Internet;

Accounting &
Billing System

Subscriber
Portal

OSS/Service / / Application
Management / / Content Servers

5750 ss

Revenue
data

Service
Network

DHCP/RADIU
network policy
control

Home Network Уровень
доступа

Уровень IP/MPLS
агрегации магистраль

Service

selection

Рис. 18.6. Архитектура транспортного уровня ТС

QoS/AAA
control

Proxy

AAA
-	сегмент доступа к информационным ресурсам (Games, Video,
Triple Play и т.д.).

Магистральный уровень. В случае ТС ОАО «САХАТЕЛЕКОМ»
магистральный уровень представляет собой высокопроизводитель-
ную магистраль, обеспечивающую передачу трафика пользователей
с заданным качеством обслуживания QoS, а так же обеспечивает со-
пряжение сети с внешними по отношению к магистрали сегментами и
сбор статистической информации об объемах трафика, передаваемого
между ними, обеспечение защиты на третьем уровне (L3) модели OSI.

Уровень агрегирования. Уровень агрегирования проектируемой
сети предназначен для выполнения следующих функций:

-	построение закрытых виртуальных сетей - L2/L3 VPN;

-	обеспечение защиты на втором уровне - Layer 2;

-	обеспечение защиты на третьем уровне - Layer 3;

-	обеспечение качества обслуживания (QoS) и качества предостав-
ляемого сервиса (SLA) для виртуальных закрытых сетей L2/L3 VPN;

-	сопряжения ТС устройствами сегмента доступа;

-	сопряжение ТС с присоединенными операторами связи;

-	терминирование подключений к услугам пропуска транзитного
трафика с использованием технологий VPLS/VPRN/VLL

Уровень доступа (рис. 18.7). Основными функциями уровня дос-
тупа являются:

-	подключение конечных пользователей к ТС;

-	обеспечение качества обслуживания (QoS) и качества предостав-
ляемого сервиса (SLA) для виртуальных частных сетей - L2/L3 VPN;
обеспечение защиты второго уровня - Layer 2.

На рис. 18.7 представлен проводный XDSL доступ на основе Al-
catel 1540 LiteSpan. LiteSpan 1540 является гибким, распределенным
мультисервисным шлюзом доступа, позволяющим оператору предос-
тавлять голосовые и широкополосные услуги с одного узла с высокой
экономической эффективностью. Alcatel 1540 Litespan является клю-
чевым узлом при построении цифровых сетей доступа DSL нового
поколения предоставляющим услуги коммутации и передачи данных
абонентам как домашнего, так и бизнес-сектара.

Одной из ключевых характеристик Alcatel 1540 Litespan является
многосторонность и гибкость подключения к любым типам магист-
ральных сетей, а также к традиционным сетям ТфОП или к новым
пакетным сетям NGN.

В сетях нового поколения (NGN) Litespan выполняет следующие
функции:

-	Преобразование среды передачи: голосовые потоки ИКМ преобра-
зуются в пакетные потоки, поддерживающие стандартный RTP-
протокол, дополнительно поддерживающие протокол управления
(RTCP), что позволяет отслеживать доставку данных.
Рис. 18.7. Общая архитектура решения для уровня доступа

- Сигнализация: управление абонентами и обработка выховов про-
исходит под управлением программного коммутатора или кон-
троллера шлюзов доступа, которые выполняют большинство сете-
вых функций обработки и управления. Alcatel 1540 Litespan управ-
ляется программным коммутатором посредством стандартного
сигнального протокола Megaco (IETF)/H.248 (ITU-T).

На рис. 18.7 представлен также доступ на основе пассивных воло-
конно-оптических сетей (Passive Optical Network, PON). Возможности,
которые при этом открываются, чрезвычайно широки.

Беспроводные сети доступа (Wi-Fi, WiMAX) предоставляют свою ин-
фраструктуру для доступа конечных пользователей к ряду сетевых сер-
висов и прикладных систем и должны удовлетворять тем требованием,
которые предъявляются к сетям с их стороны. Специфика беспроводных
сетей, несомненно, дает возможность пользователям извлекать для се-
бя ряд значительных выгод, которые, прежде всего, связаны с легкостью
доступа к ресурсам сети и мобильностью пользователя. Обратная сторо-
на медали - это потенциально возможные «дыры» в системе информаци-
онной (сетевой) безопасности и, возможно, в некоторых случаях недоста-
точная полоса пропускания. Довольно остро стоит проблема обеспечения
качества обслуживания и предоставлением сервисов с поддержкой SLA
(Service Level Agreement). С этим связана необходимость решения специ-
фических задач, не присущих обычным проводным сетям.

В рамках данного предложения на рассмотрение представлено ре-
шение разработанное Colubris Networks. Данное решение разрабаты-
валось исходя из нужд именно операторов связи, нацеленное на пре-
доставление услуг доступа конечным подписчикам оператора связи.
Решение имеет широкую поддержку функциональности связанной с
предоставлением разного класса обслуживания и политик безопасно-
сти для различных приложений, пользователей и групп пользователей.

Предложенное решение позволяет постепенно наращивать функ-
циональность системы, начиная с предоставления услуг публичного
высокоскоростного доступа в сеть Internet и заканчивая большим на-
бором услуг с добавленной стоимостью, а именно:

-	Мобильный доступ к ресурсам корпоративной сети для корпора-
тивных пользователей.

-	Triple Play (услуги голосовой связи, видео по запросу, игры).

-	Отели, аэропорт, бизнесцентры и т.д.

Архитектура решения представлена на рис. 18.8. Основными эле-
ментами решения являются:

MultiService Controller (MSC) предназначен для управления и
контроля точек доступа. Обеспечивает функционирование механиз-
мов обеспечения качества обслуживания и безопасности для отдель-
ный сервисов и групп пользователей создавая так называемые Virtual
Service Communities.

управления

In Charge NMS

Рис. 18.8. Архитектура системы беспроводного доступа
Точка Wi-Fi-доступа. Компактное устройство, обеспечивающее
беспроводный доступ абонентов по стандарту 802.11 b/g в диапазоне
2,4 ГГЦ. Точки доступа очень легки в применении и развертывании
(Plug-and-Play deployment). Отдельные точки доступа могут быть
сконфигурированы в режиме «bridge» или WDS (Wireless Distribution
System) для организации беспроводного выноса и расширения зоны
действия сервисов. При точка доступа может одновременно работать
и как точка доступа для конечных пользователя, так и WDS.

InCharge Management System, система управления, обеспечи-
вающая графические интерфейсы управления и графическое ото-
бражение/представление беспроводной сети оператора. InCharge
NMS масштабируется в довольно большом диапазоне и может быть
использована от небольших решений до систем с тысячами геогра-
фически разнесенных контроллеров, точек доступа.

InCharge RF Planner - инструмент, предназначенный для частот-
ного планирования и оптимизации размещения точек доступа для
обеспечения оптимального покрытия.

Важнейшая характеристика радиосети - защищенность от различ-
ных несанкционированных действий со стороны злоумышленников,
а также предотвращение перехвата передаваемой по сети информа-
ции. За счет применения многочисленных политик безопасности (Au-
thentication, encryption, RF monitoring, IPS, VLANs), используемых на
разных уровнях удается создать безопасную среду для передачи раз-
нородно трафика. Для обеспечения шифрования на втором уровне
поддерживаются протоколы WEP, WPA, and WPA2 (802.11i).

Контрольные вопросы

1.	Что позволяет компании Alcatel быть одним из лидеров в телекоммуника-
ционном бизнесе?

2.	Что собой представляют продукты компании 5020 Softswitch и открытая
сервисная платформа А8690?

3.	Прокомментируйте решения для уровней сервиса и управления вызовами.

4.	Какие подуровни и сегменты можно выделить в архитектуре транспортного
уровня ТС ОАО «САХАТЕЛЕКОМ»?
Заключение

Приоритетными задачами развития ИКТ сегодня являются задачи
по обеспечению доступа к телекоммуникационной инфраструктуре и
информационным ресурсам хозяйствующих субъектов, органов госу-
дарственного и муниципального управления и широких слоев населе-
ния, формирование конкурентной среды. Продолжается работа по
использованию ИКТ в приоритетных национальных проектах, что по-
зволит обеспечить информатизацию социальной сферы. Предполага-
ется реализация ФЦП «Развитие телерадиовещания в Российской
Федерации (2008-2011 гг.)», в рамках которой будет организована
разработка комплекса правовых, организационных и технических мер
по созданию телерадиопрограмм и современных систем телерадио-
вещания и массовых коммуникаций. Вступит в действие новая редак-
ция ФЦП «Электронная Россия», основными задачами которой явля-
ются обеспечение единой информационной вертикали государствен-
ного управления, повышение доступности государственных услуг для
населения и организаций, повышение уровня профессиональной под-
готовки работников органов государственной власти в сфере исполь-
зования ИКТ.

В рамках создания системы ГАС «Управление» планируется фор-
мирование инфокоммуникационной инфраструктуры главных феде-
ральных инспекторов в субъектах Российской Федерации и Контроль-
ных департаментов аппарата полномочных представителей прези-
дента Российской Федерации в федеральных округах, а также уста-
новка автоматизированных рабочих мест доступа к ГАС «Управле-
ние» в структурных подразделениях органов исполнительной власти
субъектов РФ и органов местного самоуправления муниципальных
образований, ответственных за реализацию приоритетных нацио-
нальных проектов и их подключение к ГАС «Управление».

Осуществляется развертывание сетей связи нового поколения при
максимальном использовании и модернизации существующей ин-
фраструктуры сетей связи GSM. Первоначально это произойдет в
крупных городах с высоким уровнем проникновения подвижной связи,
где присутствие в необходимом количестве потенциальных пользова-
телей услуг 3G наиболее вероятно.

Продолжается обновление космической группировки посредством
строительства космических аппаратов с целью создания орбитально-
го резервирования и обеспечения бесперебойного и устойчивого
функционирования систем связи и телерадиовещания.

Будет продолжена работа по совершенствованию законодательст-
ва в области связи. В сфере ИКТ намечены мероприятия по реализа-
ции новых законов.
Сегодня мы являемся свидетелями вхождения России в глобаль-
ное информационное пространство, развития инновационной эконо-
мики и построения информационного общества в стране. В условиях
формирования глобального информационного общества, доступность
и качество услуг связи и информационных технологий напрямую оп-
ределяют уровень жизни населения и конкурентоспособность эконо-
мики страны.

Основные ожидаемые результаты дальнейшего развития инфо-
коммуникаций - это ликвидация к 2008 г. нетелефонизированных на-
селенных пунктов путем установки таксофонов и организация пунктов
коллективного доступа к сети Интернет, что приведет к полному по-
крытию всей территории Российской Федерации телекоммуникацион-
йыми услугами.

К 2010 г. планируется обеспечить:

-	повышение плотности телефонной связи в полтора раза (с 28,8
телефонных аппарата на 100 чел. до 43);

-	увеличение обеспеченности компьютерами (на 100 чел. населения с 10
до 43), увеличение доли пользователей сети Интернет с 13 до 45%;

-	увеличение доли отрасли ИКТ в структуре ВВП с 5,0 до 10%;

-	рост доли продукции и услуг в сфере ИКТ в структуре экспорта
Российской Федерации с 1 до 4%;

-	рост доли занятых в отрасли с 1,8 до 5%.

Немалую роль в решении перечисленных выше задач должны
сыграть высшие и средние учебные заведения Министерства инфор-
мационных технологий и связи, задачей которых является подготовка
кадров способных адаптироваться к быстрой смене инфокоммуника-
ционных технологий.
Приложение 1. Виртуальные частные сети MPLS
(VPN MPLS)

VPN служит для организации прямого, безопасного соединения через
общедоступный Интернет между клиентами (обычно конечным пользова-
телем и корпоративным офисом) или между двумя ЛВС. Благодаря VPN
удаленные пользователи могут обращаться к серверам предприятия и
связываться с различными офисами своей компании. VPN может приме-
няться как базовая архитектура обеспечения безопасности для экстра
сети.

Для VPN не нужны выделенные линии, поэтому пользоваться ею мо-
жет каждый, кто располагает доступом к Интернету. После того как со-
единение установлено, сотрудникам может предоставляться доступ ко
всем ресурсам сети - так, словно они присутствуют в офисе. Самое
большое достоинство технологии заключается в том, что, несмотря на
общедоступную инфраструктуру, прямое соединение VPN, иногда име-
нуемое «туннелем», защищено столь надежно, что украсть данные или
получить несанкционированный доступ к территориально-распределен-
ной сети становится очень трудно.

Сети VPN обладают рядом экономических преимуществ перед други-
ми методами дистанционного доступа. Пользователи VPN могут обра-
щаться к корпоративной сети, не устанавливая коммутируемое соедине-
ние, что позволяет сократить численность модемов или вообще отказать-
ся от них. Можно обойтись и без выделенных линий, соединяющих уда-
ленные офисы. Кроме того, повышается производительность труда, так
как сотрудники могут пользоваться самыми быстрыми линиями связи,
имеющимися в их распоряжении, вместо того чтобы тратить время на
установление коммутируемого соединения через банк модемов.

Компоненты MPLS VPN. Сеть MPLS VPN делится на две области: се-
ти IP клиентов и внутренняя (магистральная) сеть MPLS провайдера, ко-
торая необходима для объединения сетей клиентов (рис. П1.1).

В общем случае у каждого клиента может быть несколько территори-
ально обособленных сетей IP, каждая из которых в свою очередь может
включать несколько подсетей, связанных маршрутизаторами. Такие тер-
риториально изолированные сетевые «островки» корпоративной сети
принято называть сайтами. Принадлежащие одному клиенту сайты обме-
ниваются IP-пакетами через сеть провайдера и образуют виртуальную
частную сеть этого клиента. Для обмена маршрутной информацией
в пределах сайта узлы пользуются одним из протоколов IGP, OSPF или
IS-IS, область действия которого ограничена автономной системой (на-
бор сетей, которые находятся под единым управлением и совместно ис-
пользуют общую стратегию маршрутизации).
Рис. П1.1. Компоненты MPLS VPN

Маршрутизатор, с помощью которого сайт клиента подключается
к магистрали провайдера, называется пограничным маршрутизатором
клиента (Customer Edge router, СЕ). Будучи компонентом сети клиента,
СЕ не имеет сведений о существовании VPN. Он может быть соединен
с магистральной сетью провайдера несколькими каналами.

Магистральная сеть провайдера является сетью с технологией
IP/MPLS, где пакеты IP продвигаются на основе не IP-адресов, а локаль-
ных меток. Сеть IP/MPLS состоит из маршрутизаторов с коммутацией ме-
ток (LSR), которые направляют трафик по предварительно проложенным
путям с коммутацией меток (LSP) в соответствии со значениями меток.
Устройство LSR - это своеобразный гибрид маршрутизатора IP и комму-
татора, при этом от маршрутизатора IP берется способность определять
топологию сети с помощью протоколов маршрутизации и выбирать ра-
циональные пути следования трафика, а от коммутатора - техника про-
движения пакетов с использованием меток и локальных таблиц коммута-
ции. Устройства LSR для краткости часто называют просто маршрутизато-
рами, и в этом есть свой резон - они с таким же успехом способны продви-
гать пакеты на основе IP-адреса, если поддержка MPLS отключена.

В сети провайдера среди устройств LSR выделяют пограничные мар-
шрутизаторы провайдера (Provider Edge router, РЕ). Для их обозначения
также используется аббревиатура LER (Label Edge Router). К РЕ через
маршрутизаторы СЕ подключаются сайты клиентов и внутренние мар-
шрутизаторы магистральной сети провайдера (Provider router, Р). Мар-
шрутизаторы СЕ и РЕ обычно связаны непосредственно физическим ка-
налом, на котором работает какой-либо протокол канального уровня -
например, PPP, FR, ATM или Ethernet. Общение между СЕ и РЕ идет на
основе стандартных протоколов стека TCP/IP, поддержка MPLS нужна
только для внутренних интерфейсов РЕ (и всех интерфейсов Р). Иногда
полезно различать входной РЕ и выходной (удаленный) РЕ, для опреде-
ления направления продвижения трафика.

В магистральной сети провайдера только пограничные маршрутизато-
ры РЕ должны быть сконфигурированы для поддержки виртуальных ча-
стных сетей, поэтому только они «знают» о существующих VPN. Если
рассматривать сеть с позиций VPN, то маршрутизаторы провайдера Р
непосредственно не взаимодействуют с маршрутизаторами заказчика СЕ,
а просто располагаются вдоль туннеля между входным и выходным мар-
шрутизаторами РЕ.

Маршрутизаторы РЕ являются функционально более сложными, чем Р.
На них возлагаются главные задачи по поддержке VPN, а именно разгра-
ничение маршрутов и потоков данных, поступающих от разных клиентов.
Маршрутизаторы РЕ служат также оконечными точками путей LSP между
сайтами заказчиков, и именно РЕ назначает метку IP-пакету для его тран-
зита через внутреннюю сеть маршрутизаторов Р.

Таблица маршрутизации (VPN Routing and Forwarding, VRF). Пути
LSP могут быть проложены двумя способами: либо с применением тех-
нологии ускоренной маршрутизации (IGP) с помощью протоколов LDP,
либо на основе технологии трафик-инжиниринга (ТЕ) с помощью прото-
колов RSVP. Прокладка LSP означает создание таблиц коммутации меток
на всех маршрутизаторах РЕ и Р, образующих данный LSP.

В совокупности эти таблицы задают множество путей для разных ви-
дов трафика клиентов. В VPN применяется различная топология связей:
полносвязная, «звезда» (часто называемая в англоязычной литературе
hub-and-spoke) или ячеистая (mesh).

Для корректной работы VPN требуется, чтобы информация о маршру-
тах через магистральную сеть провайдера не распространялась за ее
пределы, а сведения о маршрутах в клиентских сайтах не становились
известными за границами определенных VPN.

Барьеры на пути распространения маршрутных объявлений могут ус-
танавливаться соответствующим конфигурированием маршрутизаторов.
Протокол маршрутизации должен быть оповещен о том, с каких интер-
фейсов и от кого он имеет право принимать объявления определенного
сорта и на какие интерфейсы и кому их распространять.

Роль таких барьеров в сети MPLS VPN играют пограничные маршру-
тизаторы РЕ или LER. Можно представить, что через маршрутизатор РЕ
проходит невидимая граница между зоной клиентских сайтов и зоной яд-
ра сети провайдера. По одну сторону располагаются интерфейсы, через
которые РЕ взаимодействует с маршрутизаторами Р, а по другую - ин-
терфейсы, к которым подключаются сайты клиентов. С одной стороны, на
РЕ поступают объявления о маршрутах магистральной сети, с другой
стороны - объявления о маршрутах в сетях клиентов.

На рис. П1.2 показан маршрутизатор РЕ, на котором установлено не-
сколько протоколов класса IGP. Один из них сконфигурирован для прие-
ма и распространения маршрутных объявлений только с тех трех внут-
ренних интерфейсов, которые связывают этот РЕ с маршрутизаторами Р.
Два других протокола IGP обрабатывают маршрутную информацию от
сайтов клиентов.

Аналогичным образом настроены и остальные РЕ. Маршрутизаторы Р
принимают и обрабатывают маршрутную информацию IGP, поступающую со
всех интерфейсов. В результате на всех маршрутизаторах РЕ и Р создается
по таблице маршрутизации, где содержатся все маршруты в пределах внут-
ренней сети провайдера. Подчеркнем, что никакой информации о маршрутах
в сетях клиентов в этих таблицах нет. Вместе с тем, и сети клиентов ничего
не «знают» о маршрутах в сети провайдера. Таблица маршрутизации, соз-
даваемая на пограничных маршрутизаторах РЕ на основе объявлений из
магистральной сети, имеет специальное название «глобальная таблица
маршрутизации». В отличие от нее таблицы, которые РЕ формирует на ос-
нове объявлений, поступающих из сайтов клиентов, получили название таб-
лиц VRF (VPN Routing and Forwarding). В VRF хранятся данные о маршрутах,
информация о которых получена от клиентских маршрутизаторов.

Сайты клиентов представляют собой обычные сети IP, маршрутная
информация в которых может передаваться и обрабатываться с помо-
щью любого протокола маршрутизации класса IGP. Очевидно, что этот
процесс никак не регламентируется провайдером. Маршрутные объявле-
ния свободно распространяются между узлами в пределах каждого сайта
до тех пор, пока они не доходят до пограничных маршрутизаторов РЕ,
служащих преградой для их дальнейшего распространения.

Рис. П1.2. Протоколы маршрутизации РЕ
Разграничение маршрутов разных клиентов обеспечивает установка
на маршрутизаторах РЕ отдельного протокола маршрутизации на каждый
интерфейс, к которому подключен сайт клиента. Этот протокол принима-
ет и передает клиентские маршрутные объявления только с одного опре-
деленного для него интерфейса, не пересылая их ни на внутренние ин-
терфейсы, через которые РЕ связан с маршрутизаторами Р, ни на ин-
терфейсы, к которым подключены сайты других клиентов. В результате
на маршрутизаторе РЕ создается несколько таблиц маршрутизации VRF.

Несколько упрощая, можно считать, что на каждом РЕ создается
столько таблиц VRF, сколько сайтов к нему подключено. Фактически на
маршрутизаторе РЕ организуется несколько виртуальных маршрутизато-
ров, каждый из которых работает со своей таблицей VRF. Возможно и
другое соотношение между сайтами и таблицами VRF. Например, если к
некоторому РЕ подключено несколько сайтов одной и той же VPN, то для
них может быть создана общая таблица VRF.

Объединение сайтов. Чтобы связать территориально разнесенные
сайты заказчика в единую сеть, необходимо, во-первых, создать для них
общее пространство распространения маршрутной информации, и, во-
вторых, проложить во внутренней сети пути, по которым принадлежащие
разным сайтам узлы одной и той же VPN могли вести обмен данными
защищенным образом.

Механизмом, с помощью которого сайты одной VPN обмениваются
маршрутной информацией, является многопротокольное расширение для
BGP (MultiProtocol extensions for BGP-4, MP-BGP). С помощью этого про-
токола пограничные маршрутизаторы РЕ организуют взаимные сеансы
и в рамках этих сеансов обмениваются маршрутной информацией из
своих таблиц VRF.

Особенность протокола BGP и его расширений заключается в том, что
он получает и передает свои маршрутные объявления не всем непосред-
ственно связанным с ним маршрутизаторам, как протоколы IGP, а только
тем, которые указаны в конфигурационных параметрах в качестве сосе-
дей. Маршрутизаторы РЕ сконфигурированы так, что все получаемые от
клиентских сайтов маршрутные объявления они адресно пересылают
с помощью MP-BGP определенным пограничным маршрутизаторам РЕ.
Вопрос о том, кому отправлять маршрутные объявления, а кому нет, це-
ликом зависит от топологии виртуальных частных сетей, поддерживае-
мых данным провайдером. Так, на рис. П1.3 маршрутизатор РЕ1 переда-
ет маршруты из таблицы VRF сайта 1 в VPN А на маршрутизаторы РЕ2,
РЕЗ, РЕ5, к которым подключены остальные сайты 2, 3 и 4 той же VPN А.
Полученный маршрут заносится в таблицу VRF соответствующего сайта.

Таким образом, кроме маршрутов, поступающих от непосредственно
подсоединенных к РЕ сайтов, каждая таблица VRF дополняется маршру-
тами, получаемыми от других сайтов данной VPN по протоколу MP-BGP.
Целенаправленное распространение маршрутов между маршрутизато-
рами РЕ обеспечивается надлежащим выбором атрибутов протокола
MP-BGP.
Независимость адресных пространств. Если некоторое множество
узлов никогда, ни при каких условиях, не получает маршрутную инфор-
мацию от другого множества узлов, то адресация узлов в пределах каж-
дого из этих множеств может выполняться независимым образом.

Ограничение области распространения маршрутной информации преде-
лами отдельных VPN изолирует адресные пространства каждой VPN, позво-
ляя применять в ее пределах как адреса Internet общего пользования, так
и частные (private) адреса, зарезервированные в соответствии с RFC 1819.

Почему же в таком случае не сделать выбор адресов в пределах VPN
совершенно произвольным и ограниченным только общими правилами
адресации стека TCP/IP? Дело в том, что во многих случаях клиенты не
хотят полной изоляции VPN: в частности, они нуждаются в выходе в
Internet. Независимое же, не согласованное с регламентирующими орга-
нами Internet, назначение адресов узлам VPN может привести к совпаде-
нию внутренних адресов сайтов с уже выделенными адресами общего
пользования, в результате чего связь с Internet общего пользования ста-
нет невозможной. При использовании зарезервированных частных адре-
сов проблема связи клиентов VPN с внешним миром решается с помо-
щью стандартной техники трансляции адресов (Network Address Transla-
tor, NAT), описанной в RFC 3022. В любом случае должно соблюдаться
требование уникальности адресов в пределах VPN.

Использование в разных VPN одного и того же адресного пространст-
ва создает проблему для маршрутизаторов РЕ. Протокол BGP изначаль-
но был разработан в предположении, что все адреса, которыми он мани-
пулирует, во-первых, относятся к семейству адресов IPv4 и, во-вторых,
однозначно идентифицируют узлы сети, т. е. являются глобально уни-
кальными в пределах всей составной сети. Ориентация на глобальную
уникальность адресов выражается в том, что, получив очередное мар-
шрутное объявление, протокол BGP анализирует его, не обращая внима-
ния на то, какой VPN принадлежит этот маршрут. Если на вход BGP по-
ступают описания маршрутов к узлам разных VPN, но с совпадающими
адресами IPv4, то BGP считает, что все они ведут к одному и тому же уз-
лу, а, следовательно, как и полагается в таком случае, он помещает в
соответствующую таблицу VRF только один кратчайший маршрут.

Проблема решается за счет применения вместо потенциально неод-
нозначных адресов IPv4 расширенных и однозначных адресов нового
типа, а именно адресов VPN-IPv4, получаемых в результате преобразо-
вания исходных адресов IPv4. Преобразование заключается в том, что ко
всем адресам IPv4, составляющим адресное пространство той или иной
VPN, добавляется префикс, называемый различителем маршрутов
(Route Distinguisher, RD), который уникально идентифицирует эту VPN.
В результате на маршрутизаторе РЕ все адреса, относящиеся к разным
VPN, обязательно будут отличаться друг от друга, даже если они имеют
совпадающую часть - адрес IPv4.

Именно здесь оказалась полезной способность расширенного прото-
кола MP-BGP переносить в маршрутных объявлениях адреса разных ти-
пов, в том числе IPv6, IPX, а, главное, VPN-IPv4. Адреса VPN-IPv4 ис-
пользуются только для маршрутов, которыми маршрутизаторы РЕ обме-
ниваются по протоколу BGP. Прежде чем передать своему напарнику
некоторый маршрут, входной маршрутизатор РЕ добавляет к его адресу
назначения IPv4 префикс RD для данной VPN, тем самым преобразуя его
в маршрут VPN-IPv4.

Как уже было сказано, различители маршрута должны гарантированно
уникально идентифицировать VPN, чтобы избежать дублирования адре-
сов. Упростить выбор RD, не создавая для этих целей дополнительных
централизованных процедур (например, распределения RD органами
Internet подобно распределению адресов IPv4), предлагается за счет ис-
пользования в качестве основы для RD заведомо, уникальных чисел -
либо номеров автономных систем, либо глобальных адресов интерфей-
сов РЕ с магистральной сетью провайдера (в сети провайдера всегда
необходимы глобальные адреса для взаимодействия с сетями других
провайдеров).

Различитель маршрутов RD имеет длину 8 байт и состоит из трех по-
лей. Первое поле Туре длиной 2 байт определяет тип и разрядность вто-
рого поля, которое называется Administrator и однозначно идентифициру-
ет провайдера. Значение 0 поля Туре говорит о том, что в поле Adminis-
trator указывается IP-адрес интерфейса маршрутизатора РЕ, и длина
данного поля составляет, естественно, 4 байт. Если же значение Туре
равно 1, то в качестве идентификатора провайдера выбрано значение
номера его автономной системы, так что длина поля Administrator соста-
вит уже 2 байта. Третье поле носит название Assigned Number, его на-
значение - обеспечить уникальность адресов VPN в пределах сети про-
вайдера. Значения поля Assigned Number выбирает сам провайдер, при
этом использование в качестве поля Administrator IP-адресов интерфейса
РЕ более удобно, так как ограничивает требование уникальности значе-
ний Assigned Number пределами отдельного РЕ.

Документ RFC 2547bis не требует, чтобы все маршруты внутри одной
VPN индексировались одним и тем же значением RD. Более того, один и
тот же сайт, подключенный к разным интерфейсам одного РЕ или к раз-
ным РЕ, может иметь различающиеся RD. Благодаря этому путь к одному
и тому же узлу может описываться разными маршрутами, что дает воз-
можность выбора того или иного маршрута для различных пакетов. Од-
нако принципиально важно, чтобы RD разных VPN не совпадали.

Пересылка пакета по сети MPLS VPN. Пусть, например, из сайта 1 в
VPN А узел с адресом 10.2.1.1/16 (16 - класс эквивалентности при дос-
тавке FEC) отправляет пакет узлу сайта 2 этой же VPN, имеющему адрес
10.1.0.3/16 (рис. П1.3). Стандартными транспортными средствами IP-
пакет доставляется на пограничный маршрутизатор сайта СЕ1 А, в табли-
це которого для номера сети 10.1.0.0 в качестве следующего маршрути-
затора указан РЕ1. На маршрутизатор РЕ1 пакет поступает с интерфейса
int2, поэтому для выбора дальнейшего продвижения пакета он обращает-
ся к таблице VRF 1 А, связанной с данным интерфейсом.
Узел 10.2.1.1 отправляет пакет по адресу 10.1.0.3

Глобальная таблица РЕ1

Net
РЕ2
РЕЗ

Label
3
4

VRF 1А

Net	NH	Lvpn
10.1/16	РЕ2, BGP	7

NH

Net

Сайт 1VPNA 110Д/16

Сайт 2VPNA

Net

I I 10-1.0.3 I |

10.2/16 PEI, BGP

10.1/16 |CEl,lGP~

NH
РЕ1

Lvpn
2

Lvpn=7

10.1.0.3

10.2.1.1

1110-1-0-311

CE2

CE4

Сайт 1VPNB

PE3

Сайт 2VPNB

CEla

Lvpn = 2

CE2

PE2

Рис. П1.3. Путешествие пакета между сайтами VPN

Пути LSP
MPLS

1|Ш.0.3|7П

—Гз\*-

Lvpn=5

В таблице VRF 1А адресу 10.1.0.0 соответствует запись протокола
BGP, которая указывает, что очередным маршрутизатором для пакета
определен РЕ2. Следующее поле записи содержит значение метки
Lvpn = 7, определяющей интерфейс выходного маршрутизатора РЕ, ко-
торое должно быть присвоено пакету для того, чтобы он попал в нужную
VPN. Здесь также указывается, что запись была сделана протоколом
BGP, а не IGP. На этом основании маршрутизатор РЕ «понимает», что
очередной маршрутизатор не является непосредственным соседом, и
путь к нему надо искать в глобальной таблице маршрутизации.

В глобальной таблице для адреса РЕ2 указывается начальное значе-
ние метки L пути LSP, равное 3. Способ его прокладки между маршрути-
заторами РЕ1 и РЕ2 не имеет в данном случае принципиального значе-
ния - главное, чтобы такой путь существовал.

Технология MPLS VPN использует иерархические свойства путей
MPLS, за счет чего пакет может быть снабжен несколькими метками, по-
мещаемыми в стек. На входе во внутреннюю сеть провайдера, образуе-
мую маршрутизаторами Р (LSR), пакет будет снабжен двумя метками -
внутренней Lvpn = 7 и внешней L = 3. Метка Lvpn интерпретируется как
метка нижнего уровня - оставаясь на дне стека, она не используется, по-
ка пакет путешествует по туннелю РЕ1-РЕ2. Продвижение пакета происхо-
дит на основании метки верхнего уровня, роль которой отводится метке L.
Каждый раз, когда пакет проходит очередной маршрутизатор Р вдоль
туннеля, метка L анализируется и заменяется новым значением. И только
после достижения конечной точки туннеля маршрутизатора РЕ2 из стека
извлекается метка Lvpn. В зависимости от ее значения пакет направляет-
ся на тот или иной выходной интерфейс маршрутизатора РЕ2.

Из таблицы VRF 2А, связанной с данным интерфейсом и содержащей
маршруты VPN А, извлекается запись о маршруте к узлу назначения, ука-
зывающая на СЕ2 в качестве следующего маршрутизатора. Заметим, что
она была помещена в таблицу VRF 2А протоколом IGP. Последний отре-
зок путешествия пакета от СЕ2 до узла 10.1.0.3 осуществляется традици-
онными средствами IP.

Несмотря на достаточно громоздкое описание механизмов MPLS VPN,
процесс конфигурирования новой VPN или модификации существующей
достаточно прост, поэтому он хорошо формализуется и автоматизирует-
ся. Для исключения возможных ошибок конфигурирования - например,
приписывания сайту ошибочной политики импорта/экспорта маршрутных
объявлений, что может привести к присоединению сайта к чужой VPN, -
некоторые производители разработали автоматизированные программ-
ные системы конфигурирования MPLS. Примером может служить Cisco
VPN Solution Center, который снабжает администратора средствами гра-
фического интерфейса для формирования состава каждой VPN, а затем
переносит полученные конфигурационные данные в маршрутизаторы РЕ.

Повысить степень защищенности MPLS VPN можно с помощью тра-
диционных средств: например, применяя средства аутентификации и
шифрования IPSec, устанавливаемые в сетях клиентов или в сети про-
вайдера. Услуга MPLS VPN может легко интегрироваться с другими услу-
гами IP, например, с предоставлением доступа к Internet для пользовате-
лей VPN с защитой их сети средствами межсетевого экрана, установлен-
ного в сети провайдера. Провайдер также может предоставлять пользо-
вателям MPLS VPN услуги, базирующиеся на других возможностях MPLS:
в частности, услуги с предоставлением гарантированного качества об-
служивания на основе методов MPLS ТЕ. Что же касается сложностей
ведения в маршрутизаторах провайдера таблиц маршрутизации пользо-
вателей, на которые указывают некоторые аналитики, то они, несколько
преувеличены, так как таблицы создаются автоматически, с помощью
стандартных протоколов маршрутизации, и только на пограничных мар-
шрутизаторах РЕ. Механизм виртуального маршрутизатора полностью
изолирует эти таблицы от глобальных таблиц маршрутизации провайде-
ра, что обеспечивает необходимые уровни надежности и масштабируе-
мости решений MPLS VPN.
Приложение 2. Сети на основе IP/MPLS и ATM

Одним из достоинств технологии MPLS, по сравнению с ATM, являет-
ся ее способность использовать практически любой формат кадров су-
ществующих технологий второго уровня - ATM, Frame Relay, PPP,
Ethernet или любых иных, которые могут появиться в будущем. Поэтому
технология MPLS имеет несколько разновидностей (A-MPLS, F-MPLS,
P-MPLS и Е-MPLS), использующих ячейки ATM, кадры Frame Relay,
PPP или Ethernet соответственно. Такая протокольная независимость
пары IP/MPLS от формата кадра обеспечивает ей высокую степень
гибкости и масштабируемости, так необходимой при работе в маги-
стральной сети.

Стоимость доставки одного и того же объема данных с равной скоро-
стью по магистрали MPLS и магистрали ATM различна. Относительно
меньшие затраты вычислительной мощности приводят к тому, что маги-
страль MPLS оказывается экономичней. Правда, в сегодняшней схеме
применения MPLS еще не решена проблема объединения небольших по
объему пользовательских голосовых пакетов в большие кадры магистра-
ли. Инкапсуляция большого количества коротких голосовых пакетов в
кадр, подлежащий передаче в магистрали, приводит к дополнительной
задержке их доставки. Задержка из конца в конец складывается из за-
держки доставки в магистрали, задержки пакетизации на стороне переда-
чи и задержки депакетизации на приемной стороне. Задержки пакетиза-
ции и депакетизации неизбежны, поэтому необходимо минимизировать
задержку доставки пользовательских данных. Задержка доставки речевой
информации не зависит от скорости передачи данных в сети и определя-
ется частотой дискретизации голоса. Поэтому исходный кадр или ячейку,
которые содержат коды речевых отсчетов, нельзя делать большими по
объему. Единственный выход - собирать кадры с речевыми отсчетами на
входе в магистраль в кадры большого объема и разбирать на выходе.
Многоуровневое вложение меток в MPLS позволяет это сделать, однако
соответствующие стандарты пока не разработаны.

Масштабируемость сети означает также экономичную поддержку
большого количества пользовательских потоков. Экономичность подра-
зумевает возможность передачи через магистраль многочисленных по-
токов без необходимости слежения за каждым из них, т. е. агрегиро-
ванно. Агрегирование реализуется как в технологии ATM, так и MPLS:
в ATM - это агрегирование отдельных виртуальных соединений (VCC) в
общий путь VPC, а в MPLS - агрегирование разных пользовательских
потоков в общий класс продвижения (Forwarding Equivalence Class, FEC)
и передача их по общему пути LSP. При этом механизмы агрегирования
MPLS более гибки и поддаются автоматизации. Если коммутатор ATM
не «видит» ничего, кроме информации своего второго уровня, т. е.
идентификатора виртуального канала/тракта (VCI/VPI), то коммутирую-
щий маршрутизатор MPLS (Label Switched Router, LSR) имеет доступ
к информации того же второго уровня, третьего (IP-адреса), четвертого
(порты TCP/UDP), а часто - и прикладного. Поэтому администратор мо-
жет написать несколько правил агрегирования с учетом разных призна-
ков трафика, в том числе и высокоуровневого, и предоставить даль-
нейшую работу LSR, а не конфигурировать отображение VCC на VPC
вручную. Еще одним полезным свойством MPLS, повышающим ее мас-
штабируемость, является неограниченное число уровней иерархии ме-
ток и, соответственно, агрегирования путей - вместо двух уровней
(VPC/VCC) в технологии ATM.

Преимущество ATM - тонкая и разнообразная поддержка дифферен-
цированного обслуживания разных типов трафика, которая всегда рас-
сматривалась как наиболее сильная сторона ATM. Действительно, раз-
работчики технологии всесторонне проанализировали все типы сущест-
вующего трафика, разделили его на несколько категорий, для каждой соз-
дали отдельную службу (CBR, VBR-RT, VBR-nRT, ABR и UBR), призван-
ную наилучшим образом поддерживать передачу соответствующего ей
трафика. При этом узлы сети ATM могут контролировать параметры
качества доставки информации по способу «из конца в конец» для каж-
дого отдельного виртуального соединения, обеспечивая высокую сте-
пень гранулированности соглашений пользователя с администрацией
сети (Service Level Agreement, SLA). Неспособность технологии MPLS
поддерживать качество доставки информации подобным образом очень
многие считают ее слабостью и главной причиной сохранения техноло-
гии ATM в магистральных сетях. Безусловно, проблемы с поддержкой
качества доставки информации у сетей IP/MPLS существуют, но дело не
в том, что MPLS не может поддерживать качество доставки информа-
ции пользователя на таком же уровне, как ATM. Сегодня отсутствует
принятый IETF и другими органами стандарт, устанавливающий для
MPLS способы поддержки качества доставки информации в соответст-
вии с особой ролью этой технологии, предназначенной для ядра сети,
а не для ее периферии.

Нужно отметить, что поддержка качества доставки информации вооб-
ще не встроена жестко в MPLS (если не считать зарезервированных 3 бит
Ехр в заголовке, которые ряд производителей сегодня использует для
переноса признака приоритетности кадра). Подобное «упущение» сдела-
но сознательно, чтобы предоставить производителям и сетевым интегра-
торам свободу действий и возможность применять те из имеющихся ме-
ханизмов поддержки качества доставки информации, которые наилучшим
образом отвечают потребностям сети. Сегодня таким рекомендуемым
механизмом является дифференцированное обслуживание (DiffServ), он
разработан для сетей IP и ориентирован на работу с несколькими агреги-
рованными классами сетевого трафика, а не с отдельными пользова-
тельскими соединениями, как в ATM. Именно такая технология подходит
для работы в магистральной сети.

Сравнение технологий ATM и IP/MPLS мы выполнили только по двум,
хотя и очень важным для магистрали, параметрам - масштабируемости
и поддержке различного качества доставки информации для разных ти-
пов трафика. Понятно, что было бы полезно провести подобное сравне-
ние и по другим параметрам: набору услуг, которые может обеспечить та
или иная технология, степени автоматизации формирования этих услуг,
обеспечению высокой надежности транспортировки потоков данных в ус-
ловиях отказов каналов и коммуникационных устройств и другим. При та-
ком сравнении следовало бы учитывать еще одно обстоятельство: приме-
няется ли технология IP/MPLS в магистальной сети или в сети доступа?
В начале XXI века наметилась тенденция применения технология IP/MPLS
в магистальной сети. При этом за технологией ATM остаются сети доступа,
где применение ее вполне уместно. Большинство операторов связи под-
держивают такое решение, считая сочетание «АТМ в сети доступа» и
«IP/MPLS на магистрали» рациональным и стратегически верным.

Сегодня существует два подхода к обеспечению взаимодействия сети
доступа ATM с магистралью IP/MPLS: на третьем протокольном уровне
(L3) и на втором (L2).

Вариант взаимодействия на третьем протокольном уровне наиболее
проработан в документе RFC 2547, известном под названием IP/MPLS
VPN или MPLS VPN третьего уровня. Собственно, здесь принципиальное
значение имеет не то, какая технология второго уровня применяется в
сети доступа, а то, что над протоколом второго уровня работает протокол
IP со своей адресацией. Если в сети доступа используется технология
ATM, то ее виртуальные соединения заканчиваются на входных интер-
фейсах пограничного маршрутизатора (LER), а поток ячеек ATM перево-
дится на нужный путь LSP магистрали на основе IP-адреса назначения.
В случае, когда в сети доступа прибегают к другим технологиям второго
уровня (Ethernet, Frame Relay), их адресная информация также не учиты-
вается при прохождении через магистраль.

Альтернативно сеть доступа может взаимодействовать с магистралью
IP/MPLS на втором протокольном уровне. При этом протоколы третьего
уровня, например IP или IPX, вообще не участвуют во взаимодействии.
Это очень важное свойство, потому что около половины пользователь-
ских данных, переносимых сетями западных операторов, составляют не
IP-пакеты, а потоки кадров SNA, IPX, DECnet и потоки Е1, Е2, ЕЗ, Е4
цифровых систем передачи телефонных сетей, упакованные непосредст-
венно в ячейки ATM или кадры FR.

При взаимодействии сети доступа с магистральной сетью на третьем
протокольном уровне, потоки кадров нужно обязательно инкапсулировать
в пакеты IP, что приводит к большим накладным расходам.
При взаимодействии сети доступа с магистральной сетью на втором
протокольном уровне цифровые потоки, генерируемые объектами первого
или второго уровней, инкапсулируется непосредственно в кадры или
ячейки второго уровня, что, соответственно, уменьшает накладные рас-
ходы. В табл. П2.1 приведены примеры вынужденной протокольной из-
быточности (накладных расходов) при применении различных техноло-
гий. Протокольная избыточность определяется отношением объема про-
токольного заголовка и, возможно, хвостовика (LnpoT) к общему объему
протокольного блока данных (/-общ)-

Таблица П2.1. Протокольная избыточность разных
телекоммуникационных технологий

Протокольная избыточность	ATM	IP	Ethernet
^прот/^общ» %	10	0.1	1.0

Для перемещения потока кадров второго уровня через магистраль ис-
пользуются таблицы отображения адресов второго уровня на пути LSP.
При этом адрес кадра второго уровня не отбрасывается, а запоминается
и помещается в поле внутренней метки заголовка MPLS, т. е. использует-
ся свойство MPLS поддерживать иерархические пути за счет иерархии
меток в заголовке кадра. При выходе кадра или ячейки из магистрали
IP/MPLS эта адресная информация восстанавливается, и данные про-
должают перемещаться по сети доступа к узлу назначения в соответст-
вии с используемой в ней технологией. Таким образом, реализуется
туннелирование трафика второго уровня, при котором в качестве тун-
нелей используются пути (LSP), созданные в магистральной сети. Если
в сети доступа применяется технология ATM, то виртуальное соединение
не заканчивается на входном устройстве магистрали, а прозрачным об-
разом проходит через туннель MPLS и продолжается при выходе из ма-
гистрали в сеть доступа к узлу назначения.

Данные в таблице входного устройства магистрали, отображающей
номер виртуального соединения с идентификаторами VCI/VPI на адрес
пути (LSP), позволяют управлять маршрутом прохождения потока через
магистраль. К сожалению, эта таблица должна создаваться вручную, дру-
гие подходы пока не предусмотрены. Описанные схемы взаимодействия
ATM и MPLS дополняют друг друга. Применяя их вместе, оператор полу-
чает возможность передавать через магистраль IP/MPLS как потоки IP-
пакетов, так и потоки данных с другими форматами.

Производители телекоммуникационного оборудования, предопреде-
ляя развитие мультисервисных сетей на основе технологий ATM и MPLS,
начали выпуск коммутаторов ATM нового поколения. Особенностью этих
коммутаторов является их поддержка технологии IP/MPLS помимо ATM.
Оператор, устанавливающий эти устройства в своей сети, может в бу-
дущем перейти к IP/MPLS без замены магистральных устройств. В том
случае, когда он решит поддерживать MPLS с форматом ячейки ATM
(А/MPLS), ему не понадобится даже менять аппаратуру, а достаточно
будет только активизировать программное обеспечение IP/MPLS, кото-
рое будет работать на тех же интерфейсных картах. В новых коммута-
торах обеспечивается полная поддержка всех функций IP, что делает
их действительно мультисервисными и освобождает оператора от не-
обходимости устанавливать в сети отдельные маршрутизаторы IP для
связи с Интернет.

Одновременная поддержка в магистральных коммутаторах ATM и
технологии IP/MPLS дает возможность операторам реализовать еще од-
ну схему их взаимодействия - смешанную. Собственно, это даже не схе-
ма, а стратегия постепенной миграции магистрали ATM к магистрали
IP/MPLS. По мере установки в сети с технологией ATM все большего ко-
личества коммутаторов нового поколения с поддержкой MPLS оператор
сможет увеличить и количество путей (LSP) между пограничными устрой-
ствами, не отказываясь в то же время от уже работающих виртуальных
соединений ATM.

При этом производители таких коммутаторов рекомендуют операто-
рам начать с перевода на MPLS не требовательного к качеству обслужива-
ния трафика, для которого оператор не обязан гарантировать клиентам
каких-либо количественных характеристик качества доставки информации.

Изучив поведение трафика подобного класса, а также накопив опыт
использования технологии MPLS, следует начать перевод трафика дру-
гих классов на пути, коммутируемые с помощью меток (LSP), в том числе
и трафика, чувствительного к задержкам, доставка которого обеспечива-
ется сегодня с помощью служб CBR и rt-VBR ATM.

На рис. П2.1 приведены стеки протоколов профиля взаимосвязи
IP/MPLS и ATM. Для обеспечения доступа к ресурсам Internet (Intranet)
пользователь может применять одну из разновидностей протокола второ-
го уровня LLC и МАС подключенной ЛВС.

Пограничный маршрутизатор LER1 (Label Edge Router) домена MPLS
присваивает кадрам протокола LLC метку и направляет поток помечен-
ных кадров по пути LSP (Label Switched Path), выбранному с помощью
протокола распределения меток LDP (Label Distribution Protocol). Путь
LSP проходит через сетевые объекты: LER1, LSR1, коммутатор сети с
технологией ATM, LSR2, LER2.

Коммутатор ATM использует собственные метки (VPI, VCI) для при-
своения их пакетам IP в интерфейсах LSR1 - коммутатор ATM и LSR2 -
коммутатор ATM. Пакеты потока от терминала ТЕ А к терминалу ТЕ В
проходят в пределах домена MPLS по пути LSP. В объектах домена
MPLS (в коммутирующих маршрутизаторах LER, LSR и коммутаторах
ATM) пакеты коммутируются с помощью меток L1, L2, L3, L4, L5. В каче-
стве меток L2, L3, L4 используются идентификаторы виртуальных трактов
VPI, применяемые в технологии ATM.
Рис. П2.1. Профиль взаимосвязи IP/MPLS и ATM

Рис. П2.2. Схема с технологиями IP/MPLS и ATM

Схема сети с технологиями IP/MPLS и ATM приведена на рис. П2.2.
Приложение 3. Обобщенная многопротокольная
коммутация по меткам (GMPLS)

П3.1. Переход от MPLS к GMPLS

Лямбда-коммутация. В настоящее время практически все операторы
дальней связи рассматривают технологию DWDM в качестве едва ли не
единственного способа преодолеть недостаток пропускной способности
магистральных каналов и даже создать надежный запас на будущее.
Росту ее популярности способствовали также совместимость с сущест-
вующей инфраструктурой ВОЛС и экономичность по сравнению с традици-
онными способами наращивания пропускной способности опорных сетей.

Между тем до последнего времени применение WDM-оборудования
ограничивалось высокоскоростными соединениями «точка-точка», а в
городских сетях и сетях доступа распространения оно не получило. Тому
есть несколько причин. Это и высокая гетерогенность городских сетей
(множество топологий, протоколов и приложений), и наличие альтерна-
тивных решений, зачастую позволяющих операторам не торопиться
с переходом на неизвестную им технологию, и ценовой фактор, который
нередко заставляет сделать выбор в пользу физического наращивания
сетевой инфраструктуры, и, наконец, недостаточная гибкость, и практи-
чески полное отсутствие интеллектуальности (а без них невозможно ни
адаптировать сеть к быстрому росту объемов трафика, ни оперативно
предоставлять пользователям разнообразные услуги).

Перечисленными ограничениями были стимулированы исследования,
направленные на создание новой технологии обработки оптических сиг-
налов, которая получила название лямбда-коммутации (используются
также термины «фотонная коммутация» и «коммутация по длинам
волн»). При ее разработке был заимствован принцип коммутации IP-
пакетов по меткам, реализованный в протоколе MPLS. Как известно,
MPLS позволяет сформировать виртуальные пути передачи пакетов в
сети маршрутизаторов, коммутирующих на основе меток (Label Switching
Router, LSR). Каждый пакет снабжается меткой, содержащей сведения
о требуемом классе обслуживания (CoS) и адресе узла назначения. Ука-
занная метка считывается только при пересечении пакетом границ доме-
на MPLS-коммутации, в результате чего отпадает необходимость в мар-
шрутизации отдельных пакетов в каждом из промежуточных узлов.

Применение лямбда-коммутации позволяет обеспечить высокую мас-
штабируемость сетевой инфраструктуры, минимизировать количество
наложенных сервисов, повысить эффективность использования имею-
щейся полосы пропускания, а главное, получать дополнительную при-
быль за счет предоставления услуг, использующих отдельные длины
волн. Эти услуги могут принимать самые разнообразные формы - от об-
мена частями полосы пропускания между операторами дальней связи до
продажи отдельных длин волн крупным корпоративным заказчикам (на-
пример, с целью соединить территориально разнесенные офисы). Поку-
пая отдельные длины волн, пользователь получает полный контроль над
передаваемой информацией, причем без астрономических затрат на по-
строение собственной коммуникационной инфраструктуры. Оператор же
может рассчитывать на ускоренную окупаемость инвестиций, при том, что
сама оптическая сеть остается в его распоряжении (в отличие от случаев
продажи «темного» волокна).

Ключ к развертыванию подобных услуг состоит, во-первых, в прозрач-
ности транспортной инфраструктуры по отношению к типу, формату и
методам кодирования трафика, к протоколам и скоростям передачи, а во-
вторых, в кардинальном упрощении самой сетевой модели.

Современные оптические сети, как правило, имеют четырехуровневый
стек протоколов: за физическую пропускную способность отвечает
DWDM, транспортные функции возложены на SONET/SDH, управление
трафиком реализовано на ATM-уровне, а приложения используют прото-
кол IP. Общим недостатком подобных многоуровневых архитектур явля-
ется так называемый эффект наименьшего общего знаменателя: один из
уровней нередко ограничивает возможности системы в целом, например
снижает масштабируемость сети.

Логично предположить, что еще долгое время в СПД будет доминиро-
вать трафик IP, так что агрегация медленных потоков данных с высоко-
скоростными потребует применения быстродействующих маршрутизато-
ров. Если же рассматривать потоки IP-пакетов, при передаче которых
можно обойтись без технологии DWDM, то для их обработки будет ис-
пользоваться статистическое мультиплексирование. Сказанное означает,
что стремительный рост производительности оборудования оптических
сетей позволит удалить из сетевой модели уровни SONET/SDH и ATM;
соответствующие функции со временем перекочуют к маршрутизаторам,
оптическим коммутаторам и устройствам DWDM . Возникающая в резуль-
тате сетевая инфраструктура оказывается более эффективной со стои-
мостной точки зрения и при этом способной транспортировать гигантские
объемы разнородного трафика.

Вместо четырех она будет включать всего два уровня - транспортный
(фотонный) и сервисный (рис. П3.1). Поначалу в первый попадут оптиче-
ские коммутаторы и системы спектрального мультиплексирования, а во
второй - маршрутизаторы, ATM-коммутаторы и мультиплексоры вво-
да/вывода. Но постепенно некоторые из этих устройств прекратят свое
существование в качестве самостоятельных компонентов оптической се-
ти. Взаимодействие между различными элементами сети в новой архи-
тектуре осуществляется через общую стандартизованную платформу
управления (control plane). Именно она позволяет интегрировать оптиче-
ское оборудование нового поколения и унаследованные устройства в
единую гетерогенную среду.
IPw/GMPLS
________

SONET

DWDM with
optical sw

IP w/GMPLS

DWDM with
optical sw

Рис. П3.1. Развитие с использованием GMPLS

Следует сказать, что переход на обработку трафика в соответствии с
несущими длинами волн означает смену парадигмы коммутации/маршру-
тизации, господствующей в современных сетях передачи данных. Вне-
дрению новой технологии должно предшествовать расширение стан-
дартных протоколов сигнализации и маршрутизации, в частности OSPF и
IS-IS. Появление технологии лямбда-коммутации потребовало создания
нового протокола управления соединениями между соседними узлами
оптической сети (Link Management Protocol, LMP). И, конечно же, в реали-
зации лямбда-коммутации в конкретных сетях решающая роль отводится
физическим носителям новой технологии.

Среди всего многообразия компонентов оптических транспортных се-
тей при переходе на редуцированную (двухуровневую) модель ключевую
роль начинают играть мультиплексоры ввода/вывода и оптические ком-
мутаторы. Функции этих устройств состоят в установлении соединений на
уровне оптических каналов между входными и выходными портами, тер-
минации каналов, согласовании уровней сигналов и - факультативно - в
управлении длинами волн и контроле за соединениями.

Следует подчеркнуть, что выполнение столь разнородных функций
в мультисервисной среде, например объединяющей низкоскоростные
городские сети или сети доступа с высокопроизводительными магистра-
лями, невозможно без вспомогательного компонента, обеспечивающего
согласование потоков разной интенсивности. Таким компонентом явля-
ются оптические шлюзы, которые, согласно прогнозам аналитиков, со
временем неизбежно вытеснят сегодняшние цифровые коммутационные
системы (Digital Cross-connect System, DCS) и будут осуществлять преоб-
разование скоростей при передаче трафика между сетями разных типов,
согласование форматов передаваемых данных и управление широкопо-
лосными услугами на уровне электрических сигналов.

По мнению экспертов, технологии лямбда-коммутации еще долгое
время предстоит сосуществовать с сетями SONET/SDH. В этой связи не-
маловажной представляется поддержка соответствующих протоколов и
скоростей передачи (2,5 и 10 Гбит/с). Другой фактор - количество вход-
ных и выходных портов коммутатора: со временем оно начнет исчислять-
ся многими тысячами, однако в ближайшей перспективе размер матрицы
вряд ли превысит 512x512 (в «одноволновом» эквиваленте).

Среди желательных свойств отметим еще способность работать в не-
блокирующем режиме при максимальном числе установленных соедине-
ний, а также поддержку многоадресной пересылки с одного входного пор-
та на несколько выходных. В идеале коммутатор должен обрабатывать
любое число многоадресных передач - без блокировки уже установлен-
ных соединений.

Наконец, не меньшее значение имеет и количество поддерживаемых
длин волн. Первоначально каждый порт сможет работать только с одним
оптическим каналом, но со временем оптические коммутаторы будут на-
делены функциями спектрального мультиплексирования на отдельных
портах. Впрочем, на практике эту возможность удастся реализовать толь-
ко после появления стандартных «многоволновых» интерфейсов, ведь
перспектива на долгие годы оказаться заложником поставщика неунивер-
сального решения вряд ли вызовет большой энтузиазм у покупателей.

Отсутствие стандартов грозит стать камнем преткновения не только
на уровне оптических интерфейсов. Серьезную проблему представляет
управление оптическими коммутаторами. Современные системы сетево-
го администрирования не поддерживают операций с отдельными длина-
ми волн, да и вообще пока отсутствуют общепринятые соглашения о
процедурах формирования оптических каналов для конкретных сервисов
и о методах мониторинга таких каналов. К тому же мало кто из операто-
ров может похвастать богатым опытом работы с технологией DWDM -
что уж говорить о лямбда-коммутации. Вывод очевиден: на первых порах
функции управления оптическими коммутаторами будут появляться в
составе патентованных систем сетевого администрирования.

Фундаментальные основы GMPLS. Необходимо принять во внима-
ние, что пакеты и ориентированный на фреймы трафик данных (в частно-
сти, IP/MPLS и Ethernet) может быть только клиентским трафиком оптиче-
ских ячеистых (mesh) сетей. Плоскость управления таких сетей может
функционировать как одноранговая, так что используется одна и та же
плоскость управления как для IP/MPLS, так и для оптической сети. Такая
интеграция может не только значительно улучшить эффективность ис-
пользования сетевых ресурсов, но также и сильно облегчить внедрение
инфраструктуры оптических кросс-коннекторов в существующее Интер-
нет окружение.

К концу 90-х гг. можно было предвидеть разработку технологий, сни-
мающих ограничения SDH/SONET, с целью лучшей адаптации пакетных и
фрейм-ориентированных уровней к синхронной, ориентированной на со-
единения технологии, разработанной для телефонных сетей и обслужи-
вания арендованных линий. К тому же, по мере того, как происходила
конвергенция технологий передачи данных к IP/MPLS и Ethernet в узлах
большинства магистральных сетей, наиболее важными проблемами для
операторов становились подтверждение доставки, прозрачность, переда-
ча пользовательских сигналов и оптическая коммутация в их оптических
магистралях с ячеистой топологией. Одновременно, происходило развитие
SDH/SONET как технологии по передаче фреймов (включая промежуточный
ненавязчивый мониторинг) и самонастраивающегося уровня коммутации.

В этом контексте были заново пересмотрены традиционные концеп-
ции передачи информации, гласившие, что обслуживание Л/ транспорт-
ных уровней с Л/ отдельными, независимыми и несовместимыми плоско-
стями управления для различных коммутационных технологий имеет яв-
ные недостатки в виде общей сложности системы, ее плохой масштаби-
руемости, а также, трудностей в разработке, развертывании и обслужи-
вании таких сетей. Например, в наложенном окружении, при ячеистой
топологии, каждое IP/MPLS клиентское устройство может видеть любое
другое устройство в сети, так что общее число соседств является квадра-
тичной функцией от количества клиентских узлов. Следовательно, инте-
грация между плоскостями управления в пакетных и в ориентированных на
установление соединения технологиях является наиболее важной целью.

Желание достигнуть более тесной интеграции транспортного уровня
привели к идее интегрированной пакетно-оптической плоскости управле-
ния (также называемой одноранговой моделью взаимодействия с управ-
ляющей плоскостью) для ячеистых IP/MPLS оптических сетей, что, в свою
очередь, позволило внедрить многоуровневое управление трафиком и
восстановление. В сравнении с другими моделями взаимодействия с
управляющей плоскостью (см. ниже), при одноранговой модели имеет
место тесное взаимодействие между уровнями. Например, пусть опера-
тор является и поставщиком оптического транспорта и провайдером Ин-
тернет услуг, и он хочет выровнять типологическую модель своей транс-
портной сети оптимально для осуществления операций по обслуживанию
его IP/MPLS сети. При этой модели взаимодействия, IP/MPLS плоскость
управления функционирует как одноранговая с плоскостью управления
оптической сети, что подразумевает единый узел управления, работающий
как на IP/MPLS, так и на оптической сети. Следовательно, одноранговая
модель влечет за собой тесное взаимодействие между обеими сетями.
Если рассматривать все узлы как Маршрутизаторы, Коммутирующие по
Меткам (Label Switching Router, LSR), масштабируемость сети «IP поверх
оптики» такая же, как и «обычной» сети IP/MPLS с тем же числом узлов.

Чтобы дать возможность существующим сетям постепенно эволюцио-
нировать к одноранговой модели, были предусмотрены промежуточные
ступени миграции в рамках наложенной модели. Наложенная модель ос-
новывается на предпосылке, что транспортный уровень (уровни) доста-
точно интеллектуален, чтобы функционировать как открытая платформа
для обеспечения динамического взаимодействия множества клиентских
уровней (включая IP/MPLS). Она была разработана для бизнес-модели,
в которой магистральные операторы или провайдеры широкополосных
услуг сдают в аренду свое сетевое оборудование Провайдерам Услуг
Интернет (Internet Service Provider, ISP). Эта модель появилась из пред-
посылки, что магистральные операторы владеют огромной базой транс-
портного оборудования SDH/SONET, и сталкиваются с взрывным ростом
трафика данных (Интернет) и распространением Виртуальных Частных
Сетей (Virtual Private Network, VPN). Эта модель (происходящая из при-
ложения G.805 к многоуровневой модели определения плоскости управ-
ления для сетей с коммутацией каналов) предполагает низкую степень
«доверия» между участвующими сторонами, и обязательное строгое раз-
деление плоскостей управления, а также, строгое ограничение обмена
сигнальной информацией. При этой модели IP/MPLS протоколы сигнали-
зации и маршрутизации зависят от протоколов в транспортной сети.
В ней используется две отдельных плоскости управления, взаимодейст-
вующих через Интерфейс Пользователь-Сеть (User-to Network Interface,
UNI), определяющий клиент-серверную связь между сетями IP/MPLS и
SDH/SONET. Следовательно, такая модель более непрозрачна, менее
функциональна, и менее гибка, по сравнению с другими моделями взаи-
модействия плоскостей управления.

Между этими двумя основными моделями расположена расширенная
модель взаимодействия уровня IP/MPLS и транспортного уровня. В тер-
минах уровня «доверия», она может быть расположена между наложен-
ной и одноранговой моделями. Хотя она и более функциональна, чем
первая, расширенная модель допускает обмен только ограниченным
объемом служебной информации между IP/MPLS клиентской и транс-
портной сетью. Основное отличие между одноранговой и расширенной
моделями в том, что первая допускает неограниченный обмен информа-
цией маршрутизации (например, включающей управление трафиком) ме-
жду плоскостью управления сетью IP/MPLS и плоскостью управления
транспортной сетью. В расширенной же модели, разрешен обмен только
строго ограниченным объемом информации (в основном, о доступности)
между оконечными узлами пользователей. Другое различие между этими
моделями заключается в используемой схеме адресации. В одноранго-
вой модели, SDH/SONET узлы, как и маршрутизаторы, имеют IP адреса-
цию. Расширенная модель допускает, но не требует, полное или частич-
ное скрытие способа адресации и топологии транспортного уровня.

Вследствие высокой стоимости оборудования оптических сетей,
управление трафиком становится обязательной функцией в большинстве
областей доставки информации. Управление Трафиком (Traffic Engineer-
ing, ТЕ) заключается в оптимизации сетевых ресурсов и характеристик,
включая применение научных методов для измерения, моделирования,
определения параметров, и управления трафиком; а также, применение
соответствующих инженерных методик для реализации индивидуальных
эксплуатационных задач. Аспектами ТЕ, представляющими интерес для
управления трафиком в оптических сетях, являются измерение и управ-
ление. Одной из этих приоритетных задач является упрощение эффек-
тивного и безотказного функционирования оптических сетей, совместно с
оптимизацией использования сетевых ресурсов и характеристик трафика.

В дальнейшем, необходимо определить принципы, на которых может
быть построен набор протоколов плоскости управления, включая сиг-
нальные протоколы и протоколы маршрутизации (в частности, распро-
странение информации о характеристиках ресурсов, их состоянии, и ис-
пользовании), чтобы достигнуть этих возможностей по управлению тра-
фиком. При достижении этой цели необходимо принимать во внимание
следующие аспекты:

- Снижение числа коммутационных уровней: в плоскости передачи дан-
ных останутся только IP/MPLS и Ethernet. С другой стороны, вместо
существующих в настоящее время уровней коммутации, уровень
SDH/SONET постепенно становится основной технологией для выпол-
нения и контроля доставки полезной нагрузки пакетов IP/MPLS через
РРР и Ethernet МАС в звеньях точка-точка.

- Расширение принципа коммутации по меткам: оптические каналы (т. е.
волновые LSP) определяются как коммутируемые пути, для которых
определяющей меткой является соответствующая длина волны.
Здесь, определение локально значимых маркированных областей (не
соответствующих Эквивалентным Классам Перенаправления (For-
warding Equivalence Classes, FEC)) для окружения, ориентированного
на установление соединения, может рассматриваться как наиболее
важное достоинство GMPLS.

- Расширение механизмов управления трафиком: концепций ТЕ, алго-
ритмов, и атрибутов, которые могут быть обобщены на непакетные то-
пологии и ресурсы. Это выполняется путем определения ТЕ атрибу-
тов, описывающих возможности использования ресурсов, их состоя-
ние, и текущее использование интерфейсов транспортной плоскости
(называемых оконечными точками звеньев). Первоначально во внима-
ние принимались только оптические технологии коммутации. Более то-
го, применимость интегрированных многоуровневых механизмов ТЕ
была направлена на унифицирование IP/MPLS и оптического комму-
тационного уровня.

- Использование IP схемы адресации: адресные префиксы IP могут
быть обобщены для идентификации пучков не-IP/MPLS пакетных око-
нечных интерфейсов. По существу, этот механизм обеспечивает ясное
различение интерфейсов транспортной плоскости, которые не под-
держивают смежность любых плоскостей управления маршрутизацией
или сигнализацией и их распределенное управление через IP-
пакетные оконечные интерфейсы, определяющие эти смежные плос-
кости управления. Это полностью коррелирует с уникальными аспек-
тами окружения оптических сетей. Более того, использование широко
известной и широко распространенной схемы адресации IP (вместо
определения специфичного адресного пространства, специально
предназначенного для интерфейсов транспортной плоскости) можно
рассматривать как ключевую предпосылку для легкого внедрения этой
технологии. Вместе с исключением промежуточных транспортных сло-
ев, эта концепция объединяет идею интегрированного ТЕ между уров-
нями IP/MPLS и оптического транспорта.

- Использование набора протоколов MPLS-ТЕ: сигнальные протоколы,
такие как Протокол Резервирования Ресурсов (Resource reservation
Protocol, RSVP), и протоколы маршрутизации, такие как протокол По-
иска Кратчайшего Пути (Open Shortest Path First, OSPF) или протокол
Промежуточная Система - Промежуточная Система (Intermediate Sys-
tem - Intermediate System, IS-IS) могут быть успешно использованы
для управления непакетными топологиями LSP. За прошедшие годы
эти протоколы сигнализации и маршрутизации доказали свою робаст-
ность и масштабируемость, достаточную для поддержания ?тих до-
полнений к их области применения.

Эти рассуждения привели к концепции интегрированной плоскости
управления, основанной на IP/MPLS-TE:

В MPLS-ТЕ пакетам назначаются метки, на основании которых и про-
исходит дальнейшее продвижение этих пакетов. Каждый маршрутизатор -
в контексте коммутации по меткам, называемый Маршрутизатором, ком-
мутирующим по Меткам (Label Switching Router, LSR), имеет базу данных
о дальнейшем продвижении, которая отображает взаимосвязь входящего
интерфейса/метки и исходящего интерфейса/метки. MPAS очень похожа,
но у нее взаимосвязаны пары входящее волокно/несущая - исходящее
волокно/несущая.

Приведенные выше цели предполагают, что расширенная плоскость
управления IP/MPLS-ТЕ полностью подходит для управления оптически-
ми сетями. В этом контексте ОХС (обобщающий термин, для обозначения
устройств, имеющих только непакетные оконечные интерфейсы), которые
эффективно используют плоскость управления MPLS-ТЕ, становятся IP-
адресуемыми устройствами. Следовательно, такой подход также решает
сложную проблему адресации в оптическом окружении, а если смотреть
более широко - то и для любой непакетно-ориентированной сети. Более
того, функции сети по распространению информации о топологии и
управлении трафиком, автоматизированному установлению соединений
(например, трактов SDH/SONET, оптических каналов), и быстрому вос-
становлению работоспособности системы при сбоях (защита и восста-
новление) могут быть значительно облегчены при использовании плоско-
сти управления IP/MPLS. Для этого, сети управления, ориентированные
на IP, используются для обмена сигнальной информацией между эле-
ментами плоскости управления (или контроллерами), посредством спе-
циальных каналов управления, использующих внутриполосные каналы,
или отдельные IP-сети.
Переход к GMPLS. Успех MPLS привел к экспансии данного подхода,
что выразилось в создании обобщенной многопротокольной коммутации
по меткам (Generalizated MultiProtocol Label Switching, GMPLS). Она рас-
пространяет основные идеи технологии MPLS, предназначенной для об-
работки IP-трафика, на оптические сети, построенные на основе техноло-
гии SDH и WDM. GMPLS рассматривается как наиболее перспективная
технология для построения сетей следующего поколения, которые позво-
лят предоставлять принципиально новые услуги, такие как пропускная
способность по требованию и оптические VPN.

Основные достоинства, обуславливающие распространение GMPLS, это:
- автоматизация;

-	распределенная обработка;

оптимизация ресурсов (и интеграция);

-	возможность взаимодействия любых сетей.

Эта технология, так же как и MPLS, является детищем Интернет-
сообщества (IETF). МСЭ-Т, разрабатывая концепцию автоматически ком-
мутируемой оптической сети (Automated Switched Optical Network, ASON),
также использует основные идеи GMPLS.

Основные отличия оптических сетей от традиционных пакетных с точ-
ки зрения технологии GMPLS заключаются, прежде всего, в использова-
нии универсальной метки, которая в зависимости от среды передачи мо-
жет отражать как номер виртуального контейнера SDH, так и номер опти-
ческого волокна. Кроме этого, число самих меток ограничено. Если в
MPLS метки присваиваются из практически неограниченного диапазона
(до одного миллиона на порт коммутатора), то в GMPLS число меток мо-
жет быть ограничено количеством поддерживаемых длин волн или коли-
чеством самих оптических волокон.

При этом в современных оптических сетях соседние узлы соединяют-
ся не одним, а группой параллельно идущих оптических волокон, что сра-
зу же накладывает ряд дополнительных требований по идентификации
каждого оптического волокна в группе, выделению ресурсов в ее рамках и
по ее управлению.

Выделение ресурсов в оптических сетях также несколько отличается
от аналогичной процедуры в традиционных пакетных сетях MPLS, ис-
пользующих статическое мультиплексирование. В оптических сетях ско-
рость соединения, как правило, не может быть назначена из непрерывно-
го спектра значений, а присваивается дискретно в соответствии с нали-
чием и емкостью контейнеров SDH, пропускной способностью отдельной
длины волны X и т. д.

Еще одним важным свойством оптических сетей является их высокое
быстродействие, при котором медленная и избыточная работа сигналь-
ных протоколов MPLS становится неприемлемой.

В оптических сетях требуются свои механизмы обнаружения неис-
правностей и организации управляющих соединений, связанные со спе-
цификой работы оптических коммутаторов, которые в принципе могут не
иметь электрических цепей для обнаружения и обработки аварийных и
сигнальных сообщений.

Вышеперечисленные отличия учтены в технологии универсальной
многопротокольной коммутации меток GMPLS.

Вносимые модификации затрагивают в первую очередь две области -
маршрутизации и сигнализации. В таблице П3.1 приведены некоторые
протоколы маршрутизации и сигнализации, используемые в современных
сетях. Из нее видно, что в оптических сетях OXC (Optical Cross Connect)
отсутствуют стандартные протоколы маршрутизации и сигнализации, а
использование протоколов, применяемых в MPLS, требует их доработки
для полноценного функционирования в сетях GMPLS.

Необходима доработка существующих протоколов внутренней сете-
вой маршрутизации, в качестве которых в настоящее время используют-
ся протоколы OSPF и IS-IS, для обеспечения возможности распростране-
ния характеристик оптических каналов наряду с информацией о доступ-
ности сетевых элементов.

Кроме того, требуется доработка существующих протоколов сигнали-
зации, распространения меток и установления соединений. К ним отно-
сятся протоколы RSVP (Resource reservation protocol) и CR-LDP (Con-
straint-Based routed LDP).

Основная цель технологии GMPLS - эффективно использовать воз-
можности современных оптических технологий для создания гибкой, ди-
намически перестраиваемой и отказоустойчивой инфраструктуры. При-

Таблица П3.1. Протоколы маршрутизации и сигнализации

в современных сетях

Технология	Протокол маршрутизации	Протокол сигнализации	Организация стандартизации
IP	OSPF, IS-IS	НЕТ	IETF
FR	HET	Q.933, FRF.4/10	ITU-T, Frame Relay Forum
ATM	PNNI	PNNI	ATM Forum
MPLS	OSPF, IS-IS мо- дифицированные для поддержки ТЕ	RSVP-ТЕ, CR-LDP	IETF
OXC	Фирменные протоколы	Фирменные протоколы	HET
GMPLS	OSPF, IS-IS мо- дифицированные для поддержки GMPLS	RSVP-ТЕ, CR-LDP модифицирован- ные для поддерж- ки GMPLS	IETF
менение (обобщение) для этого основных положений IP и MPLS позволя-
ет использовать имеющиеся наработки, а единство принципов, приме-
няемых на всех уровнях сети, упростит эксплуатацию и расширит воз-
можности интеграции.

П3.2. Особенности GMPLS

Новые дополнительные услуги. Улучшенные возможности, обеспе-
чиваемые GMPLS, позволяют магистральным операторам вводить новые
услуги. Быстрое, автоматизированное и простое в обслуживании уста-
новление соединений, позволяет предлагать так называемые услуги пре-
доставления полосы частот по запросу. В этом случае, клиент, которому
необходима дополнительная полоса пропускания на определенный пе-
риод времени, может прямо запросить одно или более дополнительных
соединений через транспортную сеть оператора. Эти соединения уста-
навливаются автоматически без необходимости в трудоемких вмеша-
тельствах оператора.

Установление соединения может быть или управляемым плоскостью
управления, или плоскостью данных. В первом случае, соединения уста-
навливаются на определенный промежуток времени в определенный мо-
мент времени (например, ежедневно, еженедельно, ежемесячно и т. п.).
Во втором случае, новые соединения устанавливаются, когда объем тра-
фика данного соединения превышает установленный порог. Когда эти со-
единения больше не нужны, т. е. интенсивность передачи трафика упала
ниже порога, дополнительные соединения разрушаются автоматически.

Другая расширенная услуга, которая может быть предложена - это
многоуровневое восстановление. GMPLS предусматривает наличие раз-
деления классов обслуживания (а, следовательно, и классов тарифика-
ции) путем введения различных механизмов восстановления для приме-
нения к различным типам трафика.

В контексте Виртуальных Частных Сетей (Virtual Private Network, VPN),
GMPLS допускает существование оптических VPN, которые обеспечива-
ют соединения между различными участками VPN посредством оптиче-
ских соединений. Используя оптические VPN, клиентские устройства по-
лучают более функциональное и детализованное управление над их вир-
туальной сетью. Они могут более легко адаптировать полосу пропускания
и политику функционирования к их требованиям, используя свойства са-
монастройки (т. е. без вмешательства со стороны оператора).

GMPLS не только позволяет увеличить прибыли путем введения новых
дополнительных услуг. Он также позволяет магистральным операторам
увеличивать доходы от существующих услуг. Они могут повысить удержи-
вание пользователей путем улучшения всех характеристик сети и услуг,
поставляемых клиентам. Они могут также предлагать и твердо придержи-
ваться более строгих SLA с прочными гарантиями в терминах задержки,
джиттера, и доступности. К тому же, GMPLS позволяет быстро обслужи-
вать услуги, в результате чего, раньше вводить биллинг, что приведет к
более раннему поступлению доходов. Более того, хотя и существуют неко-
торые капитальные затраты, связанные с внедрением функций GMPLS на
сети, они будут раньше скомпенсированы по упомянутым выше причинам.

Создание общей модели внедрения GMPLS, удовлетворяющей мно-
жеству требований магистральных операторов, невозможно. Она будет
очень сильно зависеть от существующей сети оператора, способа функ-
ционирования, и степени, с которой возможности, предлагаемые GMPLS,
будут внедряться (т. е., какое подмножество свойств будет применяться).
И все-таки, предлагая операторам потенциальное увеличение их доходов
и снижение их капитальных и эксплуатационных затрат, GMPLS будет
помогать им понять их выгоду в долгосрочной перспективе.

Архитектура GMPLS. Рассмотрим подробно ключевые усовершенст-
вования механизмов и протоколов MPLS-ТЕ, принятые с целью достиже-
ния целей, описанных выше, - в частности, улучшения и/или расширения
на оптическую область механизмов управления трафиком и концепций
маршрутизации, с тем, чтобы достичь целей, связанных с оптимизацией
ресурсов.

Расширение MPLS-ТЕ на непакетно-ориентированные сети, вклю-
чающие один или более уровней коммутации, посредством GMPLS, вско-
ре столкнулось с проблемой отслеживания структуры этих уровней с точ-
ки зрения плоскости управления. Для решения этой задачи, с целью со-
хранения того же уровня гибкости, что и при MPLS-ТЕ в пакетно-
ориентированном окружении, было введено несколько новых концепций.
С точки зрения плоскости управления - транспортная плоскость пред-
ставляет собой уровень коммутации, подразделенный на LSP зоны. Со-
гласно этого подхода, звено ТЕ (с точки зрения плоскости управления)
выглядит в точности так, как оно определено в канонической многоуров-
невой модели, где звено является эквивалентом пучка звеньев в терми-
нологии IETF. В свою очередь, подразделение звеньев на пучки позволя-
ет улучшить масштабируемость протокола состояния звеньев путем
обобщения использования совокупных ТЕ атрибутов для каждого звена
(соответствующего вероятностному методу управления трафиком). Кон-
цепция ТЕ звеньев также открывает возможность для логического разде-
ления между смежностями маршрутизации и транспортными звеньями
плоскости данных (иначе - звеньями данных).

Более того, концепция ТЕ звеньев была распространена и на несмеж-
ные устройства путем введения концепции Смежности Перенаправления
(Forwarding Adjacency, FA), применимой, когда плоскость управления кон-
тролирует работу нескольких транспортных уровней; в частности, когда
для всех N транспортных уровней используется одна плоскость управле-
ния (модель единой маршрутизации). Используя FA, узел может (в зави-
симости от его локальной конфигурации политики управления) использо-
вать LSP как звенья ТЕ в тех же OSPF/IS-IS запросах, что и когда он оп-
ределял путь, занимающий этот LSP. Это позволяет другим узлам, при-
надлежащим к той же зоне, использовать FA с любыми другими звеньями
ТЕ при вычислении пути. Более того, независимо от сложности лежащей
в основе топологии транспортной плоскости и ее неотъемлемых характе-
ристик, плоскость управления GMPLS равномерно обрабатывает (про-
странственно) атрибуты ТЕ, для непротиворечивых, основанных на огра-
ничениях, расчетов необходимых маршрутов, позволяющих, в свою оче-
редь, достичь более низкого потребления ресурсов по всей оптической
сети. В конечном итоге, способность достичь мягкой реализации Смежно-
сти Перенаправления, как ожидается, значительно облегчит управление
общей робастностью сетевых ресурсов.

К тому же, было проведено расширение сигнальных протоколов
MPLS-ТЕ с целью обеспечения возможности установления двунаправ-
ленных LSP, чтобы улучшить время обслуживания соединения. Также,
йыли выполнены (или в настоящее время обсуждаются в Объединенной
Рабочей Группе по Протоколам Управления и Измерения комитета IETF
(IETF Common Control And Measurement Protocol Working Group, IETF
CCAMP WG)) и другие усовершенствования, позволяющие эффективно
(с низкой вероятностью блокировок) устанавливать оптические каналы,
с использованием нисходящей (предыдущий узел) и восходящей (после-
дующий узел) меток.

Способы коммутации в GMPLS. В магистральных оптических сетях,
объединяющих самые разнообразные системы передачи, возможны раз-
личные способы коммутации. Все эти виды коммутации можно подразде-
лить на три основных группы сокращенно обозначаемые как WR, OPS,
OBS. В каждой из них можно выделить подгруппы на основе используе-
мой коммутации с точки зрения GMPLS:

В сетях с маршрутизацией несущих (Wavelength Routing, WR) между
двумя оконечными узлами сети создается полностью оптический волно-
вой путь. Этот оптический путь носит название Световой Путь (Lightpath)
и создается путем резервирования волнового канала на каждом звене по
всему пути. После того, как все данные будут переданы, световой путь
освобождается. Сети WR состоят из оптических кросс-коннекторов (ОХС),
соединенных друг с другом оптоволоконными линиями в произвольной
топологии. Устройства ОХС способны различать потоки данных по тому,
на какой порт входа они поступили, и какую имеют длину волны.

В результате, в промежуточных узлах не требуется производить какой
либо обработки, О/Е/О преобразований или буферизации данных, кото-
рые передаются между двумя оконечными точками светового пути. Одна-
ко, WR сети, как разновидность сетей с коммутацией каналов, не исполь-
зуют статистического распределения ресурсов, что приводит к низкому
использованию доступной полосы частот.

Возможные виды GMPLS коммутации:

Физическая коммутация оптического волокна. Наиболее простой и
распространенный вид коммутации. Трафик поступает на коммутатор по
одной оптической линии связи, а уходит по другой.
Коммутация по длине волны X. Внутри одной оптической линии связи
могут присутствовать несколько несущих лучей на разной длине волны - X.
На каждой длине волны может передаваться свой поток данных. При
этом оптический коммутатор может осуществлять коммутацию не просто
по входящей/исходящей оптической линии связи, но и по длине волны X в
каждой оптической линии связи.

Некоторые современные оптические коммутаторы ОХС могут осуще-
ствлять преобразование длин волн X при коммутации таким образом, что
трафик, пришедший по одной длине волны X, может уйти по другой X.
Однако некоторые коммутаторы могут осуществлять коммутацию только
между своими интерфейсами, сохраняя начальную длину волны X потока.

Коммутация пропускной способности каналов. Коммутация пропуск-
ной способности каналов, по сути, является частным случаем коммутации
длин волн. Канал между двумя оптическими коммутаторами состоит из
набора длин волн X, которые в свою очередь могут быть объединены в
один подканал для предоставления необходимой пропускной способно-
сти. Коммутация пропускной способности - это коммутация таких агреги-
рованных подканалов, сформированных в зависимости от требуемой
скорости передачи. При этом трафик всех X, входящих в подканал, ком-
мутируется и обслуживается одним и тем же образом. Данный способ
коммутации является достаточно перспективным, поскольку позволяет
уменьшить количество параллельных LSP туннелей, соединяющих две
точки и организованных для предоставления большей пропускной спо-
собности соединения.

Коммутация временных слотов. Данный способ коммутации широко
известен и используется в сетях SDH. При этом номера виртуальных кон-
тейнеров VC можно также использовать в качестве меток при оптической
коммутации.

В сетях с Оптической Коммутацией Пакетов (Optical Packet Switch-
ing, OPS), IP трафик обрабатывается и коммутируется каждым маршру-
тизатором по принципу «пакет за пакетом». IP пакет состоит из заголовка
и полезной нагрузки. Заголовок пакета содержит информацию, необхо-
димую для маршрутизации пакета, тогда как полезная нагрузка перено-
сит реальные данные. Будущая и наивысшая цель сетей OPS - это об-
работка заголовка пакета внутри оптической среды. На текущем уровне
технологий это невозможно. Решением этой проблемы является обра-
ботка заголовка в электронной среде, с сохранением полезной нагрузки
в оптической среде. Однако многие технические специалисты продол-
жают считать, что это решение жизнеспособно. Основное достоинство
OPS - это возможность повысить использование частотного диапазона
путем применения статистического уплотнения для распределения по-
лосы частот.

Сети с Оптической Коммутацией Блоков (Optical Burst Switching,
OBS) комбинируют достоинства обеих рассмотренных ранее сетей - WR
и OPS. Так же, как и в WR сетях, здесь нет нужды в буферизации и элек-
тронной обработке данных в промежуточных узлах. В то же время, OBS
повышает коэффициент использования сети путем резервирования ка-
нала на ограниченный период времени. Основная коммутационная еди-
ница в OBS сети - это блок. Блок (Burst) - это последовательность паке-
тов, совместно передающихся от узла входа к исходящему узлу и совме-
стно коммутируемых в промежуточных узлах. Существует несколько под-
ходов к формированию блока; например, техника Контейнеризации с Ог-
раниченным временем Агрегации (Containerization with Aggregation-
timeout, CAT). Блок состоит из двух частей - заголовка и данных. Заголо-
вок, называемый управляющим блоком (Control Burst, СВ), передается
отдельно от данных, которые называются Блоком Данных (Data Burst,
QB). СВ, передаваемый первым, резервирует полосу частот вдоль всего
пути для соответствующего DB. Затем следует сам DB, который движется
по пути, зарезервированном СВ.

Универсальная метка. В GMPLS должна использоваться универ-
сальная метка, которая могла бы одинаково эффективно идентифициро-
вать соединение LSP (Label Switched Path), использующие для передачи
трафика различные транспортные среды.

В MPLS присвоение меток осуществляется достаточно простым спо-
собом, а именно: вышестоящий MPLS-коммутатор LSR (Label Switch
Router) отправляет нижестоящему запрос на присвоения метки по одному
из протоколов RSVP (RSVP PATH) или CR-LDP (CR-LDP Label request).
Нижестоящий коммутатор LSR присваивает первую свободную метку и
отправляет ее значение обратно вышестоящему.

В GMPLS принцип коммутации по меткам расширен применительно к
оптическим сетям. Здесь, в отличие от MPLS вместе с меткой необходи-
мо передавать информацию о ее типе, поскольку в качестве меток могут
быть выбраны различные компоненты - длина волны X, номер оптическо-
го волокна в канале, номер SDH-контейнера и т. д. В настоящий момент
предложены следующие базовые типы меток:

-	Packet - метка, идентифицирующая Ethernet (GE, FE);

-	PDH - метка, идентифицирующая кадры ETSI/ANSI РОН (Т1, Е1, ЕЗ);

-	SONET/SDH - метка, идентифицирующая контейнеры SONET/SDH
(VT, VC, STS-n, STM-n);

-	Digital Wrapper - метка OTN G.709 (2,5, 10, 40 Гбит/с);

-	X - длина волны при использовании фотонных Х-коммутаторов ОХС;

-	Fiber - метка, идентифицирующая номер оптического волокна;

-	Fiber Channel - метка, идентифицирующая оптический канал.

Перечисленные выше типы меток описывают тип устанавливаемого
соединения LSP, а не транспортной технологии, через которую данный
LSP устанавливается. Например, использование метки X означает, что
устанавливаемое соединение LSP следует обеспечивать прозрачно без
оптико-электрических преобразований. Тип метки Ethernet означает, что
следует также обеспечить синхронизацию и, возможно, согласование
скоростей на транзитных коммутаторах.

В свою очередь, при запросе, например, метки SONET/SDH, необхо-
димо указывать тип и количество контейнеров. Таким образом сигналь-
ные сообщения протоколов RSVP и CP-LDP модифицированы для под-
держки расширенных типов меток.

Иерархические туннели LSP. Как было отмечено ранее, в GMPLS
наращивание пропускной способности происходит дискретно и зависит от
типа транспортной инфраструктуры. Это может быть иерархия PDH или
количество оптических волокон, каящое из которых имеет совершенно
определенную пропускную способность. Если на канале доступно две X,
каждая из которых имеет по 10 Гбит/с пропускной способности, пользова-
тель может дискретно зарезервировать либо 10 Гбит/с, используя одну X,
либо 20 Гбит/с, используя обе X. В любом случае это очень большие ско-
рости для одного соединения LSP.

Кроме этого, в GMPLS количество доступных меток может быть ограни-
чено. Если в MPLS под поле метки выделяется 20 бит (что соответствует
примерно одному миллиону меток), то в GMPLS появляется явное ограни-
чение, связанное с количеством поддерживаемых длин волн X, числом
доступных оптических волокон, количеством контейнеров SDH и т. д.

Эти проблемы можно решить с помощью иерархических туннелей
LSP. Принцип их построения состоит в том, что один LSP может нахо-
диться внутри другого. Так, например, внутри одного соединения LSP,
занимающего целое оптическое волокно, может находиться несколько
вложенных соединений LSP на каждой длине волны X соответственно.
В каждом соединении Х-LSP может находиться несколько соединений,
базирующихся на SDH-иерархии и т. д., как это показано на рис. П3.2.

Даже в случае с применением Х-коммутации можно получить хорошо
гранулированную с точки зрения пропускной способности сеть. Дело в
том, что как только LSP рассматривается не как одно соединение, а как
канал, способный вместить в себя много других LSP его полоса пропус-
кания больше не считается дискретной.

Кроме того, соединение LSP, проложенное на нижнем уровне иерар-
хии, может пропускать через себя маршрутный трафик внутреннего про-
токола маршрутизации верхнего уровня. При этом пограничные коммута-
торы LSP туннеля нижнего уровня будут являться непосредственно со-
единенными соседями с точки зрения верхнего уровня, образуя для него
выделенный канал.

На вершине же такой иерархии могут находиться самые обычные
MPLS-соединения.

Иерархические туннели не испытывают нехватки меток для организа-
ции соединений, поскольку каждое соединение может быть представлено
целым набором меток разного уровня, образуя туннель в туннеле.
SDH

коммутатор

DWDM
коммутатор

MPLS
комму-
татор

SDH

коммутатор

DWDM
коммутатор

MPLS
комму-
татор

Ethernet

SDH

И soh

Ethernet

татор

ВОЛС1

DWDM
’VU..

воле

ВОЛС2

DM

DWDM

воле
комму-
татор

DWOM^

s»"

SDH
коммутатор

DWDM
комму-
татор

DWDM
комму-
татор

Fiber-LSP

MPLS
комму-
татор

Ethernet

SDH
коммутатор

Ethernet

MPLS
комму-
татор



Limbda-LSP

TDM-LSP

Packet-LSP

Рис. П3.2. Организация иерархических LSP туннелей

Рассмотрим процедуры реализации пакетного LSP (рис. ПЗ.З) в сети
GMPLS. Так, сети с коммутацией пакетов подключены через STM-4 к
SDH-кольцу. Кольца SDH объединены с оптическими кросс-коннекторами
(ОХС1, ОХС2). Между кросс-коннекторами находится оптическая линия с
пропускной способностью STM-64. Необходимо создать LSP и передать
данные от LSR1 к LSR4. Для образования пакетного LSP (рис. ПЗ.З) тре-
буется сформировать пакетный туннель через LSP более низкого уровня
иерархии. Для этого посылается запрос PATH (RSVP-ТЕ) или Label Re-
quest (CR-LDP) на более низкий уровень иерархии.

Сообщение содержит обобщенный запрос с указанием типов LSP и
нагрузки (пакет, TDM-слот и т. д.), а также ряд служебных параметров.
После обработки запроса нижестоящий узел пересылает в обратном на-
правлении сообщение RESV/Label Mapping, содержащее обобщенную
метку, которую необходимо использовать для данного LSP. Поскольку в
RSVP-ТЕ получатель инициирует образование соединения, то в случае
пакетного LSP будут созданы:

1.	LSP между ОХС1 и ОХС2 (LSP1).

2.	LSP между DSC2 и DSC3 (пограничными узлами), затем после рас-
пространения информации о полученных метках в пределах домена -
LSP между DSC1 и DSC4 (LSP TDM).
OXCI 0ХС2

Рис. ПЗ.З. Процедуры реализации пакетного LSP

3.	LSP между пограничными маршрутизаторами пакетной сети LSR2-
LSR3 и путь LSR1-LSR4 согласно передаваемой в пределах домена
информации о полученных метках.

ПЗ.З. Технология GMPLS: методы защиты
и восстановления

В современных телекоммуникациях, базирующихся на передовых вы-
сокоскоростных технологиях, особое внимание уделяется надежности и
стабильности работы сетей. От того насколько устойчива сетевая инфра-
структура к авариям и как быстро происходит восстановление после них,
зависит уровень надежности сети и качество предоставляемых услуг.

Одним из перспективных направлений построения современной сете-
вой инфраструктуры является использование оптических технологий для
организации высокоскоростной магистральной сети и единой системы
сигнализации, позволяющей объединять различные типы сред и систем
передачи информации. В качестве такой объединяющей технологии в
настоящий момент рассматривается технология Универсальной Много-
протокольной Коммутации Меток - GMPLS (Generalized Multiprotocol Label
Switching).

GMPLS является расширением технологии MPLS. Она унифицирует
управляющую составляющую сетевой инфраструктуры, позволяя исполь-
зовать ее на различных типах транспортных технологий, начиная с обыч-
ных пакетных сетей и заканчивая коммутацией по длине воНны, сетями
SDH/SONET и оптическими транспортными сетями G.709.

Ниже рассмотрены основные принципы и методы защиты и восста-
новления, предлагаемые технологией GMPLS для создания надежных
современных высокоскоростных сетей.

Защита и восстановление в сетях GMPLS. Пятьдесят мс, данный
временной интервал позволяет восстановить работоспособность без ка-
ких-либо видимых ухудшений уровня качества обслуживания клиента.
В частности, в таких сетях как SDH, RPR (IEEE 802.17) восстановление
после аварий осуществляется менее чем за 50 мс. Однако подобные ме-
ханизмы защиты и восстановления специфичны для каждой технологии и
не интегрируются друг с другом.
При использовании единой системы сигнализации сети, объединяю-
щей различные транспортные технологии, требуется наличие универсаль-
ных механизмов защиты и восстановления. Эти механизмы не должны за-
висеть от типа транспортной сети, должны позволять обслуживать соеди-
нения, которые могут начинаться на пакетных Gigabit Ethernet и проходить
через кольца SDH и оптические коммутаторы. При этом использование
новых современных технологий требует наличия у них характеристик, по
крайней мере, не хуже, чем в существующих оптических сетях.

В связи с этим в технологии GMPLS разработан ряд механизмов, по-
зволяющих обнаруживать неисправности и осуществлять восстановление
работоспособности сети за время, измеряемое десятками миллисекунд.

Под защитой сети понимается организация резервных каналов, кото-
рые активизируются в случае обнаружения неисправности. Под восста-
новлением работоспособности сети понимается набор механизмов, по-
зволяющий рассчитывать и динамически переустанавливать соединения
при обнаружении аварии.

В качестве механизмов защиты и восстановления работоспособности
сетей, основанных на технологии GMPLS, разработано несколько подхо-
дов, которые рассмотрены ниже:

-	местное восстановление (Local Repair);

-	защитная коммутация (Protection switching);

-	быстрая перемаршрутизация (Fast reroute).

Местное восстановление. При использовании защиты типа местное
восстановление, потеря установленного соединения LSP (Label Pitched
Path) восстанавливается за счет формирования нового LSP с учетом из-
менившейся ситуации на сети, При этом используются существующие
сигнальные протоколы GMPLS.

Коммутатор LSR (Label Switch Router), обнаруживший разрыв проходя-
щего через него соединения LSP, посылает сообщение об ошибке комму-
татору, который сформировал данное соединение. Получив такое сообще-
ние, начальный коммутатор LSR А пересчитывает свои маршрутные таб-
лицы, находит, если это возможно, альтернативный маршрут через комму-
татор LSR D и переустанавливает соединение, как это показано на рис.
П3.4.

Очевидно, что данный способ является достаточно медленным. По-
скольку, чтобы сформировать новое соединение LSP начальному комму-
татору LSR А сначала нужно получить информирующее об аварии сооб-
щение, пересчитать маршрутные таблицы, используя свой протокол
маршрутизации, проанализировать новую топологию сети и выбрать оп-
тимальный маршрут. Только после этого он может устанавливать новое
соединение. Все это требует времени, учитывая, что функции распро-
странения сообщения об аварии, пересчета маршрутных таблиц и уста-
новления нового соединения LSP могут выполнять разные протоколы
(CR-LDP/RSVP-TE, IGP).

Такой вид местного восстановления называется восстановлением от
источника (Repair at ingress) и является наиболее медленным.
Аварийное	Основное	Аварийное

LSR А сообщение В соединение LSP	сообщение LSRE

Переустановленное соединение LSP

Рис. П3.4. Восстановление соединения LSP от источника

Такой вид местного восстановления называется восстановлением от
источника {Repairat ingress) и является наиболее медленным.

Процедуру местного восстановления можно ускорить, если разорван-
ное соединение LSP будет восстанавливаться не от источника, а локаль-
но в месте обнаружения повреждения, называемом точкой восстановле-
ния - PLR (Point of Local repair), как это показано на рис. П3.5.

Рис. П3.5. Восстановление соединения LSP от точки обнаружения

Способ восстановления от места обнаружения повреждения не требу-
ет дополнительной сигнализации для распространения информации об
аварии в сторону начального коммутатора LSR А, что значительно ускоря-
ет процесс восстановления. Однако этот способ имеет ряд недостатков.

Во-первых, маршрут, выбранный для переустановления части соеди-
нения LSP от места обнаружения повреждения на коммутаторе LSR В,
может быть неоптимальным. С точки зрения всей сети оптимальным мо-
жет быть маршрут от коммутатора LSR А через коммутатор LSRG.
Во-вторых, не все сигнальные протоколы могут работать в таком ре-
жиме. В частности, протокол CR-LDP требует возврата к исходной точке
при обнаружении разрыва соединения LSP и не может восстанавливать
поврежденное соединение LSP от середины.

В этом смысле протокол RSVP-ТЕ является более гибким, поскольку
позволяет адаптироваться к изменениям в топологии и переустанавли-
вать соединение LSP при отсутствии требуемых ресурсов или потере
связи. Это связано, прежде всего, с самой функциональностью протокола
RSVP, который с самого начала проектировался как протокол для работы
в среде IP, где изменение маршрутных таблиц является обычным делом.

Что касается протокола LDP, то его использование в GMPLS не рас-
сматривается. Дело в том, что он не имеет возможности работать с па-
раметрами качества обслуживания QoS, которые необходимы в оптиче-
ских сетях, где все соединения устанавливаются на основе наличия ре-
сурсов и требуемой пропускной способности.

Еще одним недостатком использования метода восстановления от
места обнаружения повреждения является невозможность контроля ре-
сурсов, занимаемых локально восстановленными участками соединения
LSP в общей модели инжиниринга трафика. Это серьезный недостаток и
связан он, прежде всего, как раз с отсутствием полноценной сигнализа-
ции из конца в конец соединения.

Защитная коммутация. Данный способ защиты широко используется
в сетях SDH. В сетях GMPLS этот метод заключается в создании альтер-
нативного соединения LSP для каждого потенциально опасного направ-
ления. Таким образом, между каждыми оконечными коммутаторами LSR
при создании соединения LSP автоматически создается резервное со-
единение LSP. устанавливаемое другим маршрутом.

Использование данного метода позволяет существенно уменьшить
время восстановления сети при повреждениях, поскольку для переуста-
новления потерянного соединения LSP требуется всего лишь переклю-
чить основное соединение LSP на резервное, которое уже создано и
ожидает в горячем резерве.

По аналогии с технологией SDH возможны варианты организации ре-
зервирования 1 + 1 или 1:1.

При резервировании типа 1 + 1 создаются и активны оба соединения
LSP - основное и резервное. По ним одновременно идут одни и те же
данные, и оконечному GMPLS- коммутатору необходимо только прини-
мать решение, данные какого соединения LSP использовать, как это по-
казано на рис. П3.6.

Решение о переключении с основного соединения LSP на резервное
может базироваться как на информации об аварии, так и на целостности
принимаемых данных.

Данный способ защиты имеет очень хорошие характеристики, однако тре-
бует существенного увеличения используемых на сети ресурсов, что делает
его применение нецелесообразным, хотя и оправданным в ряде случаев.
Рис. П3.6. Организация резервного соединения LSP
в защитной коммутации

При резервировании типа 1:1 в сети также создаются два соединения
LSP. Однако резервное соединение LSP находится в горячем резерве и
не используется для передачи данных. При потере основного соединения
LSP (о чем информирует аварийное сообщение) начальный коммутатор
LSR переключает трафик на резервное соединение.

Возможны различные варианты данных методов защиты, например,
резервное соединение LSP устанавливается без резервирования ресур-
сов. А при переключении на него трафика отбирает ресурсы у менее при-
оритетных соединений. Также трафик защищаемого соединения LSP мо-
жет переключаться на другие соединения LSR идущие в ту же сторону, но
обслуживающие менее приоритетный трафик. В этом случае менее при-
оритетный трафик просто удаляется.

Преимущество защитной коммутации состоит в том, что при возникнове-
нии аварийной ситуации дополнительного времени на распространение сиг-
нальных сообщений, устанавливающих новый маршрут, не требуется. Это
существенно ускоряет работу данного метода защиты. Однако сообщение
об аварии все-таки должно быть передано отточки ее обнаружения до точки
перемаршрутизации, которая в случае с защитной коммутацией находится
на начальном коммутаторе LSR, и на это уходит некоторое время.

Описанные выше способы защитной коммутации не требуют изменений
в существующей GMPLS сигнализации, однако требуют стандартизации
механизмов установлений и обслуживания резервных соединений LSP.

Быстрая перемаршрутизация - это метод, при котором трафик
GMPLS может быть перемаршрутизирован без осуществления дополни-
тельной сигнализации в момент обнаружения аварии. По сути, быстрая
перемаршрутизация является комбинацией рассмотренных выше мето-
дов, объединяя в себе как элементы методов защиты, так и элементы
методов восстановления сетей после аварий.

Метод быстрой перемаршрутизации базируется на заранее созданных
альтернативных соединениях. При этом защищается, как правило, не все
соединение LSP, а некоторые наиболее опасные его участки. При обна-
ружении аварии GMPLS-трафик просто меняет свою метку и продолжает
следовать по заранее созданному резервному соединению LSP. Помимо
простой замены меток также возможно использование стека меток, по-
зволяющего предохранить оригинальную метку соединения LSP.

Существует несколько проектов стандарта на функции быстрой пере-
маршрутизации в GMPLS.

Самый простой способ защиты - защита канала (link protection). Дан-
ный метод заключается в защите магистрального соединения между со-
седними коммутаторами LSR. Этот метод используется, если существует
вероятность разрыва физическом соединения между двумя крупными
магистральными коммутаторам LSR. Для защиты канала заранее созда-
ется резервное соединение LSP, соединяющее два пограничных комму-
татора LSR через альтернативный канал.

При разрыве основного канала весь трафик, проходящий через него,
включая все соединения LSP, переключается на резервное соединение
LSP. Пропускная способность резервного соединения LSP должна быть
достаточна для обслуживания всех переключенных потоков. При отсутст-
вии необходимого количества ресурсов возможна перемаршрутизация
только некоторых потоков данных, например, наиболее приоритетных.

Резервное соединение LSP, защищающее канал между коммутатора-
ми LSR В и LSR С, как это показано на рис. П3.7, представляет собой
туннель, добавляющий дополнительную метку к переключаемым соеди-
нениям LSP, формируя стек меток. Таким образом, создание новых таб-
лиц коммутации меток не требуется. Просто метка, установленная край-
ним коммутатором LSR В в начале разорванного канала, инкапсулирует-
ся в стек меток и к ней добавляется дополнительная метка туннеля.

В конце туннеля на коммутаторе LSR G внешняя метка отбрасывает-
ся, и на коммутатор LSR С: находящийся на другом конце защищаемого
канала, приходит пакет с меткой, установленной на исходном конце разо-
рванного канала. Таким образом, коммутатору LSR С не требуется пере-
считывать таблицы коммутации, а достаточно просто отправить пакет
дальше в соответствии с текущими таблицами.

Основное соединение
LSR A	LSR В	LSP1, LSP2	LSR С	LSR D
Однако следует отметить, что коммутация трафика в MPLS осуществ-
ляется на основе пар компонентов - это входящий интерфейс/метка и
исходящий интерфейс/метка. Несмотря на то, что метка в данном методе
защиты остается неизменной, меняется номер входящего интерфейса.
Для решения этой проблемы возможны два подхода. Можно использо-
вать дополнительные таблицы соответствий между входящими интер-
фейсами, что достаточно сложно и неудобно, либо Глобальное Распре-
деление Меток.

В этом случае уникальные метки присваиваются не на каждый интер-
фейс коммутатора LSR, а на весь коммутатор.

Коммутатору становится абсолютно неважно, с какого интерфейса
пришел пакет. Он просто обрабатывает пакет в соответствии с поступив-
шей меткой.

Способ защиты канала является наиболее простым, однако он защи-
щает только соединения между двумя соседними GMPLS-коммутаторами
и не работоспособен в случае, когда теряется несколько последователь-
но включенных каналов или целиком коммутатор LSR.

Для защиты от потери коммутаторов используется метод защиты уз-
лов (Node Protection). Он аналогичен методу защиты каналов и заключа-
ется в установлении резервного соединения LSP в обход резервируемого
GMPLS-коммутатора. При обнаружении неисправности резервируемого
коммутатора LSR, трафик переключается на резервное соединение LSP.
Далее все работает также как при использовании метода защиты канала,
но с одним исключением.

Метка, устанавливаемая крайним коммутатором LSR В при входе в
резервный LSP туннель, является меткой для транзитного резервируемо-
го коммутатора LSR С, но не для коммутатора LSR D в конце туннеля.
Поэтому, когда такой трафик выйдет из резервного туннеля LSP, оконеч-
ный коммутатор LSR D не будет иметь для него правильного маршрута.

Для решения этой проблемы нужен некоторый сигнальный протокол,
который будет информировать коммутатор в точке восстановления LSR В
о значении метки, которую ожидает коммутатор LSR D.

RSVP RRO {LSR Е [4]; LSR D [3]; LSR С [2]}
В качестве такого сигнального протокола используется протокол
RSVP-ТЕ. Объект записи маршрута RRO (Route Record Object) протокола
RSVP-ТЕ содержит информацию обо всех транзитных коммутаторах на
пути соединения LSP и используемых метках, как это показано на рис.
П3.8.

Метка 3, которая должна была быть использована защищаемым ком-
мутатором LSR С для коммутатора LSR D, помещается на коммутаторе
LSR В в пакет перед его туннелированием по резервному соединению LSP.
Таким образом, обеспечивается приход трафика на коммутатор LSR D с
правильной меткой, а использование Глобального Распределения Меток
решает проблему появления трафика на другом интерфейсе.

Стандартизация методов защиты и восстановления. В настоящее
рремя в IETF в качестве предлагаемых для стандартизации механизмов
защиты и восстановления рассматриваются два способа организации
быстрой перемаршрутизации (fast-reroute).

Первый способ, заключающийся в организации защиты одного со-
единения LSR в предлагаемом стандарте носит название «объезда»
(detour). Второй способ, заключающийся в организации защиты узла и
всех соединений, проходящих через данный узел, в предлагаемом
стандарте носит название «обхода» (bypass). Оба способа, предложен-
ные в различных проектах разными авторами, подразумевали сходную
функциональность, реализованную разными средствами. Для унифика-
ции решения быстрой перемаршрутизации оба способа были интегри-
рованы в одном проекте стандарта, что отразилось в следующей функ-
циональности.

При организации «объезда» для каждого соединения LSP, требующе-
го защиты, формируется резервное соединение LSP, идущее в обход ос-
новного пути. Этот способ защищает единичные соединения LSP и не
предусматривает создание туннелей и использование стека меток. Для
сигнализации резервного канала данного LSP используется сообщение
протокола RSVP PATH с новым специальным объектом быстрой пере-
маршрутизации (FAST-REROUTE) с пометкой о том, что требуется защи-
та одного соединения LSP.

Когда узел, на котором есть возможность установить резервное со-
единение LSR, получает подобный запрос на организацию «объезда», то
с помощью модифицированного для поддержки QoS протокола CSPF
(Constrained Shortest Path First) осуществляет поиск оптимального мар-
шрута. Таким образом, подбирается альтернативный путь, удовлетво-
ряющий QoS условиям исходного соединения. После того, как маршрут
просчитан, узел в точке восстановления устанавливает резервное соеди-
нение LSP, посылая сообщения протокола RSVP PATH с объектами DE-
TOUR и ERO (Explicit Route Object), описывающими детальный маршрут
объезда.

Переключение с основного соединения LSP на резервное осуществ-
ляется по решению коммутатора в точке восстановления PLR. Этот ком-
мутатор должен иметь достаточное количество ресурсов для установле-
ния резервного соединения и уметь обнаруживать аварию на защищае-
мом соединении LSP путем анализа аварийных сообщений протокола
RSVP.

В случае необходимости защиты сразу нескольких соединений LSP,
использующих одни и те же каналы и транзитные коммутаторы LSR. при-
меняется метод организации «обходов» (bypass). Его суть заключается
в создании туннеля через ряд коммутаторов LSR, в который инкапсули-
руются все защищаемые LSR. Данный туннель может быть установлен
заранее или устанавливаться по требованию при аварии на основном
направлении передачи трафика. Процедуры установления соединения
аналогичны организации «объездов». Отличие состоит в том, что исход-
ные метки защищаемых соединений LSP не заменяются, а добавляются
в стек меток туннеля. В конце туннеля исходная метка восстанавливает-
ся, и защищенное соединение LSP продолжает коммутироваться обыч-
ным образом.

Способ защиты канала в терминологии метода организации «обхода»
протокола быстрой перемаршрутизации называется NHOP (Next Нор),
защита узла или нескольких каналов - NNHOP (Next Next hop). Отличие
состоит в том, что при использовании варианта NHOP в точке восстанов-
ления PLR известна метка, с которой защищаемое соединение LSP
должно появиться в конце туннеля, поскольку точки начала и конца тун-
неля соединены непосредственно друг с другом.

При использовании варианта NNHOP защищаемое соединение LSP
может проходить через несколько узлов, и метка в начале соединения
не соответствует метке в его конце. Для восстановления правильной
таблицы меток в конце защитного туннеля используется сигнализация
RSVP RRO.

Сравнение методов защиты и восстановления. Сравнение методов
защиты и восстановления сетей GMPLS может быть проведено по каче-
ственным функциональным характеристикам, позволяющим оценить
возможности метода, сложность его реализации и область применения.
В то же время основными характеристиками, отражающими преимущест-
ва работы той или иной схемы, являются, прежде всего, количественные
временные показатели быстродействия методов.

В табл. П3.2 представлены сравнительные характеристики рассмот-
ренных методов защиты и восстановления в сетях GMPLS.

Следует отметить, что методы местного восстановления являются
наиболее простыми в реализации на любой существующей сети, по-
скольку не требуют модификации сигнальных протоколов и могут исполь-
зовать имеющуюся в наличии аварийную сигнализацию.

Эти методы не осуществляют предварительного резервирования ре-
сурсов, что повышает эффективность их использования и снимает ограни-
чения по применению данных методов в сетях с ограниченным количест-
вом ресурсов. Их отличие друг от друга состоит в расположении точки при-
нятия решения и переключения. При использовании местного восстановле-
Табл ица П3.2. Сравнение методов защиты и восстановления в сетях GMPLS

Метод защиты	Резервиро- вание ресурсов	Точка вос- станов- ления	Используемая аварийная сигнализация	Задержка распро- странения аварийной сигнализа- ции, мс	Протоко- лы пере- установ- ления соедине- ния LSP	Задержка на переус- тановле- ния со- единения LSP, мс	Быстро- действие метода	Комментарии
Местное восста- новление от источ- ника	Не осущест- вляет предва- рительного резервирования ресурсов	Началь- ный ком- мутатор LSR	TMN, APS, RSVR CR-LDP	3-100	IGP RSVR, CR-LDP	500-20 000	Очень низкое 1-20 с	Быстродействие зависит от вре- мени сходимости протоколов маршрутизации и распростра- нения меток
Местное восста- новление от PLR	Не осущест- вляет предва- рительного резервирования ресурсов	Точка обнару- жения повреж- дения - PLR	Не использу- ет аварийную сигнализацию. Обнаружение происходит локально	Нет	IGP RSVR, CR-LDP	500-20 000	Низкое  0,5-20 с	Быстродействие зависит от вре- мени сходимости протоколов маршрутизации и распростра- нения меток
Защит- ная ком- мутация	Осуществляет резервирование 50% ресурсов по схемам 1:1 или 1+1	Началь- ный ком- мутатор LSR	TMNAPS.  RSVR CR-  LDP	3-100	IGP RSVR, CR-LDP	Нет	Высокое 10-100	Высокое быстродействие дости- гается за счет предварительно- го установления резервного соединения
Быстрая пере- маршру- тизация «Detour»	Устанавливает резервное со- единение LSR Возможно ре- зервирование части ресурсов	Точка об- наружения повреж- дения - PLR	Не использу- ет аварийную сигнализацию. Обнаружение происходит локально	Нет	IGP RSVR, CR-LDP	Нет	Очень высокое < 50мс	Очень высокое быстродействие достигается за счет предвари- тельного установления резерв- ного соединения и минимизации аварийной сигнализации
Быстрая маршру- тизация «Bypass»	Устанавливает резервное, со- единение LSP Возможно ре- зервирование части ресурсов	Точка об- наружения повреж- дения - PLR	RSVR CR- LDP	3-30	IGP RSVR, CR-LDP	Нет	Очень высокое < 50мс	Очень высокое быстродействие достигается за счет предвари- тельного установления резерв- ного соединения, восстановле- ния от PLR и модификации про- токолов аварийной сигнализации

684	Приложение 3. Обобщенная многопротокольная коммутация по меткам
ния от PLR переключение трафика осуществляется на коммутаторе LSR
обнаружившем аварию. Таким образом, сокращается время реакции за
счет отсутствия задержки на распространение аварийной сигнализации.

Метод защитной коммутации является воплощением существующих
схем защиты синхронных сетей SDH, таких как SNCP, MS-SPRing, MSP
в сетях GMPLS. Следует отметить, что возможны различные варианты
организации защиты.

В общем случае возможны варианты организации защиты M.N, когда
М соединений LSP защищаются N резервными соединениями. При этом
количество N резервных соединений может быть больше, равно или
меньше М. Метод также не требует модификации существующей сигна-
лизации, что упрощает процесс его внедрения в существующие сети.

Методы быстрой перемаршрутизации, несмотря на то, что фактически
являются интеграцией методов местного восстановления и защитной
коммутации, полностью базируются на собственной сигнализации. Сиг-
нализация включает в себя аварийную сигнализацию для распростране-
ния аварийных сообщений и сигнализацию для установления резервных
соединений LSP. А также некоторую модификацию протоколов внутрен-
ней маршрутизации для обеспечения минимального времени установле-
ния резервного соединения LSP альтернативным маршрутом, обеспечи-
вающим в то же время требуемое качество обслуживания QoS.

При этом метод «объезда» (detour) позволяет не тратить время на
распространение аварийной сигнализации, поскольку защищаемый канал
непосредственно подключен к точке переключения. Метод «обхода» (by-
pass) дает возможность восстанавливать соединения при потере одного
или нескольких узлов и соответственно нескольких каналов, что требует
распространения аварийной сигнализации от места аварии до точки пе-
реключения PLR. На это может уходить некоторое время.

Обе схемы быстрой перемаршрутизации могут осуществлять предва-
рительное резервирование ресурсов по схеме М:N. Все это делает ис-
пользование методов быстрой перемаршрутизации гибким и удовлетво-
ряющим большинству требований современных сетей GMPLS.

Очевидно, что наиболее скоростными методами защиты являются те,
в которых удается минимизировать количество и время распространения
сигнальных сообщений. Основные задержки, связанные с сигнализацией,
состоят из:

-	времени, требуемого для обнаружения аварии в точке переключения,
т. е. времени распространения аварийного сообщения от места ава-
рии до точки переключения;

-	времени, необходимого на установление нового соединения LSP для
восстановления работоспособности разорванных соединений.

В связи с вышесказанным наибольшим преимуществом обладают мето-
ды, осуществляющие переключение от точки обнаружения неисправности
PLR и использующие заранее установленные резервные соединения LSP.
К ним относятся методы быстрой перемаршрутизации. В частности,
в методе организации «объезда» (detour) практически не требуется ника-
кого времени на переключение трафика на резервное соединение LSR
Исключение могут составлять случаи, когда требуется одновременное
переключение большого количества соединений LSP при схемах защиты
M:Nt где количество зарезервированных ресурсов заведомо меньше тре-
буемых. В этом случае коммутатору в точке переключения PLR требуется
некоторое время, чтобы определить, какие соединения LSP являются наи-
более приоритетными и требуют перемаршрутизации в первую очередь.
Список литературы

1.	Аленов О.М. Технология GMPLS: методы защиты и восстановления И
Вестник связи, 2002. - № 9. - С. 72-78.

2.	Аленов О.М. Технология GMPLS: универсальная многопротокольная ком-
мутация меток// Вестник связи, 2002. - № 8. - С. 28-37.

3.	Андрианов В.И., Соколов А.В. Сотовые, пейджинговые и спутниковые
системы связи. - СПб.: БХВ - Петербург; Арлит, 2001. - 400 с.

4.	Банкет В.Л., Бондаренко А.В., Воробиенко П.П. и др. Современные те-
лекоммуникации. Технология и экономика. Под ред. С.А. Довгого. - М.:
Эко-Трендз, 2003. - 320 с.

5.	Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей: Учебник
для вузов; под ред. В.П. Бакалова. - М.: Радио и связь, 2000. - 592 с.

6.	Бадялик В.П. Основы телевизионного вещания со спутников. - М.: Горя-
чая линия - Телеком, 2004. - 368 с.

7.	Битнер В.И. Принципы и протоколы взаимодействия телекоммуникацион-
ных сетей. Новосибирск, 2006. - 205 с.

8.	Быховский М.А. Круги памяти. - М.: МЦНТИ, 2001 - 224 с.

9.	Величко В.В., Субботин Е.А., Шувалов В.В., Ярославцев А.Ф. Теле-
коммуникационные системы и сети. Мультисервисные сети. Том 3. - Моск-
ва.: Горячая линия - Телеком. - 2005.

10.	Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб, посо-
бие для вузов / М.В. Гаранин, В.И. Журавлев, С.В. Кунегин. - М.: Радио и
связь, 2001.-336 с.

11.	Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Технология и протоколы MPLS.
СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2005. - 304 с.

12.	Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Softswitch. СПб.: БХВ - Санкт-
Петербург, 2006. - 368 с.

13.	Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. - СПб.:
Питер, 2002.

14.	Денисова Т.Б., Лихтциндер Б.Я., Назаров А.Н., Симонов М.В., Фоми-
чев С.М. Мультисервисные ATM - сети. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 320 с.

15.	Деарт В.Ю. Мультисервисные сети. Транспортные сети и сети доступа. -
М.: Инсвязьиздат, 2007. - 166 с.

16.	Докучев В.А., Серебренников В.К., Кобляков А.В. О прагматическом
подходе к развитию оконечных сетей на современном этапе. Вестник свя-
зи, 2004. -№ 4.-С. 117-121.

17.	Додд Аннабел 3. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и отрасли /
Пер. с англ. - М.: ЗАО «Олимп-Бизнес», 2002. - 400 с.

18.	Ирбеков Д.В. Введение в сетевые технологии - СПб.: БХВ - Петербург,
2004. - 560 с.

19.	Катунин Г.П. Системы и устройства радиосвязи. Часть 1. Учебное посо-
бие. - Новосибирск.: СибГУТИ, 1998. - 80 с.

20.	Катунин Г.П. Звукотехника. Часть 2. Учебное пособие. - Новосибирск.:
СибГУТИ, 2003.-196 с.

21.	Камнев В.Е., Черкасов В.В., Чечин Г.В. Спутниковые системы связи. -
М.: Альпина Паблишер, 2004. - 536 с.
22.	Кожапов Ю.Ф. Интерфейсы и проблемы сетей следующего поколения:
учебное пособие. - Томск: Томский гос. ун-т систем упр. и радиоэлектро-
ники, 2007. - 236 с.

23.	Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. - М.: Ра-
дио и связь, 2001. - 279 с.

24.	Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на
ВСС России. М.: Минсвязи РФ. 2001. - 32 с.

25.	Крук Б.И., Попов Т.Н. И мир загадочный за занавесом цифр: Цифровая
связь. - 2-е изд., испр. - Новосибирск: ЦЭРИС, 2001. - 264 с.

26.	Левченко В.Н. Спутниковое телевидение. - СПб.: BHV - Санкт-Петер-
бург, 1998. -288 с.

27.	Лосев А.К. Введение в специальность «Радиотехника». - М.: «Высшая
школа»: 1980. - 240 с.

2$.	Многоканальные системы передачи; под ред. Н.Н. Баевой, В.Н. Горди-
енко. - М.: Радио и связь, 1997. - 560 с.

29.	Москвитин В.Д. От Взаимоувязанной сети связи к Единой сети электро-
связи России. Вестник связи, № 8, 2003. - С. 33-40.

30.	Мур М., Притеки Т., Риггс К., Сауфик П. Телекоммуникации. Руково-
дство для начинающих. - СПб.: БХВ - Петербург, 2003. - 624 с.

31.	Назаров А.Н., Симонов М.В. ATM технология высокоскоростных сетей. -
М.: Эко-Трендз, 1997. - 232 с.

32.	Нетес В.А. Основные принципы GMPLC И Вестник связи, 2005. - № 2. -
С. 52-55.

33.	Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей: курс лекций:
учебное пособие. - М.: Интернет - Ун-т Информ. Технологий, 2005. - 360 с.

34.	Олифер В.Г., Олифер Н.А. Основы сетей передачи данных. Интернет -
Университет Информационных Технологий. - М.: 2003. - 246 с.

35.	Олифер В.Г., Олифер Н.А. Виртуальные частные сети на основе MPLS И
Журнал сетевых решений LAN, 2002. - № 3. - С. 54-58.

36.	Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколы.: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2005. - 957 с.

37.	Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколы.: Учебник для вузов. 3-е изд. - СПб.: Питер, 2006. - 958 с.

38.	Основы построения систем и сетей передачи информации: Учеб, посо-
бие для вузов / В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щеко-
тихин; под ред. В.М. Щекотихина. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. -
382 с.

39.	Основы построения телекоммуникационных сетей и систем: Учебник для
вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; под ред.
В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. -
510 с.

40.	Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабе-
лях. - М.: Эко-Трендз, 2001. -221 с.

41.	Первые рекомендации МСЭ-Т о сетях следующего поколения И Информ -
Связь - Курьер. - 2005. - № 6. - С. 86-89.

42.	Прокис Дж. Цифровая связь; пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.:
Радио и связь, 2000. - 800 с.
43.	Пройденов Э.М., Теплицкий Л.А. Англо-русский толковый словарь по
вычислительной технике. Интернету и программированию. - 4-е изд. - М.:
изд. - торг, дом «Русская редакция», 2004. - 864 с.

44.	Рейман Л.Д., Гоголь А.А., Никодимов И.Ю. Развитие связи в России. Из
истории в будущее. - СПб.: Мегас, 2001. - 224 с.

45.	Семенов Ю.А. Телекоммуникационные технологии (ГНЦ ИТЭФ), 2004. -
book.itep.ru.

46.	Семенов Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения.
СПб.: Наука и техника, 2005. - 240 с.

47.	Сети и системы телекоммуникаций. Учебник. Том 1 / Под ред. Н.В. За-
харченко. - Ки!в: TexHiKa, 2000. - 297 с.

48.	Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. - М.: Эко-Трендз, 1998.

49.	Соколов Н.А. Телекоммуникационные сети. Монография в 4 главах. - М.:
Альварес Паблишинг, 2004.

50.	Современные телекоммуникации. Технология и экономика; под ред. С.А.
Довгого. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 319 с.

51.	Соколов А.В., Андрианов В.И. Альтернатива сотовой связи: транкинго-
вые системы. - СПб.: БХВ - Петербург: Арлит, 2002. - 448 с.

52.	Столингс В. Компьютерные системы передачи данных. 6 издание: Пер. с
англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. - 928 с.

53.	Столингс В. Современные компьютерные сети. Москва, Санкт-Петер-
бург, Нижний Новгород, Воронеж, Ростов-на-Дону, Екатеринбург, Самара,
Киев, Харьков, Минск; Изд-во «Питер», 2003.

54.	Столингс В. Передача данных. - СПб.: Питер, 2004. - 750 с.

55.	Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3-х томах.
Том 1 - Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П.
Шувалов; под ред. проф. В.П. Шувалова. - Изд-е 3-е, испр. и доп. - М.:
Горячая линия - Телеком, 2003. - 647 с.

56.	Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3-х томах.
Том 2 - Радиосвязь, радиовещание, телевидение / Г.П. Катунин, Г.В. Мам-
чев, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов; под ред. проф. В.П. Шувалова. -
2-е изд., испр. и доп. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 670 с.

57.	Телекоммуникационные системы и сети. Учебное пособие. В 3 т. Том 3:
Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов,
А.Ф. Ярославцев; под ред. проф. В.П. Шувалова. - М.: Горячая линия -
Телеком, 2005. - 592 с.

58.	Тепляков И.М. Основы построения телекоммуникационных систем и се-
тей. - М.: Радио и связь, 2004. - 328 с

59.	Телевидение: Учебник для студентов ВУЗов связи / Под ред. В.Е. Джа-
конии. - М.: Радио и связь, 2004. - 616 с.

60.	Тотенбаум Э. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2002. - 848 с.

61.	Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построе-
ния. - М.: Эко-Трендз, 2001. - 282 с.

62.	www. adclforum. com

63.	www. atmforum. com

64.	www. ietf. org

65.	www. metroethernetforum. org
Термины и определения

1000Base-T - спецификация для сетей Ethernet со скоростью передачи до
1000 Мбит/с на основе неэкранированной витой пары (unshielded twisted
pair - UTR) и волоконно-оптического кабеля

100Base-T - спецификация для сетей Ethernet со скоростью передачи до
100 Мбит/с на основе неэкранированной витой пары (unshielded twisted
pair - UTR) и волоконно-оптического кабеля

10Base-T - спецификация для сетей Ethernet со скоростью передачи до
10 Мбит/с на основе неэкранированной витой пары (unshielded twisted
pair - UTR) и волоконно-оптического кабеля

AAL (ATM Adaptation Layer) - уровень адаптации ATM

ABR (Available Bit Rate) - служба ATM, обеспечивающая доставку с доступной
скоростью

Access Unit: TV. PC, Phone - устройство доступа: телевизор, персональный
компьютер, телефон

ADM - Add-drop multiplexer (мультиплексор добавления/ответвления кана-
лов) - устройство, которое добавляет или исключает выбранные волно-
вые каналы из линии. Оптические ADM (OADM) осуществляют мультип-
лексирование каналов в оптических линиях

AGW (Access Gateway) - шлюз доступа;

AM (Accounting Management) - управление взаиморасчетами

AN (Access Network) - сеть доступа

API (Application Programming Interface) - прикладной программный интерфейс

APON (ATM PON) - пассивные оптические сети (passive optical networks -
PON), в которых для транспортировки сигнала используются ATM

ARPANET (Advanced Research Project Agency Network) - управление перспек-
тивных исследовательских программ (проект сети с коммутацией пакетов,
созданный в начале 70-х гг., явился прообразом сегодняшней Internet) бы-
ло расформировано в июне 1990 г.

AS - Autonomous systems (автономные системы) - выражение, используемое
в протоколах маршрутизации по отношению к системам, находящимся в
административном ведении и под единоличным контролем пользователя,
группы или же организации. Каждая AS описывается своим номером ASN
(AS Number). Например, номер ASN 1 зарегистрирован за компанией
Genuity. Для перемещения трафика между AS обычно используются BGP,
тогда как для маршрутизации данных в пределах отдельной AS - мар-
шрутный протокол, например OSPF

ATM (Asynchronous Тransfer Mode) - асинхронный режим передачи

ATM - Асинхронный режим передачи - международный стандарт передачи
данных ячейками фиксированной длины (53 байта), применяется для пе-
редачи во многих службах, таких как голосовые сообщения, видеоинфор-
мация и данные. Задержки при транзите сокращены благодаря тому, что
ячейки фиксированной длины можно обрабатывать аппаратно. ATM раз-
работай для полного использования преимуществ высокоскоростных ли-
ний передачи, таких как SONET, ЕЗ и ТЗ

ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим передачи. Высоко-
скоростная, ориентированная на соединение, коммутируемая и мультип-
лексирующая технология, которая использует ячейки размером 53 байта
(5 байт - заголовок, 48 байт - полезная нагрузка) для одновременной пе-
редачи данных различных видов, включая голос, видео и собственно дан-
ных. Использование асинхронного режима означает, что информационные
потоки могут быть посланы независимо от общего таймера. Технология
ATM описывается архитектурой с тремя плоскостями: пользователя
(Plane User, U) - координирует интерфейс между протоколами верхних
уровней, такими как IP, и ATM; управления (Plane Management, М) - коор-
динирует все уровни сгека протоколов ATM; сигнализации (Plane Control,
С) - координирует процессы обмена сигнальными сообщениями, установ-
ления и разъединения виртуальных каналов и трактов

ATM backbone - базовая сеть с технологией ATM

ATM layer - уровень ATM. Подуровень канального уровня в сетях ATM, неза-
висимый от службы. Уровень ATM получает от AAL 48-байтовые сегменты
и добавляет к каждому из них заголовок длиной 5 байт; таким образом по-
лучается стандартная 53-байтовая ячейка. Ячейки отправляются на физи-
ческий уровень для передачи по физическому носителю

Backbone - магистраль. Основная часть сети, по которой проходит основная
часть пакетов, направляемых в другие сети или поступающих из них

BER (Bit Error Rate) - коэффициент битовых ошибок

BGP (Border Gateway Protocol) - (протокол граничного шлюза) - основной
протокол маршрутизации, используемый для организации связи между
областями больших сетей, называемыми автономными системами

BGP-ТЕ - Border gateway protocol for traffic engineering (протокол граничного
шлюза для проектирования трафика) - протокол маршрутизации, исполь-
зуемый совместно с‘протоколом MPLS для расчета кратчайшего пути ме-
жду двумя точками исходя из проектных параметров трафика, назначае-
мых соединениям проектировщиком сети, BFR-TE используется для рас-
чета маршрутов между AS провайдеров

Billing - биллинг. Тарификация, составление и выписывание счетов за пре-
доставление телекоммуникационных услуг

Bit-oriented protocol - побитовый протокол. Класс протоколов связи каналь-
ного уровня, передающих кадры независимо от их содержания. Побито-
• вые протоколы, в отличие от побайтовых, обеспечивают более эффектив-
ную и надежную полнодуплексную передачу в сравнении с byte-oriented
protocol

CBR (Constant Bit Rate) - служба ATM, обеспечивающая доставку с постоян-
ной скоростью

CDRbi (Call Detail Records) - запись параметров вызова. Регистрируемые
параметры вызова абонента, которые заносятся в базу данных и в даль-
нейшем используются для выполнения биллинговых операций
CMIP (Common Management Information Protocol) - протокол общей управ-
ляющей информации (стандартный протокол сетевого управления для се-
тей OSI, определяет ряд функций, отсутствующих в SNMP и SNMP-2)

СО (Central Office) - центральная АТС. Отдел местной телефонной компании,
где соединяются все линии связи определенной зоны, и где происходит
коммутация каналов абонентских линий

СО (Connection-oriented) - режим с установлением соединения

Connectionless - Без предварительного установления соединения. Тип се-
тей, в которых узлы могут передавать данные без предварительного уста-
новления логического соединения с пунктом назначения

Connection-oriented - с предварительным установлением соединения. Тип
сетей, в которых прежде чем данные смогут быть переданы, должно быть
установлено логическое соединение с пунктом назначения

Cog (Class of Service) - класс качества услуги

CPN (Customer Premises Network) - сеть в помещении пользователя

CPE (Customer Premises Equipment) - аппаратура, устанавливаемая в поме-
щении пользователя. Телефонные аппараты, модемы и терминалы, уста-
новленные в помещениях абонента и подключенные к сети телефонной
компании

DB (Database) - база данных

DCE (Data communications equipment) - оборудование для передачи данных
(по определению Ассоциации электронной промышленности) или data cir-
cuit-terminating equipment - оконечное оборудование линии передачи дан-
ных (по определению Международного телекоммуникационного союза).
Механизмы и каналы коммуникационной сети, составляющие сетевую
часть интерфейса пользователь-сеть, например модемов. Оборудование
DCE обеспечивает физическое соединение с сетью, пересылает данные и
предоставляет тактирующий сигнал для синхронизации передачи данных
между устройствами DTE и DCE. Сравнение с DTE

DNS (Domain Name System) - служба имен доменов (механизм, используе-
мый в Internet и устанавливающий соответствие между числовыми IP-
адресами и текстовыми именами)

DSSI (Digital Subscriber Signaling System one) - цифровая абонентская систе-
ма сигнализации № 1

DTE (Data Terminal Equipment) - оборудование терминирования данных. Лю-
бое устройство, расположенное на пользовательской стороне интерфейса
пользователя с сетью и выступающее в роли источника и/или приемника
данных. К DTE относятся такие устройства, как мультиплексоры, трансля-
торы протоколов и компьютеры. Соединение с компьютерной сетью осу-
ществляется через оборудование канала данных (DCE), например модем.
Тактовый сигнал генерируется DCE. См. также DCE

DWDM - Dense wavelength division multiplexing (мультиплексирование по дли-
не волны высокой плотности) - мультиплексирование при частотном про-
межутке между отдельными каналами равном или менее 200 ГГц

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) - технология плотного муль-
типлексирования по длинам волн. Расстояние между мультиплексными
каналами обычно не превышает 1,6 нм
EIR (Equipment Identity Register) - регистр идентификации оборудования
ССПС

EPONs (Ethernet PONs) - пассивные оптические сети (passive optical net-
works - PON), в которых в качестве транспортного протокола используется
протокол Gigabit Ethernet

Ethernet - стандарт, первоначально предложенный для локальных сетей,
работающих со скоростью 10 Мбит/с, в котором для управления доступом
к сети используется протокол CSMA/CD

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) - Европейский инсти-
тут стандартов в области связи

FDM - Frequency division multiplexing (мультиплексирование с разделением
частот) - способ объединения множества аналоговых сигналов в одной
линии за счет осуществления их передачи на различных частотах

FE (Fast Ethernet) - модифицированная технология локальной сети Ethernet
с повышенной пропускной способностью (до 100 Мбит/с), стандарт 802.3U
1995 г;

FEC - Forward equivalence class (класс эквивалентной переадресации) - опи-
сание процесса передачи пакетов между двумя логическими узлами, кото-
рые обладают определенными общими рабочими характеристиками. Та-
кие логические узлы могут принадлежать различным сетям, устройствам
или же процессам в различных устройствах

FEC (Forwarding Equivalence Class) - класс доставки пакетов

FM (Fault Management) - управление устранением повреждений

FM (Firewall) - брандмауэр (аппаратно-программные средства межсетевой
защиты)

Frame Relay - ретрансляция кадров. Протокол, используемый для создания
глобальных сетей, в котором данные между пунктами назначения пере-
даются в виде кадров

Frame relay (FR) - ретрансляция кадров; технология обмена данными

FSAN - Full Service Access Network (сеть доступа к полному набору услуг) -
консорциум, основанный в 1995 году семью компаниями с целью создания
всеобщей спецификации для высокоскоростной технологии «последней
мили»

FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов (используемый в
Internet протокол передачи файлов между хост-компьютерами)

ПТВ - Fiber to the building («волокно к зданию»)

FTTC - Fiber to the curb («волокно к тротуару»)

FTTCab - Fiber to the cabinet («волокно к шкафу») - волоконно-оптический
кабель, протянутый от обочины в распределительный шкаф

FTTH - Fiber to the home («волокно к жилищу») - волоконно-оптический ка-
бель, протянутый в жилище

FTTx - общее название для всех технологий типа «Fiber То The X» («кабель
к X»), где X может обозначать жилище (h - home), здание (b - building),
тротуар (с - curb) или распределительный шкаф (cab - cabinet)

G.711 - стандарт кодирования речевого сигнала со скоростью 64 кбит/с

G.723 - стандарт кодирования речевого сигнала со скоростью 5,3/6,4 кбит/с
(ACELP/MP-MLQ)
G.726 - стандарт кодирования речевого сигнала со скоростью 16, 24, 32,
40 кбит/с (ADPCM)

G.729 - рекомендация ITU-T, в которой определены требования к усовершен-
ствованному алгоритму речевого кодирования с линейным предсказанием
(CS ASELP). Скорость кодирования 8 Кбит/с. Метод использует две кодо-
вых книги, одна из которых является фиксированной, а вторая - адаптив-
ной. Использование двух книг позволяет повысить качество распознава-
ния речи при большом уровне шума

GII (Global Information Infrastructure) - глобальная информационная инфра-
структура

GMPLS - Generalized multiprotocol label switching (обобщенная многопрото-
кольная коммутация меток) - расширение функциональных возможностей
MPLS с целью включения элементов, не охватываемых IP-протоколом
(pon-IP elements), таких как кросс-соединители, маршрутизаторы волновых
каналов (wavelength routers) или оптические мультиплексоры добавле-
ния/ответвления каналов (add-drop multiplexers)

GSM (Global System for Mobile communications) - общеевропейский стандарт
цифровых сотовых сетей подвижной связи

GW (Gateway) - шлюз

Н.225 - протокол управления вызовом, включая сигнализацию и регистрацию,
а также пакетизацию и синхронизацию потоков мультимедийных данных
(входит в состав стека протоколов Н.323 организации мультимедиа связи
в пакетных сетях, в том числе в ЛВС Ethernet)

Н.245 - процедура управления и установления соединений в многоточечной
конфигурации

Н.248 - протокол управления медиашлюзом (рекомендация ITLI-T)

Н.323 - система видеоконференцсвязи для сетей с коммутацией каналов
и негарантированным качеством обслуживания

HLR (Home Location Register) - оперативный (домашний) регистр местополо-
жения (ОРМ)

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - протокол передачи гипертекстовых фай-
лов (протокол уровня приложений для распределенных информационных
систем гипермедиа, позволяющий общаться системам с различной архи-
тектурой; используется при передаче HTML-файлов по сети страниц WWW)

IAD (Integrated Access Device) - устройство интегрированного доступа

ICMP (Internet Control Message Protocol) - протокол контроля сообщений
в сети Internet (один из четырех базовых протоколов семейства TCP/IP,
обеспечивающий восстановление связи при сбойных ситуациях в переда-
че пользовательских пакетов)

ID (Intelligent Database) - интеллектуальная база данных

IDN (Intelligent Data Network) - сеть передачи данных с развитой логикой, ин-
теллектуальная сеть передачи данных

IETF (Internet Engineering Task Force) - проблемная группа проектирования
Internet (одна из групп IAB, отвечающая за решение инженерных задач
Internet, выпускает большинство документов RFC, используемых произво-
дителями для внедрения стандартов в архитектуру TCP/IP
IGMP (Internet Group Management Protocol) - межсетевой протокол управле-
ния группами (протокол, используемый рабочими группами и поддержи-
ваемый Microsoft TCP/IP)

IGP (Interior Gateway Protocol) - класс протоколов, обменивающихся инфор-
мацией внутри одной автономной системы. Примерами IGP являются RIP,
OSPF, NLSP, IGRP, EIGRP. Каждая автономная система имеет один про-
токол этого класса, а раздельные автономные системы могут использо-
вать различные протоколы

IGRP (Internet Gateway Routing Protocol) - фирменный протокол принадлежа-
щий к классу IGP. Данный протокол чаще всего используется с маршрути-
заторами фирмы Cisco System. Протокол разработан в 1980 г. и в его ос-
нову заложен алгоритм длины вектора. Текущая реализаций протокола
предназначена для сетей TCP/IP

IGRP (Internet Gateway Routing Protocol) - частный протокол IGP, используе-
мый маршрутизаторами Cisco Systems

IN (Intelligent Network) - интеллектуальная сеть

INAP (Intelligent Network Application Protocol) - прикладной протокол интеллек-
туальной сети

IP - протокол сетевого уровня Internet

IP address - IP-адрес. Часто называется Интернет-адресом. Адрес, одно-
значно определяющий любое устройство (хост) в Интернете (или любой
сети TCP/IP. Каждый адрес состоит из четырех октетов (32 бита), записан-
ных в виде десятичных чисел и разделенных запятыми. Адрес состоит из
номера сети, необязательного номера подсети и номера хоста. Номера
сети и подсети применяются для маршрутизации, а номер хоста опреде-
ляет хост в сети или подсети. Информация о сети и подсети выделяется
из IP-адреса с помощью маски подсети. IP-адреса делятся на пять классов
(А-Е), в каждом из которых на сеть, подсеть и хост отводится строго опре-
деленное число разрядов. См. также: CIDR , IP и subnet mask

IP datagram (дейтаграмма протокола IP) - основная единица информации
IPDV - вариация задержки IP пакетов

IPLR - доля потерянных IP пакетов

IPOP (Internet Point of Presence) - точка присутствия Internet

IPTD - задержка переноса IP пакетов

IPX - Internet work packet exchange (межсетевой пакетный обмен) - собствен-
ный протокол межсетевого обмена фирмы Novell, используемый сетевой
операционной системой Novell NetWare

IREP - доля искаженных IP пакетов

ISDN (Integrated Services Digital Network) - цифровая сеть с интеграцией служб

IS-IS (Intermediate System-to-lntermediate System) - связь между промежуточ-
ными системами. Протокол маршрутизации по состоянию связи иерархи-
ческой архитектуры OSI

ISO (International Organization for Standardization) - Международная организа-
ция по стандартизации

ISO 9000:2001 - комплекс документов системы управления качеством това-
ров и услуг

ISUP (ISDN User Part) - подсистема пользователя ISDN
Java - объектно-ориентированный язык программирования, разработанный
для создания Internet-приложений, которые можно распространять с Web-
сервера

Jitter - дрожание. Изменение задержки между сигналами

L2SC interfaces - Layer-2 switch capable interfaces (интерфейсы, поддержи-
вающие коммутацию на уровне 2) - тип интерфейсов, которые способны
распознавать границы кадров или ячеек, и могут осуществлять дальней-
шую передачу данных, исходя из анализа содержимого заголовка пакета

LANE ATM (LAN Emulation) - эмуляции LAN. Технология, обеспечивающая
возможность прозрачного подключения к сети с технологией ATM рабочих
станций локальных сетей, использующих традиционные протоколы досту-
па. Для этого в процессе подключения используется эмуляция всех ос-
новных функций подуровня МАК эталонной модели OSI, включая пакети-
рование данных; распознавание адресов, управление групповой рассыл-
кой сообщений и др.

LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) - облегченный протокол службы
каталогов

LDP - Label distribution protocol (протокол распределения меток) - использу-
ется для распределения меток с целью обеспечения возможности созда-
ния LSP. Имеется два типа LDP - протокол резервирования ресурсов
(resource reservation protocol - RSVP) и протокол LDP для маршрутизации
с ограничениями (constraint-based routing LDP - CR-LDP)

LER - Label edge router (краевой маршрутизатор меток) - маршрутизатор,
инициирующий LSP в сети MPLS

LER (Label Edge Router) - пограничный маршрутизатор домена MPLS

Litespan - шлюз доступа

LSP - Label switched path (коммутируемый посредством меток маршрут) -
обеспечиваемый между двумя маршрутизаторами поток пакетов MPLS.
В общих чертах LSP аналогичны каналам в технологиях ATM и Frame Relay

LSP (Label Switching Path) - путь коммутации пакетов с помощью меток

LSR - Label switched router (маршрутизатор с коммутацией меток) - один из
маршрутизаторов MPLS, устанавливаемых между LER, обеспечивающий
создание LSP

LSR (Label Switched Router) - транзитный маршрутизатор домена MPLS, ком-
мутирующий пакеты с помощью меток

МАС - Media Access Control (управление доступом к среде) - протокол, ис-
пользуемый для определения способа получения доступа рабочих стан-
ций к среде передачи, наиболее часто используемый в локальных сетях.
Для ЛВС, соответствующих стандартам ШЕЕ, МАС-уровень является ниж-
ним подуровнем канала передачи данных (data link layer)

MAC (Media Access Control) - управление доступом к среде передачи данных
(нижний подуровень уровня звена данных эталонной модели OSI)

MAC address - МАС-адрес. Аппаратный адрес канального уровня, необходи-
мый каждому порту или устройству для соединения с участком LAN. Эти
адреса используются разными устройствами сети для точного определе-
ния места логических адресов. МАС-адреса определяются стандартом
IEEE. Они состоят из шести символов, как правило, используя впаянный
(BIA-) адрес локального интерфейса LAN. Имеет много названий: аппа-
ратный адрес, физический адрес, впаянный адрес или адрес уровня МАС
(подуровня управления доступом к среде)

MAN (Metropolitan Area Network) - региональная или городская вычислительная
сеть. Любая сеть, объединяющая область, приблизительно равную большому
городу. Как правило, такие сети крупнее LAN и меньше WAN. См. также: LAN

MAP (Mobile Application Part) - подсистема поддержки приложений пользова-
телей мобильной связи

Metropolitan network - региональная сеть. Сеть, охватывающая населенный
пункт, город или какую-либо другую географически выделенную область.
Региональная сеть состоит из сетей доступа (access networks) или пери-
ферийных сетей (the metro access networks), подключенных к центральной
сети (central network) или центральной части региональной сети (the metro
core network)

MGC (Media Gateway Controller) - контроллер медиашлюза

MGCP/MEGACO (Media Gateway Control Protocol) - протокол IETF управления
медиашлюзами NGN

MGW (Media Gateway) - медиашлюз

MIB (Management Information Base) - база управляющей информации. Ис-
пользуется управляющим программным обеспечением SNMP для сбора
информации, поступающей от удаленных устройств. Управляющая стан-
ция может опрашивать удаленные устройства или же можно запрограм-
мировать MIB на удаленной станции на регулярную передачу данных

MIB (Management Information Base) - базы данных управления (коллекция
объектов (ресурсов), к которым возможен доступ через протокол управле-
ния сетью)

MN (Mobile Network) - сеть мобильной связи

MNRP - Протокол Next Hop Resolution Protocol - протокол разрешения сле-
дующего транзитного участка. В нешироковещательной сети с множест-
венным доступом (NBMA) этот протокол выполняется на маршрутизаторах
для динамического обнаружения МАС-адресов различных хостов и мар-
шрутизаторов. С его помощью системы могут обмениваться данными не-
посредственно, без промежуточного транзитного участка. За счет этого
повышается производительность систем ATM, Frame Relay, Х.25 и SMDS

MPLS - Multiprotocol label switching (многопротокольная коммутация меток) -
определяет следующее поколение протокола маршрутизации, в котором
решения о передаче данных в сети принимаются на основе анализа ко-
ротких меток, внедренных в пакеты, а не длинных сетевых адресов

MPLS (Multiprotocol Label Switching) - многопротокольная коммутация с по-
мощью меток

МРОА - Multiprotocol over ATM - многопротокольные сети на основе ATM.
Попытка Форума ATM стандартизовать работу уже существующих и еще
не разработанных протоколов сетевого уровня. Например, IP, Ipv6, Apple-
Talk и IPX, в сетях ATM с непосредственно подключенными хостами, мар-
шрутизаторами и многоуровневыми коммутаторами LAN

МТР (Message Transfer Part) - подсистема передачи сообщений ОКС-7
Multicast traffic - многоадресный трафик. Трафик, высылаемый одним узлом
определенному количеству принимающих узлов

Multimode - многомодовый. Термин, обозначающий наличие множества воз-
можных путей распространения светового сигнала

Multimode fiber - многомодовый волоконно-оптический кабель. Тип волокон-
но-оптического кабеля с сердечником относительно большого диаметра
(от 50 до 62,5 мкм), предоставляющий множество путей, по которым могут
распространяться волны, образующие световой импульс

Multiplexer - мультиплексор. Устройство, объединяющее множество сигна-
лов в один выходной сигнал

NE (Network Element) - элемент сети

NGN (Next Generation Network) - сеть связи следующего поколения

NHS - Протокол Next Hop Server - следующий транзитный сервер. Этот сер-
вер определяется протоколом NHRP и обрабатывает кэшевые таблицы
разрешения следующего транзитного участка, состоящие из пар вида «IP-
адрес - МАС-адрес», связанных узлов и узлов, достижимых через мар-
шрутизаторы, обслуживаемые NHS

N-ISDN (Integrated Services Digital Network) - узкополосная цифровая сеть
связи с интеграцией служб; скорость передачи данных, голоса, изображе-
ний не выше 1920 кбит/с

NP (Network Performance) - характеристики сети (ХС) связи

nrtVBR (non-real-time VBR) - переменная скорость передачи, осуществляе-
мая не в режиме реального времени

ОЕО switches - Optical-electrical-optical switches (электрооптические коммута-
торы) - в этих коммутаторах оптические сигналы до переключения их ме-
жду портами преобразуются в электрические. Коммутаторы этого типа
также называют непрозрачными коммутаторами

ОМАР (Operation, Maintenance and Administration Part) - подсистемы техниче-
ской эксплуатации и административного управления ОКС-7

OMS (Operation and Maintenance System) - система эксплуатации и техобслу-
живания

ONT - Optical network termination (оптическое сетевое окончание) - устройст-
во в PON, которое размещается в помещениях клиентов, заканчивая со-
единение PON

ONU - Optical network unit (модуль оптической сети) - устройство в PON,
с помощью которого осуществляется взаимное преобразование сигналов,
используемых в PON, и, в типичных случаях, сигналов какой-либо из тех-
нологий цифровых абонентских линий (digital subscriber line - DSL)

ООО switches - Optical-optical-optical switches (оптические коммутаторы) -
этот тип коммутаторов осуществляет перенаправление оптических сигна-
лов между портами без предварительного их преобразования в электри-
ческую форму

Optical crossconnect - оптический кросс-соединитель. Устройство, предна-
значенное для коммутации очень мощных сигналов между портами

OSI (Open System Interconnection) - взаимодействие открытых систем
OSPF - Open Shortest Path First (поиск кратчайшего пути) - популярный
протокол маршрутизации, который находит кратчайший маршрут через
сеть IP

OSPF - Протокол Open Shortest Path First - иерархический протокол маршру-
тизации по состоянию связи, относящийся к классу IGP и разработанный
на основе более раннего протокола IS-IS. К функциям протокола относят-
ся маршрутизация по нескольким путям, распределение нагрузки, выбор
маршрута наименьшей стоимости. OSPF все более интенсивно вытесняет
RIP в Интернет. См. также: Enhanced IGRP, IGP, IP

OSPF-ТЕ - Open shortest path first for traffic engineering (поиск кратчайшего
пути для проектирования трафика) - протокол маршрутизации, исполь-
зуемый совместно с MPLS для вычисления кратчайшего маршрута между
двумя точками на основании проектных параметров трафика, назначен-
ных каналам проектировщиком сети. OSRF-TE используется для вычисле-
ния маршрутов в пределах AS

OSS (Operating Support System) - система операционной поддержки, автома-
тизированная информационная система, поддерживающая операционную
деятельность оператора связи

OTN - Optical transport network (оптическая транспортная сеть) - выпускае-
мый в настоящее время ITU набор спецификаций, который описывает вы-
сокоскоростную коммутируемую архитектуру, которая согласно всеобщим
ожиданиям должна заменить SONET в средах, требующих большой про-
пускной способности. Интерфейс OTN определен в стандарте G.709 ITU-T,
и его одно время ошибочно называли «упаковщиком цифровых данных».
На самом деле понятие упаковщика цифровых данных более точно опи-
сывается в терминах OUT и ODU

Packet - пакет. В области передачи данных - основная логическая единица
передаваемой информации. Пакет состоит из определенного числа бай-
тов данных, снабженных заголовками и/или концевиками, в которых со-
держится информация о том, откуда поступил пакет, куда он направлен и
т.д. Добавление к пакету заголовка и/или концевика называется инкапсу-
ляцией. Различные протоколы, участвующие в передаче, добавляют к па-
кету свои уровни заголовков. Они интерпретируются соответствующими
протоколами на принимающем устройстве

Parlay API - система прикладного программирования

Path - путь. В SONET - соединение между двумя узлами, состоящее из по-
следовательности линий (отрезков)

Payload - полезная информация или полезная нагрузка. Объем данных, пе-
редаваемых в составе кадра или пакета

PCS (Personal Communication Services) - система персональной связи

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) - плезиохронная цифровая иерархия
(европейский стандарт для волоконно-оптических сетей)

PDN (Packet Data Network) - пакетная сеть передачи данных

PDU (Protocol Data Unit) - единица данных протоколов. Процессы на каналь-
ном уровне модели OSI. Модули PDU на транспортном уровне называют-
ся сегментами; на сетевом уровне - пакетами или дейтаграммами, а на
канальном уровне - кадрами. Физический уровень использует биты
PDU (Protocol-Data-Unit) - протокольный блок данных

PLMN/3G - сеть мобильной связи / сеть мобильной связи 3-го поколения (3G)
PON - Passive optical network (пассивная оптическая сеть) - участок сети,
составляющий «последнюю милю», для передачи сигналов по которому
не требуются питаемые или активные электронные устройства

PON (Passive Optical Network) - пассивная оптическая сеть

POP3 (Post Office Protocol v. 3) - почтовый протокол Internet, позволяющий
осуществлять динамический доступ к почтовому ящику с рабочей станции

PPP (Point-Point Protocol) - протокол двухточечного соединения. Протокол,
чаще всего применяемый для модемного доступа к Интернету. Он практи-
чески вытеснил протокол SLIP. Поддерживает такие функции, как уведом-
ление об адресах, аутентификации по протоколу CHAP или РАР, поддержка
большого набора протоколов и контроль за соединением. РРР распадается
н$ два уровня: LCP (Link Control Protocol - Протокол управления линией) ус-
танавливает, настраивает и тестирует соединение, в то время как различ-
ные протоколы NCP (Network Control Protocol - протокол управления сетью)
передает пакеты протоколов из соответствующего стека, например IPX

PPP (Point-to-Point Protocol) - протокол двухточечной передачи, входит в стек
TCP/IP и обеспечивает установление соединения, дуплексный обмен дан-
ными и завершение сеанса связи

Protocols (протоколы) - набор правил, определяющих способ передачи ин-
формации между устройствами

PSC interface - Packet switch capable interface (интерфейс, поддерживающий
коммутацию пакетов) - тип интерфейсов, которые способны распознавать
границы пакетов и могут передавать данные далее, исходя из анализа со-
держимого заголовка пакета

PSTN (Public Switched Telephone Network) - коммутируемая телефонная сеть
общего пользования

QoS - Quality of Service (качество обслуживания). Набор параметров для измере-
ния качества передачи и доступности службы какой-либо системы передачи

QoS (Quality of Service) - качество обслуживания

QoS scheme - Quality of Service scheme (схема качества обслуживания) - алгоритм
или архитектура, используемая для предоставления полосы пропускания, каче-
ство которой различно для различных приложений или пользователей

RADIUS - протокол для связи между устройством удаленного доступа и сер-
вером проверки подлинности. Иногда сервер проверки подлинности с про-
токолом RADIUS называют сервером RADIUS

RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) - сервер службы ау-
тентификации удаленных вызывающих пользователей (используется
для централизованной аутентификации пользователей, шифрования
пароля, выбора услуг и фильтрации, а также централизованной тари-
фикации услуг)

RAS (Remote Access Service) - служба, позволяющая удаленным пользова-
телям, работающим в операционных системах Microsoft Windows и Win-
dows NT, подключаться к сети
RFC (Requests for Comments) - серия документов IETF, начатая в 1969 г. и
содержащая описания набора протоколов Internet и связанную с ними ин-
формацию

RIP (Routing Information Protocol) - протокол информации о маршрутизации.
Наиболее распространенный протокол внутренних шлюзов в Интернете.
В качестве метрики в RIP используется число транзитных участков

RMON (Remote Monitoring) - модуль удаленного мониторинга, позволяющий
собирать информацию об устройстве и управлять им через сеть

RMON MIB - новая версия БДУ, имеет улучшенный набор свойств (по срав-
нению с первой версией MIB), предназначенных для удаленного управле-
ния, благодаря более компактному представлению информации об управ-
ляемом объекте

Router (маршрутизатор) - механизм сетевого уровня, аппаратный или про-
граммный, определяющий наилучший маршрут для передачи сетевого
трафика на основании одной или нескольких метрик. Маршрутизаторы пе-
редают пакеты из одной сети в другую на основании информации сетевого
уровня. Ранее использовался термин «шлюз» (gateway)

Router (маршрутизатор) - устройство, которое направляет пакеты в нужные
порты, исходя из адресов уровня 3, также называемых сетевыми адресами

Routing (маршрутизация) - процесс пересылки пакетов с логическими адре-
сами из их локальной подсети к конечному пункту назначения. В крупных
сетях многочисленные промежуточные назначения. Иногда пакёт прохо-
дит их до того, как дойдет до своего назначения

Routing Protocol (протокол маршрутизации) - протокол, определяющий ал-
горитмы обновления таблиц маршрутизации между маршрутизаторами.
Примерами таких протоколов могут служить RIP, IGRP и OSPF

Routing Protocols (протоколы маршрутизации) - сетевое программное обес-
печение, применяемое маршрутизаторами для передачи коллективно ис-
пользуемой информации по всей топологии маршрутов с целью выбора
оптимального маршрута для перемещения пакетов по сети

Routing table - таблица маршрутизации или таблица маршрутов. Таблица,
хранящаяся в маршрутизаторе или другом устройстве поддержки сетевого
комплекса, которое поддерживает запись только лучших из возможных
маршрутов до определенных сетевых назначений и связанные с этими
маршрутами метрики

RSVP (Reservation Protocol) - протокол резервирования транспортных ресур-
сов для гарантированной доставки пользовательских данных

RTCP (Real-Time Control Protocol) - протокол контроля транспортировки ин-
формации в реальном времени на транспортном уровне (IETF)

RTP (Real Time Protocol) - протокол Internet доставки пакетов в реальном
масштабе времени

RTSP (Real-Time Streaming Protocol) - протокол потоковой передачи инфор-
мации мультимедиа в реальном времени

rtVBR (real-time Variable Bit Rate) - служба ATM, обеспечивающая доставку
с переменной скоростью в режиме реального времени

SAP - 1) Service Access Point - точка доступа к службе. Поле, определенное
спецификацией IEEE 802.2, составляющее часть спецификации адреса.
2) Service Advertising Protocol (протокол извещения об услугах). Протокол
Novell NetWare, обеспечивающий способ информирования клиентов сети
о ресурсах и службах, доступных в сети, с помощью маршрутизаторов и
серверов. См. также: IPX

SCCP (Signaling Connection Control Part) - подсистема управления сигналь-
ными соединениями

SCP (Service Control Point) - узел управления услугами в интеллектуальной сети

SDH - Synchronous data hierarchy (иерархия синхронных данных) - европей-
ский эквивалент SONET

SDH - Synchronous Digital Hierarchy (синхронная цифровая иерархия) - один
из стандартов, разработанный для волоконно-оптических линий передачи

SDH (Synchronous Data Hierarchy) - Европейский стандарт цифровой системы
передачи, ориентированный на использование оптических кабелей в ка-
честве физической среды передачи данных для высокоскоростных сетей
передачи на значительные расстояния

Section - секция. В SONET секциями называются участки физических линий
между усилителями и повторителями

Server - аппаратное или программное средство, предоставляющее сетевые
ресурсы клиентам

Set-top Box (STB) - шлюз между IP сетью и телевизором абонента

SG (SGW) (Signaling Gateway) - шлюз сигнализации

SIP (Session Initiation Protocol) - протокол инициализации сеанса связи в па-
кетных сетях

SIP-T (SIP extension for Telephony) - описание SIP для взаимодействия с
ТфОП (PSTN)

SLA (Service Level Agreement) - соглашение об уровне качества услуг достав-
ки информации

SLIP (Serial Line Internet Protocol) - протокол Интернета для последователь-
ного канала. Ставший стандартом в области метод последовательной ин-
капсуляции для двухточечных соединений, который поддерживает только
один маршрутизируемый протокол - TCP/IP, SLIP является предшествен-
ником протокола РРР. См. также: РРР

SMDS (Switched Multimegabit Data Service) - служба коммутируемой мульти-
мегабитной передачи данных (набор спецификаций фирмы Bell Communi-
cations)

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - простой протокол электронной почты
(основной протокол электронной почты в Internet)

SN (Service Node) - узел служб

SN-IN (Source Name - Internet Name Service) - сервер приложения, устанав-
ливающий соответствие между именем источника и именем службы в
Internet

SNMP (Simple Network Management Protocol) - простой протокол управления
сетью. Этот протокол запрашивает у агентов или устройств SNMP стати-
стику и данные о ситуации. Сюда относятся температура устройства, имя,
рабочие параметры и многое другое. Протокол SNMP работает с объек-
тами MIB, которые имеются на агенте SNMP. Эта информация запраши-
вается, а затем посылается на сервер SNMP
SNMP (Simple Network Management Protocol) - простой протокол сетевого
управления (протокол сетевого администрирования, широко используе-
мый в настоящее время, входит в стек протоколов TCP/IP)

Softswitch - аппаратно-программное средство для управления вызовами
в телекоммуникационных сетях, которые используют технологии IP и /или
ATM

SONET - Synchronous optical network (синхронная оптическая сеть) - широко
распространенный стандарт для волоконно-оптических линий связи

SP (Service Provider) - поставщик услуги

SPF - Алгоритм Shortest Path First - алгоритм поиска кратчайшего пути. Алго-
ритм маршрутизации, используемый для определения связующего дерева
с кратчайшим путем. Иногда называется алгоритмом Дейкстры и часто ис-
пользуется в алгоритмах маршрутизации по состоянию связи. См. также:
link-state routing algorithm

Statistical multiplexing - статистическое уплотнение. Уплотнение (мультип-
лексирование) вообще - это технология, позволяющая посылать данные
разных логических каналов по одному физическому каналу. Статистиче-
ское уплотнение динамически назначает полосу пропускания только ак-
тивным каналам ввода, оптимизируя имеющуюся полосу таким образом,
что может подключаться больше устройств, чем в других технологиях уп-
лотнения, Другое название - статистическое временное уплотнение или
статистический мультиплексор

STM (Synchronous Transport Module) - синхронный транспортный модуль тех-
нологии SDH

Subnet address - адрес подсети. Часть IP-адреса, которая специально иден-
тифицируется маской подсети как подсеть. См. также: IP address, subnet-
work и subnet mask

Subnet mask - маска подсети. Называемая иногда просто маской, 32-
разрядная маска адреса используется в протоколе IP для определения
битов IP-адреса, которые используются для адреса подсети. Благодаря
маске маршрутизатору не нужно просматривать все 32 бита, а лишь те,
что выбраны маской. См. также: address mask и IP address

Subnetwork - подсеть. 1) Любая сеть, являющаяся частью более крупной
сети IP и идентифицируемая адресом подсети. Администратор сети сег-
ментирует сеть на подсети, чтобы создать иерархическую, многоуровне-
вую структуру маршрутизации и одновременно оградить подсеть от слож-
ности адресации соединяющихся сетей. Другое название - subnet (под-
сеть). См. также: IP address, subnet mask и subnet address. 2) В сетях OSI
термин относится к группе оконечных и промежуточных систем, управляе-
мых только одним административным доменом, используя единственный
сетевой протокол соединения

Switch - коммутатор. Устройство, которое изменяет маршрут светового или
электрического сигнала, обычно используя при этом минимум информа-
ции, извлекаемой из потока данных. Коммутаторы функционируют в сети
на различных уровнях. Оптические или электрические коммутаторы пере-
мещают свет или электричество между портами без какого-либо анализа
потока данных. Телефонные коммутаторы осуществляют переключения в
соответствии с набираемым телефонным номером. Коммутаторы Ethernet
при осуществлении коммутации используют лишь информацию, содержа-
щуюся в заголовке кадра Ethernet. В случае ATM имеет место та же си-
туация, но используется уже информация, содержащаяся в заголовке кад-
ра ATM

Switch - переключатель, коммутатор. 1) В сетевых технологиях - устройство,
отвечающее за несколько функций, таких как фильтрация, лавинное рас-
пространение и отправка кадров. Оно действует с помощью адреса назна-
чения отдельных кадров. Коммутаторы действуют на канальном уровне
модели OSI. 2) В широком смысле слова - любое электронное или меха-
ническое устройство, которое служит для создания соединений, когда это
требуется, и прекращения, когда уже не требуется

SC (Circuit Switching) - коммутация каналов

TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей транс-
портного уровня в стеке протоколов TCP/IP

TCP/IP - transmission control protocol/lnternet protocol (протокол управления
передачей/ Internet протокол) - многоуровневая архитектура, являющаяся
предшественником модели OSI и в настоящее время лежащая в основе
Internet и большей части корпоративного трафика

TDM - Time division multiplexing (мультиплексирование с разделением вре-
мени). Способ последовательного извлечения битов или байтов из мно-
гочисленных потоков данных с последующим их объединением в один
поток

TDM - Time division multiplexing (уплотнение с разделением времени). Прием
назначения полосы на одном проводе, основанный на заранее заданных
отрезках времени для данных разных каналов. Полоса пропускания отво-
дится для каждого канала независимо от того, может ли станция посылать
данные. См. также: ATDM, FDM и multiplexing (уплотнение)

TDM interface - интерфейс, способный работать в режиме мультиплексиро-
вания с разделением времени, т. е. пересылать данные, используя эле-
ментарные временные интервалы в повторяющихся циклах

ТЕ (Traffic Engineering) - управление трафиком

Telex - телекс, международная служба, обеспечивающая обмен текстовыми
сообщениями между абонентами, которые используют телетайпные ап-
параты

Telnet - сетевой теледоступ (протокол виртуального терминала в наборе
протоколов Internet, позволяет пользователям одного хоста подключать-
ся к другому удаленному хосту и работать с ним как через обычный тер-
минал)

TGW (Trunk Gateway) - шлюз трактов (транков)

TMG (Trunk Mediagateway) - медиашлюз соединительных линий

TMN (Telecommunications Management Network) - система управления теле-
коммуникационной сетью

TTL (Time То Line) - время жизни. Поле в заголовке IP, указывающее период
времени, в течение которого пакет действителен
Tunneling - туннелирование. Метод избежания протокольных ограничений
через упаковку пакетов из одного протокола в пакет другого протокола
и передачу инкапсулированного пакета по сети, поддерживающей упако-
вочный протокол

UBR (Unspecified Bit Rate) - неопределенная скорость передачи

UDP (User Datagram Protocol) - протокол пользовательских дейтаграмм
транспортного уровня в стеке протоколов TCP/IP

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) - универсальная мобиль-
ная телекоммуникационная система

UNI - User network interface (сетевой интерфейс пользователя) - программ-
ное обеспечение, скрывающее сложность провайдерской сети при взаи-
модействии с нею снаружи. Клиенты могут использовать UNI для форми-
рования запросов на сетевое обслуживание, но не могут проникнуть в нее
для ознакомления с частной информацией

UNIX - многопользовательская многозадачная операционная система, пер-
воначально разработанная Кеном Томпсоном (Ken Thompson) и Денисом
Ритчи (Dennis Ritchie) в компании AT&T Bell Laboratory в 1969 г. для ис-
пользования в мини-компьютерах (в настоящее время существует в раз-
личных формах и реализациях; считается мощной операционной систе-
мой, которая менее машинозависима, чем остальные операционные сис-
темы; написана на языке С)

URL (Uniform Resource Locator) - унифицированный указатель информацион-
ного ресурса (стандартизованная строка символов, указывающая место-
нахождение документа в Internet)

V/TIf (Video Telephone) - видеотелефония

VCC (Virtual Channel Connection) - соединение виртуальных каналов

VCI (Virtual Channel Identifier) - идентификатор виртуального канала

Video over ADSL/VDSL - видео по цифровой абонентской линии типа A/V

Video over cable, Radio & DBSN - видео по кабелю, радио и сети непосред-
ственного радиовещания

VLR (Visitors Location Register) - визитный регистр местоположения (ВРМ);

Voice/Data /Video over 2-way cable - голос/данные/видео по двухкабельной
системе

Voice/Data /Video over Radio - голос/данные/видео по радиосети

Voice/Data over telecom network - голос/данные по телекоммуникационной
сети

Voice/Video and/or Data over Internet - голос/видео и/или данные через
Internet

VPC (Virtual Path Connection) - соединение виртуального пути

VPI - Virtual path identifier (идентификатор виртуального пути) - поле ячейки
ATM, определяющее маршрут, которому принадлежит ячейка

VPI (Virtual Path Identifier) - идентификатор виртуального тракта

VPN (Virtual Private Network) - виртуальная частная сеть

VPNs - Virtual private networks (виртуальные частные сети) - служба, посред-
ством которой узлы или сайты соединяются между собой безопасным об-
разом в общую сеть. VPN обычно включают в себя шифрование трафика
и установление подлинности участников группы
WDM - Wave-division multiplexing (мультиплексирование с разделением длин
волн) - способ объединения многочисленных сигналов в одном волокон-
но-оптическом кабеле путем передачи их по данному кабелю с использо-
ванием различных длин волн

Web hosting - веб-хостинг. Служба и услуги, предоставляемые сторонним
организациям для поддержки заказных веб-сайтов. Услуги по размещению
информации предоставляет провайдер (ISP), отвечающий за эксплуата-
цию системы, а информационное наполнение (контент) веб-сайтов обычно
обеспечивает организация-заказчик

Weighted fair queuing - очереди с взвешенным выравниванием. Алгоритм
формирования очередей, который гарантирует прогнозируемое обслужи-
вание различных классов трафика (гарантируются постоянные времена
реакции для нескольких приложений за счет интеллектуального распреде-
ления полосы пропускания для них. Для наиболее ответственных приложе-
нии предоставляется приоритетное обслуживание - прим, научи, ред.)

Wi-Fi (Wireless Fidelity) - стандарт беспроводной передачи данных по радио-
каналу уровня LAN

WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - стандарт беспровод-
ного широкополосного доступа уровня города (Metropolitan)

Wireless Phone - беспроводный телефон;

Wireless Phone/Voice/Data over telecom network - беспроводный доступ
телефонии/голоса/данных к телекоммуникационной сети

WWDM - Wide wavelength-division multiplexing (широкополосное мультиплек-
сирование с разделением длин волн) - мультиплексирование, при кото-
ром интервал между каналами превышает 200 ГГц

Х.25 - рекомендации ITU-T, определяющие стандарты для коммуникацион-
ных протоколов доступа к сетям с коммутацией пакетов (Packet Data Net-
works, PDN)

ABPK - асинхронное временное разделение каналов

АДИКМ - адаптивная импульсно-кодовая модуляция

Биллинг - тарификация, составление и выписывание счетов за предостав-
ление телекоммуникационных услуг

БКП - быстрая коммутация пакетов

БПС - базовая приемопередающая станция ССПСЭ

БС - базовая станция ССПС

ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи

ВРК - временное разделение каналов

Гетерогенный (heterogeneous) - неоднородный разнородный, разнотипный

ГТС - городская телефонная сеть

ЕСЭ РФ - единая сеть электросвязи РФ

ИСС - интеллектуальные сети связи

ИТ (информационные технологии) - процедуры обработки информации,
а также технические и программные средства сбора, хранения, обработки,
передачи и отображения различных видов информации

КБС - контролер базовой станции ССПС

Профиль (протоколов) - взаимоувязанная упорядоченная совокупность ба-
зовых стандартов, ориентированная на выполнение определенной при-
кладной, коммуникационной функции или на построение конкретной сис-
темы

Ресурсы информационные - документы и массивы документов, зафикси-
рованные на материальном носителе информации (бумажном или компь-
ютерном), с реквизитами, позволяющими их идентифицировать в инфор-
мационных системах

СВРК - синхронное временное разделение каналов

ССПС - система сотовой подвижной связи

СТС - сельская телефонная сеть

СТфОП - система телефонной связи общего пользования

ТО - техническое обслуживание

ТЭ - техническая эксплуатация

УК - узел коммутации

УПАТС - учрежденческо-производственная АТС

УС - узловая станция

ЦКПС - центр коммутации подвижной службы

ЦРРЛ - цифровая радиорелейная линия

ЦС - центральная станция

ЦСП - цифровая система передачи

ЦТЭ - центр технической эксплуатации

ЦУС - центр управления сетью

ЧРК - частотное разделение каналов

ЭМВОС - эталонная модель взаимодействия открытых систем
Оглавление

Предисловие............................................................ 3

Введение............................................................... 4

Часть I. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей........ 12

Глава 1. История развития средств связи ............................... 12

1.1.	Зачем нам знание история? .................................... 12

1.2.	Предыстория электросвязи ..................................... 13

1	.р. История электросвязи....................................... 21

1.3.1.	Рождение телеграфа .................................... 23

1.3.2.	Рождение телефона...................................... 27

1.3.3.	На сцену выходит радио................................. 31

1.3.4.	История телевидения.................................... 39

1.3.5	История Интернета....................................... 45

1.3.6.	История развития сотовой связи ......................... 51

Контрольные вопросы............................................... 57

Глава 2. Рекомендации и стандарты в телекоммуникациях................. 58

2.1.	Организация работы по стандартизации ....................... 58

2.2.	Основной стандарт - эталонная модель взаимодействия
открытых систем.................................................. 62

Контрольные вопросы.............................................. 72

Глава 3. Услуги и службы телекоммуникаций ............................ 73

3.1.	Услуги, службы и платформы предоставления услуг.............. 73

3.2.	Виды услуг и особенности их реализации ...................... 77

3.3.	Физический уровень. Синхронная цифровая иерархия............. 84

3.4.	Телеслужбы с точки зрения пользователя ...................... 88

3.5.	Требования к сети и оборудованию............................. 89

3.6.	Соглашение об уровне обслуживания............................ 94

3.7.	Единая ответственность перед конечным пользователем.......... 97

Контрольные вопросы.............................................. 106

Глава 4. Информация, сообщение, сигнал............................... 107

4.1.	Основные понятия и определения.............................. 107

4.2.	Сигналы и их характеристики................................. 113

4.3.	Цифровые сигналы ........................................... 132

4.4.	Методы преобразования сигналов ............................. 138

Контрольные вопросы.............................................. 152

Глава 5. Линии связи и принципы их эффективного использования......... 153

5.1.	Медные кабельные линии ..................................... 153

5.2.	Волоконно-оптические кабельные линии........................ 157

5.3.	Принципы многоканальной связи .............................. 163

Контрольные вопросы.............................................. 170

Глава 6. Цифровые системы передачи .................................. 171

6.1.	Формирование группового сигнала............................. 171
6.2.	Синхронизация............................................... 178

6.3.	Регенерация цифровых сигналов............................... 184

6.4.	Помехоустойчивое кодирование ............................... 188

6.5.	Цифровые иерархии........................................... 190

6.5.1.	Плезиохронная цифровая иерархия ...................... 190

6.5.2.	Синхронная цифровая иерархия ......................... 199

6.5.3.	Асинхронный режим переноса............................ 203

Контрольные вопросы ............................................. 206

Глава 7. Телекоммуникационные сети. Классическая концепция .......... 207

7.1.	Основные понятия и определения ............................. 207

7.2.	Топология и организационная структура телекоммуникационных сетей .... 213

7.3.	Коммутация в сетях электросвязи............................. 220

7.4.	Узлы коммутации каналов и пакетов........................... 226

7.5.	Сигнализация в телефонных сетях общего пользования ......... 232

7.6.	Единая сеть электросвязи России............................. 240

Контрольные вопросы ............................................. 254

Глава 8. Технологии локальных сетей ................................. 255

8.1.	Общие положения............................................. 255

8.2.	Технология Ethernet......................................... 269

8.3.	Сети Token-Ring, Arcnet, FDDI. 100VG-AnyLAN................. 275

8.4.	Стандарт 802.11 ............................................ 281

Контрольные вопросы ............................................. 284

Глава 9. Технологии территориальных сетей............................ 285

9.1.	Технология ретрансляции кадров (Frame Relay) ............... 285

9.2.	IP- технология ............................................. 287

9.3.	Качество обслуживания в IP-сетях............................ 293

9.4.	АТМ-технология ............................................. 299

9.5.	Многопротокольная коммутация с помощью меток (MPLS).
Общие положения................................................. 303

Контрольные вопросы ............................................  317

Часть II. Радиосвязь, радиовещание, телевидение и мобильная связь...... 318

Глава 10. Передающие и приемные устройства систем
радиосвязи и вещания............................................. 318

10.1.	Особенности распространения радиоволн ..................... 312

10.2.	Антенно-фидерные устройства ............................... 328

10.3.	Радиопередающие устройства................................. 339

10.4.	Радиоприемные устройства................................... 343

Контрольные вопросы ............................................. 351

Глава 11. Система звукового вещания ................................. 353

11.1.	Некоторые определения ..................................... 353

11.2.	Организация звукового вещания.............................. 356

11.3.	Структура каналов и трактов звукового вещания ............. 358

11.4.	Стереофоническое радиовещание ............................. 362

11.5.	Цифровое радиовещание ..................................... 365

11.6.	Синхронное радиовещание.................................... 384

11.7.	Проводное вещание ......................................... 387

Контрольные вопросы ............................................. 398

Глава 12. Телевидение................................................ 399

12.1.	Элементы физиологии зрения и принцип телевизионной развертки. 399
12.2.	Спектр частот телевизионного сигнала.......................... 403

12.3.	Полный телевизионный сигнал................................... 405

12.4.	Передача и прием телевизионных сигналов ...................... 407

12.5.	Принципы передачи и воспроизведения информации в цвете........ 410

12.6.	Форматы записи видеосигнала .................................. 416

12.7.	Телевидение высокой четкости.................................. 417

12.8.	Основы цифрового телевидения ................................. 420

12.9.	Перспективы развития систем цифрового телевизионного вещания . 436

12.10.	Сотовые системы телевидения ................................. 446

Контрольные вопросы................................................. 450

Глава 13. Радиорелейные и спутниковые линии связи ....................... 451

13.1.	Радиорелейные линии связи..................................... 451

13.2.	Спутниковые системы связи..................................... 455

Контрольные вопросы................................................. 471

Глава 1,4* Средства связи с подвижными объектами ........................ 472

14.1.	Системы сотовой связи ........................................ 473

14.2.	Транкинговые системы связи ................................... 504

Контрольные вопросы................................................. 522

Часть III. Сети следующего поколения..................................... 522

Глава 15. Концепция построения сетей следующего поколения (NGN) ......... 524

15.1.	Инфокоммуникационные услуги и новые требования к сетям связи . 524

15.2.	Базовые положения концепции NGN............................... 527

15.3.	Общие вопросы организации управления NGN ..................... 536

15.4.	Практические вопросы построения NGN на ЕСЭ России............. 538

Контрольные вопросы................................................. 539

Глава 16. Сети NGN: архитектура и протоколы.............................. 540

16.1.	Эволюция технологий предоставления услуг связи ............... 540

16.2.	Обобщенная структура сети на основе Softswitch................ 550

16.3.	Протоколы взаимодействия «сетей нового поколения» (NGN)....... 558

16.4.	Примеры построения сетей с устройствами Softswitch ........... 572

Контрольные вопросы................................................  581

Глава 17. Построение сети NGN на основе сетевых элементов SI3000
компании ISKRATEL................................................ 582

17.1.	Архитектура сети NGN на основе сетевых элементов SI3000 ...... 582

17.2.	Варианты применения элементов SI3000 ......................... 587

17.3.	Применение пограничных контроллеров соединений ............... 605

17.4.	Решения для услуг Triple-Play (VoDSL, VoCable) ............... 607

17.5.	Подключение CS к плоскости услуг.............................. 608

17.6.	СОРМ.......................................................... 608

17.7.	Подсистема тарификации и система регистрации вызовов.......... 610

17.8.	Дополнительные услуги......................................... 613

17.9.	Используемы в главе 17 символы ............................... 621

Контрольные вопросы................................................. 622

Глава 18. Построение сети NGN на основе сетевых элементов
компании Alcatel ................................................ 623

18.1.	Анализ требований к создаваемой ТС ........................... 625

18.2.	Концептуальные подходы Alcatel для	построения ТС ............. 627

18.3.	Функциональная схема решения для уровней сервиса и управления
вызовами......................................................... 629
18.4.	Архитектура транспортного уровня........................ 635

Контрольные вопросы .......................................... 640

Заключение........................................................ 641

Приложение 1. Виртуальные частные сети MPLS (VPN MPLS)............ 643

Приложение 2. Сети на основе IP/MPLS и	ATM ....................... 652

Приложение 3. Обобщенная многопротокольная коммутация
по меткам (GMPLS)................................................. 658

П3.1. Переход от MPLS к GMPLS........................ 658

П3.2. Особенности GMPLS ............................. 668

ПЗ.З. Технология GMPLS: методы защиты
и восстановления .................................... 675

Список литературы ................................................ 687

Термины и определения............................................. 690