/
Author: Лебединский А.К. Павловский А.А. Юркин Ю.В.
Tags: рельсовый транспорт железнодорожное движение железнодорожный транспорт автоматика связь телемеханика
ISBN: 978-5-89035-528-7
Year: 2008
Text
ВЫСШЕЕ
АВТОМАТИЧЕСКАЯ
ТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
ОВТОМОТИКО Т0Л0А*.гХОНИКО Г
но железнодорожном трс
А.К. Лебединский • А.А. Павловский • Ю.6. Юркин
Учеб «л*
А. К. Лебединский, А.А. Павловский, Ю.В. Юркин
АВТОМАТИЧЕСКАЯ
ТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ
ТРАНСПОРТЕ
Допущено
Федеральным агентством железнодорожного транспорта
в качестве учебника для студентов вузов
железнодорожного транспорта
Москва
2008
УДК 656.254.15
ББК 39.27
ЛЗЗ
Рецензенты: зав. кафедрой «Связь на железнодорожном транспорте» РГУПСа
канд. техн, наук, проф. А.Д Моченое', зав. лабораторией общесетевых проблем
связи ОАО «НИИАС» канд. техн, наук О.К. Васильев
Лебединский А.К., Павловский А.А., Юркин Ю.В.
ЛЗЗ Автоматическая телефонная связь на железнодорожном транс-
порте: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / Под ред. А.К. Лебе-
динского. — М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образова-
нию на железнодорожном транспорте», 2008. — 531 с.
ISBN 978-5-89035-528-7
Объяснены основы телефонной связи и коммутации. Рассмотрено по-
строение сетей телефонной связи с коммутацией каналов и пакетов, а также
основные вопросы теории телетрафика. Даны материалы по построению се-
тей общетехнологической связи железнодорожного транспорта на местном и
междугородном уровнях. Приведены технические характеристики и состав обо-
рудования систем коммутации, применяемых на железных дорогах России.
Учебник предназначе! i для студентов вузов железнодорожного транспорта
по специальности «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном
транспорте».
УДК 656.254.15
ББК 39.27
ГОУ ВПО «Дальневосточный
государственный университет
; путей сообщения»
* Научно-техническая библиотека
£ •— - - Л—'Тя.' -VA'-J-i -t — — —
ISBN 978-5-89035-528-7
©Лебединский АК., Павловский АА,
Юркин Ю.В., 2008
© ГОУ «Учебно-методический центр
по образованию на железнодорожном
транспорте», 2008
© ООО «Издательский дом «Транспорт-
ная книга», 2008
200-летию Петербургского государственного
университета путей сообщения посвящается
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире телекоммуникаций все большую популяр-
ность приобретают услуги по передаче сообщений по электронной
почте, факсов, файлов с фотографиями, видео- и аудиозаписью. За-
частую трудно представить нашу жизнь без доступа к сайтам сети
Интернет. В увеличивающемся объеме передаваемой информации
значительную роль продолжают играть системы передачи речи.
В последние годы объем передачи речевой информации заметно уве-
личился благодаря системам мобильной сотовой связи.
Область электрической связи, обеспечивающая передачу речи на
расстоянии, получила название телефонии, а услуга, предоставляе-
мая абонентам — телефонной связи.
На железных дорогах системы электрической связи в значитель-
ной степени влияют на эффективность перевозочного процесса и на
безопасность железнодорожного транспорта. Среди них важное зна-
чение имеют системы телефонной связи, через которые передаются
большие объемы информации.
Изначально телефонная связь предназначалась для передачи
звуков речи на расстояние. В дальнейшем сети телефонной связи
стали использовать для передачи факсов, передачи данных между
компьютерами, а также и видеоизображений (видеотелефония).
История развития телефонной связи началась в 1876 г. с изобре-
тения электромагнитного телефона, автором которого стал Алек-
сандр Грэхем Белл, американец шотландского происхождения.
Телефон быстро нашел практическое применение. Для соедине-
ния абонентов между собой стали строить ручные телефонные стан-
ции. Первая в мире телефонная станция появилась в 1878 г. в городе
Нью-Хейвен (США).
В России первые городские телефонные станции появились в
1882 г. в Санкт-Петербурге, Москве и Одессе. На железнодорожном
транспорте первая телефонная станция на 10 линий была построена
3
русским инженером П.М. Голубицким в 1883 г. в паровозном депо
Николаевской (сейчас Октябрьской) железной дороги. Кроме того,
П.М. Голубицкий разработал усовершенствованный микрофон с
угольным порошком. Им также был предложен способ питания мик-
рофонов телефонных аппаратов от центральной батареи, находящей-
ся на телефонной станции.
Первоначально строились только местные сети телефонной свя-
зи, действие которых ограничивалось территорией городов. В на-
чале 1880-х гг. стала развиваться междугородная телефонная связь,
связывающая между собой абонентов разных городов. В 1882 г. была
построена первая междугородная линия связи между Санкт-Петер-
бургом и Гатчиной (ее длина составила 45 км). Важную роль в орга-
низации телефонной связи между городами России сытрал русский
изобретатель Е.И. Гвоздев. В конце 1898 г. была организована теле-
фонная связь между Санкт-Петербургом и Москвой, которая име-
ла самую большую протяженноегь в Европе.
Совершенствование систем телефонной связи было направлено
на автоматизацию процесса установления соединений между абонен-
тами. Первые попытки создания автоматических телефонных стан-
ций относятся к концу 80-х гг. XIX столетия. В создании АТС с ша-
говыми искателями приняли участие российские инженеры: К.М.
Мосцицкий, С.М. Бердичевский-Апостолов и М.Ф. Фрейденберг.
Практическое применение в телефонных сетях получила декадно-
шаговая АТС, изобретенная А. Б. Строуджером в Англии. В России
первая такая АТС на 6000 номеров была установлена в Ростове-на-
Дону. В 1930 г. были запущены еще две АТС в Москве. Первая АТС
машинной системы на железнодорожном транспорте емкостью 2000
номеров была запущена в 1932 г. в Министерстве путей сообщения
(МПС) в Москве.
С появлением электронных усилителей, построенных на лампах,
в 20-е гг. прошлого века получили развитие сети междугородной и
международной связи. В дальнейшем развитие систем телефонной
связи определяется в первую очередь совершенствованием автома-
тических телефонных станций и расширением вида услуг, предос-
тавляемых абонентам.
В 30-е гг. прошлого столетия на смену декадно-шаговым и ма-
шинным АТС приход ят координатные АТС. В Советском Союзе та-
кие станции начали внедряться только в 60-е гг. Развитие элект-
4
роннойтехники привело к появлению квазиэлектронных АТС, а
в дальнейшем — полностью электронных станций. В квазиэлект-
ронных АТС используется электронное управление, а коммутация
осуществляется малогабаритными, преимущественно, герконовы-
ми реле. Квазиэлекгронные АТС, относящиеся к аналоговым сис-
темам, производились относительно недолгое время. В Советском
Союзе такие станции в основном нашли применение на ведом-
ственных сетях связи. Электронные АТС на первом этапе представ-
ляли собой аналоговые системы, которые не могли обеспечить тре-
буемое качество передачи речи. Основные усилия в разработке ком-
мутационных систем были направлены на создание электронных
АТС с передачей речи в цифровом виде. В таких станциях аналого-
вый речевой сигнал преобразовывается в цифровой сигнал с помо-
щью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Вследствие высокого
качества передачи информации в цифровом виде и эффективных
способах обработки цифровых сигналов цифровые АТС получили
широкое распространение на телефонных сетях. Внедрение циф-
ровых АТС в СССР на городских сетях началось в первой половине
1980-х гг.
Применение цифровых АТС, использующих программное управ-
ление, позволило расширить набор услуг, предоставляемых абонен-
там. В середине 1980-х гг. на основе цифровых АТС во многих стра-
нах начинается строительство цифровых сетей с интеграцией обслу-
живания (ISDN), с помощью которых в одну абонентскую линию
можно включить телефонный аппарат и персональный компьютер
для передачи данных, причем от абонента до абонента информация
передается в цифровом виде. На сети ISDN предоставляется множе-
ство дополнительных услуг, таких, как конференц-связь, посылка ко-
ротких текстовых сообщений от одного телефонного аппарата на
другой телефонный аппарат, переадресация вызова и др.
Девяностые годы прошлого столетия характеризуются появлени-
ем первых систем передачи речи по сети с пакетной коммутацией.
Такие системы находят все большее применение, и в дальнейшем
должен произойти постепенный переход от получивших широкое
распространение систем с коммутацией каналов к системам с пере-
дачей информации в виде пакетов.
Долгое время сети телефонной связи были фиксированными, т.е.
клсфонный аппарат абонента должен находиться в одном и том же
5
месте. В 1978 г. в Чикаго (США) началось практическое применение
системы мобильной сотовой связи. В сети сотовой связи благодаря
применению радиоканалов телефонный аппарат может быть всегда
с абонентом, и услуга телефонной связи может быть предоставле-
на абоненту в любой точке на территории действия системы сото-
вой связи. Удобство получить связь в любое время и почти в любом
месте привело к тому, что во многих странах менее чем за 20 лет ко-
личество абонентов сотовой телефонной связи превысило число або-
нентов фиксированной телефонной связи.
В настоящее время сети телефонной связи насчитывают во всем
мире более одного миллиарда абонентов. Примерно столько же
насчитывается абонентов сети Интернет, а также мобильных або-
нентов.
На железных дорогах России системы телефонной связи приме-
Чяязотсяна ’сетях общетехнологической (ОбТС) и оперативно-техно-
логичеокой сйязи^ОТС).СетиО6ТС и ОТС относятся к технологи-
^ебжимветдос&яяи; Вобщвмогучаепод технологической понима-
етоясеге, предназначенная для производственной деятельности орга-
низаций, управления технологическими процессами в производстве
(см. Закон о связи).
Сети общетехнологической телефонной связи (ОбТС) предна-
значены для предоставления услуг по передаче речевой информа-
ции между работниками различных подразделений железнодорож-
ного транспорта в пределах всей сети железных дорог Российской
Федерации. Кроме того, пользователям сетей ОбТС дается возмож-
ность получения услуг факсимильной связи и передачи данных. На
цифровой сети ОбТС абоненты могут пользоваться видеосвязью, а
также дополнительными услугами и видами связи.
Сети ОТС предназначены для оперативных соединений между
работниками железной дороги, участвующих в одном технологиче-
ском процессе. Это, прежде всего, связь между диспетчером и под-
чиненными ему исполнителями.
В основе построения сетей ОбТС заложены системы распределе-
ния информации, функции которых выполняют коммутационные
станции. Среди коммутационных станций наибольшее применение
нашли автоматические телефонные станции (АТС), работающие в
режиме коммутации каналов. В последнее время появляются систе-
мы с коммутацией пакетов.
6
Особенности организации технологических процессов на желез-
ных дорогах привели к тому, что небольшая доля информации рас-
пределяется вручную. Для этого используются либо ручные между-
городные коммутаторы, либо специализированные пульты операто-
ров связи, построенные на персональных компьютерах, включенные
в цифровые АТС.
Сеть ОбТС представляет собой совокупность коммутационных
станций, соединительных линий, устройств абонентского доступа и
абонентских устройств. Абонентские устройства устанавливаются
непосредственно в помещениях у абонентов, а в случае мобильной свя-
зи — находятся у абонентов или размещаются на подвижных объек-
тах. Чаще всего абонентские устройства представляют собой телефон-
ные аппараты, реже — факсимильные аппараты, а также компьютеры.
Иногда на правах абонентских устройств включают малую учрежден-
ческую АТС (офисная АТС). Коммутационные станции, как правило,
устанавливаются в специально отведенных для них помещениях. Со-
единительные линии служат для связи между коммутационными стан-
циями. Абонентский доступ представляет собой совокупность уст-
ройств, обеспечивающих подключение абонентского устройства к
коммутационной станции. Одним из важных устройств абонентского
доступа является абонентская линия, непосредственно соединяющая
абонентское устройство с коммутационной станцией.
Сети ОбТС организуются на магистральном, дорожном и мест-
ном уровнях. На местном уровне телефонная связь обеспечивается
в пределах одной железнодорожной станции или железнодорожно-
го узла. Дорожный уровень охватывает технические средства, пред-
назначенные для предоставления услуг в пределах одной железной
дороги. На магистральном уровне услуги предоставляются между
абонентами разных железных дорог, а также между абонентами же-
лезных дорог и руководством ОАО «РЖД». На местном уровне обра-
зуется сеть местной связи. Сети ОбТС дорожного и магистрального
уровней представляют собой сети междугородной связи.
До конца 90-х гг. прошлого столетия сеть ОбТС была полностью
аналоговой. На такой сети используются электромеханические (де-
кадно-шаговые, координатные, релейные), квазиэлектронные АТС,
а также небольшое количество аналоговых электронных АТС. С кон-
да 1990-х гг. начался переход к цифровой сети ОбТС, которая харак-
теризуется применением цифровых коммутационных станций,
7
связанных между собой цифровыми соединительными линиями и
позволяющих организовать цифровой абонентский доступ на осно-
ве стандарта ISDN. Цифровые соединительные линии образуются с
помощью цифровых систем передачи, работающих по волоконно-
оптическим или электрическим кабелям.
Сеть ОбТС характеризуется следующими показателями:
— общая монтируемая емкость сети всех железных дорог, вклю-
чая руководство ОАО «РЖД», которая составляет около одного мил-
лиона абонентов;
— задействованная емкость (фактическое число абонентов), ко-
торая составляет около 700 тысяч абонентов;
— средняя емкость сети одной железной дороги — 50—80 тыс. або-
нентов (наибольшая емкость у Московской ж.д. — около 150 тыс.
абонентов, а наименьшая у Сахалинской ж.д. — примерно 6 тыс. або-
нентов).
Не сети ОбТС всего работает примерно 2800 телефонных стан-
ций, из Которых около 40 % цифровые АТС, а остальные — аналого-
вые станции. Среди аналоговых АТС больше всего координатных и
релейных АТС, относительно мало квазиэлектронных станций, а так-
же небольшая доля приходится на декадно-шаговые АТС. Полная
цифровизация сети ОбТС прошла на магистральном уровне: во всех
крупных железнодорожных узлах, в которых находятся Управления
железных дорог, и в ОАО «РЖД» в Москве применяются только циф-
ровые АТС.
Для сети ОбТС характерны следующие особенности.
’Во-первых, на сети преимущественно используются АТС малой
емкости: доля станций малой емкости (до 200 номеров) составляет
около 75 %.
Во-вторых, емкость телефонных станций изменяется в широких
пределах: начиная от нескольких десятков и до 4000—6000 номеров.
Наибольшая емкость станций приходится на железнодорожные узлы,
где находятся Управления железных дорог. Самая крупная АТС об-
служивает руководство ОАО «РЖД» — это Центральная станция свя-
зи (ЦСС), которая имеет емкость около 15 000 номеров.
В-третьих, в подавляющем большинстве случаев на сети ОбТС
применяются учрежденческо-производственные АТС (УПАТС), по-
зволяющие экономично строить телефонные станции емкостью до
10 000 номеров.
8
Особенностями аналоговой сети ОбТС являются: применение
специализированной одночастотной сигнализации на дорожном и
магистральном уровнях (сигнализация на каналах ДАТС); наличие
большого числа мелких пучков соединительных линий, организо-
ванных по каналам ТЧ для связи с АТС малой емкости (в среднем —
2—3 соединительных линий в пучке). Такие пучки резко снижают
пропускную способность сети ОбТС. Недостатком аналоговой сети
также является использование двухпроводных транзитных соедине-
ний, что приводит к снижению качества связи. Ограниченные фун-
кциональные возможности электромеханических АТС не позволя-
ют создать гибкую систему нумерации.
Цифровая сеть ОбТС не имеет приведенных недостатков и ха-
рактеризуется высоким качеством связи, высокой пропускной
способностью на всех уровнях сети связи, использованием стан-
дартных систем сигнализации по общему каналу, а также предо-
ставлением абонентам множества дополнительных услуг и видов
связи.
Сеть ОбТС присоединена к сети общего пользования (ОП), пред-
назначенной для возмездного оказания услуг телефонной связи лю-
бому пользователю услугами связи на территории Российской
Федерации. Сеть ОП позволяет устанавливать соединения между
любой парой абонентов внутри Российской Федерации, а также
предоставлять услуги международной телефонной связи. Многие
абоненты сети ОбТС могут пользоваться услугами сети общего
пользования.
Уровень развития сети электросвязи характеризуется телефонной
плотностью, под которой понимается количество абонентов теле-
фонной связи, приходящихся на сто человек населения (одному або-
ненту соответствует один телефонный номер). В конце 2006 г. на сети
фиксированной телефонной связи Российской Федерации те-
дещонная плотность равнялась 31.
В Российской Федерации большинство сетей электрической свя-
зи. включая сети ОП и технологические сети, присоединенные к сети
образуют Единую сеть электросвязи Российской Федерации.
Глава 1
ОСНОВЫ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
1.1. Звуки речи и их свойства
Принцип передачи речи и звуковые колебания. При передаче речи зву-
ковые колебания сначала преобразуются с помощью микрофона ВМ
в колебания электрического тока, передаваемые по разговорному трак-
ту в пункт приема, где происходит обратное преобразование электри-
ческих колебаний в звуковые с помощью телефона BF (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Принцип передачи речи
Звуковые колебания представляют собой колебания молекул
упругой среды с частотами в диапазоне 20—20 000 Гц, воздействую-
щими на орган слуха. Колебания более высоких частот называют
ультразвуком, более низких — инфразвуком. Ультразвук человек не
слышит, а инфразвук воспринимает как толчки.
Процесс распространения звуковых колебаний называется зву-
ковой волной. Пространство распространения звуковых волн пред-
ставляет собой звуковое поле. Скорость распространения звуковой
волны, или скорость звука с, зависит от физических свойств и со-
стояния среды. В воздухе при температуре +20 °C и нормальном
атмосферном давлении скорость распространения звука 344 м/с.
В жидкости и твердых телах скорость звука выше, чем в воздухе.
Расстояние, которое проходит волна в течение одного периода
колебания Т, называется длиной волны X.
10
Длина волны определяется по формуле
"k = cT-clf
где Tuf— соответственно период и частота колебаний.
Распространение звуковых волн сопровождает изменение давле-
ния в окружающей упругой среде, соответствующее закону колеба-
ния источника звука.
Звуки, встречаемые в природе, можно подразделить на простые
периодические, сложные периодические и сложные непериодиче-
ские. Для простых периодических звуков характерны синусоидальные
изменения звукового давления на какой-либо частоте (рис. 1.2, а).
На этом рисунке Рт — амплитуда звукового давления. Примером мо-
жет служить звук камертона. Сложные периодические звуки также ха-
рактеризуются изменением звукового давления по периодическому
закону. Однако этот закон отличается от синусоидального (рис. 1.2,6).
Звуковое давление складывается из множества составляющих Р
с частотами, кратными основной частоте о. Примерами сложного
периодического звука служат звуки музыкальных инструментов и
гласные звуки человеческой речи.
И
Сложные непериодические звуки характеризуются изменением зву-
кового давления по непериодическому закону (рис. 1.2, в). Звуковое
давление в данном случае следует рассматривать как сумму беско-
нечно большого числа гармонических составляющих с амплитуда-
ми значения частот которых распределены непрерывно в
полосе частот от 0 до да. Большинство звуков, которые слышит чело-
век — это сложные непериодические звуки (в частности, согласные
звуки речи).
Звуки речи, произносимые человеком, представляют собой
сложные колебания, характеризующиеся в общем случае большим
числом гармонических составляющих с различными амплитудами
и фазами. Частота этих составляющих располагается в диапазоне
от 80 до 10 000—12 000 Гц. Каждый звук характеризуется частотой и
амплитудой основного тона, а также тембром. Частота свободных
колебаний голосовых связок и определяет основной тон звука. При
разговоре частота основного тона для мужских голосов составляет
всреднем 150 Гщ<дия женских—’ 250 Гц. Возможно повышение и
понижение частоты основного тона.
Одни и те же звуки, издаваемые различными людьми отличаются
по тембру звука (окраске). Тембр создается голосовыми связками и
представляет собой дополнительный тон. Тембр определяют более
высокие’частоты (по отношению к частотам основного тона), назы-
ваемые обертонами.
Спектр импульсов звукового давления, возникших с помощью
голосовых связок, содержит большое число гармонических состав-
ляющих, амплитуды которых Рт уменьшаются с ростом частоты
(рис. 1.3, а). Однако этот спектр в полости рта, носа и глотки в за-
12
висимости от положения языка, широты раскрытия рта, положе-
ния мягкого неба претерпевает изменения: одни составляющие
усиливаются, другие подавляются. Таким образом, в речевом спек-
тре звука (рис. 1.3, б) явно выделяются основной тон J\ и харак-
терные для данного звука усиленные области частот, называемые
формантами. Звуки речи отличаются числом формант и местом
их расположения в частотном спектре. Это и позволяет отличать
одни звуки от других.
Исследование спектральных и временных характеристик рус-
ской речи показывает, что большинство звуков имеет одну или
две форманты, которые расположены в области 200—8600 Гц.
Однако большинство формант расположено в полосе частот 300—
3400 Гц, что и определяет выбор этой полосы для телефонной пе-
редачи.
Звуки речи, возбуждаемые голосовым аппаратом человека, име-
ют малую мощность и небольшую длительность. Так, средняя мощ-
ность при нормальном разговоре с учетом пауз составляет 10 мкВт,
наименьшая мощность при тихом разговоре — 0,01 мкВт, в отдель-
ные моменты времени пиковые значения мощности могут дости-
гать 5000 мкВт.
Преобладающая доля звуковой энергии приходится на гласные
звуки, а согласные звуки обладают значительно меньшей энергией.
Распределение энергии звуков речи по частотному спектру характе-
ризуется кривой (рис. 1.4), которая представляет собой суммарную
мощность Р в полосе частот от 0 до/ Примерно 65 % всей энергии
приходится на полосу частот
до 500 Гц. В диапазоне частот
от 80 до 2000 Гц сосредоточено
примерно 94 % всей энергии.
Влияние свойств органа слу-
ха человека на конструирование
телефонной аппаратуры. Чело-
веческое ухо способно воспри-
нимать звуковые колебания с
частотами от 20 до 20 000 Гц.
Звуковые колебания с частота-
ми ниже 20 Гц воспринимают-
ся ухом как отдельные толчки.
Рис. 1.4. Частотное распределение энергии
звуков речи
13
Наиболее чувствительно ухо к звуковым колебаниям средних ча-
стот в пределах 1000—4000 Гц. Минимальное звуковое давление,
при котором ухо воспринимает звук данного тона, называется
порогом слышимости. Звуковое давление, при котором ощущает-
ся боль, называется порогом болевого ощущения. Значения порогов
слышимости и ощущения давления зависят от частоты восприни-
маемого звука (рис. 1.5). Область воспринимаемого речевого сигна-
ла находится между порогами слышимости и болевого ощущения.
Слышимые звуки субъективно оцениваются по громкости. За-
висимость громкости звука от звукового давления подчиняется
психофизиологическому закону, согласно которому изменение
ощущения громкости звука пропорционально логарифму отноше-
ния значений звукового давления. Так, если pt и р2 — два различ-
ных значения давления звука на ухо, то изменение ощущения гром-
кости Д5= 10 lg(Pi/P2), дБ.
Уровни ощущения выражаются в условных единицах: белах (Б)
при применении десятичных логарифмов. Более удобной для при-
менения в телефонной акустике является единица децибел (дБ), при-
чем 1 дБ=0,1 Б.
Если на человеческое ухо в течение длительного времени не-
прерывно воздействует какой-либо звук, то чувствительность уха
снижается, что объясняется утомлением слухового нерва. Это яв-
ление, называемое адаптацией слуха, учитывается при создании те-
лефонных аппаратов, где с помощью специальных ротивоместных
Рис. 1.5. Пороги звукового восприятия
14
схем добиваются ослабления слышимости собственной речи в
телефоне.
При одновременном воздействии нескольких звуков на ухо бо-
лее громкий звук заглушает слабые звуки. Явление понижения чув-
ствительности уха к слабым звукам при одновременном воздействии
нескольких звуков, называется маскировкой звука. Маскирующее
действие звука количественно оценивается как разность между по-
рогами слышимости в тишине и при наличии маскирующего звука.
Маскировка звука учитывается при нормировании шумов в линии
связи и помещениях, при разработке телефонных аппаратов для по-
мещений с большим уровнем шумов.
Для удовлетворительной разборчивости сигнала необходимо, что-
бы его уровень превышал на 20 дБ уровень шума.
При приеме звука в ухе возникают дополнительные колебания
вследствие нелинейности колебательной системы уха. Чем больше
интенсивность звука, тем сильнее сказываются появляющиеся не-
линейные искажения, что является одной из причин уменьшения раз-
борчивости принимаемой речи.
Оценка качества телефонной передачи. Качество передачи по те-
лефонному тракту оценивают по разборчивости передаваемой ин-
формации, громкости и натуральности звучания принимаемой речи.
На эти показатели оказывают влияние качество преобразования речи
в электрический сигнал и, наоборот, уровень электрических и акус-
тических шумов, а также рабочее затухание тракта.
Наиболее распространенным методом оценки качества телефон-
ной передачи является метод разборчивости. Этот метод относится
к объективным методам, так как он предусматривает участие в оценке
качества связи специально тренированных артикуляционных бри-
гад. По испытуемому телефонному тракту передаются отдельные
элементы речи, чаще всего слоги, не связанные между собой по смыс-
лу. Для этого составляются специальные таблицы, содержащие раз-
личные слоги в той пропорции, в какой они содержатся в живой речи.
Например, «лир, луч, чтел, жась...». Отношение числа правильно
принятых операторами слогов к общему числу переданных слогов
называется слоговой разборчивостью. Качество передачи считает-
ся: удовлетворительным, если слоговая разборчивость лежит в преде-
лах 40—55 %, хорошим — в пределах 55—80 % и отличным — при сло-
говой разборчивости более 80 %.
15
Метод разборчивости был использован для определения полосы
частот, необходимой для передачи речи. При этом было выяснено,
что исключение из передаваемого диапазона частот ниже 300 Гц и
выше 3400 Гц незначительно сказывается на разборчивости и нату-
ральности речевого сигнала. Поэтому Международный союз элект-
росвязи (МСЭ) рекомендует использовать при телефонной переда-
че полосу частот 300—3400 Гц.
1.2. Электроакустические преобразователи
и их основные характеристики
Приборы, преобразующие звуковые колебания в электрические
и обратно, называются электроакустическими преобразователями.
В телефонии такими преобразователями соответственно являются
микрофон ВМ и телефон BF. Вместо телефона может использовать-
ся громкоговоритель. Для высокого качества телефонной передачи
необходимо, чтобы электроакустические преобразователи не вноси-
ли нелинейных искажений в разговорный тракт, обладали макси-
мально возможными для данного типа преобразователей чувстви-
тельностью и коэффициентом полезного действия и были бы надеж-
ными в работе.
Для оценки показателей работы микрофона и телефона в процессе
преобразования одного вида энергии в другой вводятся понятия
чувствительности и неравномерности частотной характеристики.
Чувствительность микрофона — это отношение электродвижу-
щей силы Ем, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению рм,
действующему на его мембрану (рис. 1.6, о):
S^^/Pw ®/Па.
Чувствительностью телефона называется отношение звукового
давления рт, развиваемого телефоном, к напряжению Ц. на зажимах
телефона:
(Па/В).
Чувствительность преобразователей в значительной степени зави-
сит от частоты (рис. 1.6, б). Идеальная частотная характеристика чув-
ствительности микрофона представляет собой прямую, параллельную
оси частот (прямая /). Действительная частотная характеристика чув-
16
a BM
рм* IO ЕУЛ Линия
BF
а
Рис. 1.6. Схема тракта телефонной передачи и частотная характеристика
чувствительности преобразователей
ствительности преобразователя имеет неравномерный характер (кри-
вая 2). Различная чувствительность преобразователя для разных час-
тот передаваемого диапазона является причиной частотных искаже-
ний, вносимых им при передаче речи. Неравномерность частотной
характеристики для микрофона А^ и телефона A5’r принято оцени-
вать в децибелах:
А5м =201g^2^,дБ; Д5т = 201g^™, дБ,
Mmin Tmin
где ~Я¥, & и 5L m:n, 5L m5n — соответственно наибольшие и наименьшие
М IllaX’ TIRdA МПШг 1 11Ш1
значения чувствительности микрофона и телефона.
Чем меньше значение ДД, тем выше качество преобразования.
Для оценки работы преобразователей во всем диапазоне переда-
ваемых частот пользуются средней чувствительностью (прямая 5):
/=1
где, п — число частот, на которых определяется чувствительность;
Sj(f) — чувствительность на i-й частоте.
Коэффициент нелинейных искажений определяет в процентах не-
линейные искажения, вносимые в систему передачи речи вследствие
17
нелинейного характера зависимости энергии, получаемой на выходе
преобразователя, от энергии, поступающей на его вход.
Коэффициент нелинейных искажений, %:
для телефона
^K=(V(P22 + '>32+-+y?)/PJI0()’
где — действующее значение основной составляющей звукового давле-
ния, развиваемого телефоном при подключении к нему синусоидального
напряжения;
Р2, /3, /^ — действующие значения высших составляющих того же
звукового давления;
для микрофона:
=(^2+e32+- + £l)/£J100.
где Е{, Е^, Е^,Ек — действующие значения ЭДС соответственно первой,
второй, третьей и т.д. гармоник микрофона как генератора переменного
тока.
Направленность действия преобразователя показывает измене-
ние чувствительности микрофона, телефона и громкоговорителя в
процентах в зависимости от угла а между акустической осью (пер-
пендикуляр к диафрагме или мембране) и рассматриваемой точкой
звукового поля. Характеристика направленности изображается гра-
фически, обычно в полярных координатах, и бывает трех основных
видов: круг (рис. 1.7, а) — направленности действия нет (чувстви-
тельность не зависит от угла а); кардиоида (рис. 1.7,6) — направлен-
ность односторонняя; «восьмерка» (рис. 1.7, в) — направленность
Рис. 1.7. Характеристика направленности электроакустических преобразо-
вателей
18
двусторонняя. Микрофоны в телефонных аппаратах, как правило,
имеют одностороннюю направленность.
Электроакустические преобразователи подразделяются на обра-
тимые и необратимые. Обратимые преобразователи обладают свой-
ством преобразования как акустической энергии в электрическую,
так и наоборот — электрической энергии в звуковую. Необратимые
преобразователи этим свойством не обладают. Рассмотрим основ-
ные типы преобразователей и их характеристики, которые нашли
широкое распространение на практике.
Электромагшипный преобразователь (рос. 1.8, а) содержит посто-
янный магнит с полюсными надставками, электромагнит и мембра-
ну М из магнитомягкого (ферромагнитного) материала. Такой пре-
образователь обратимый и может применяться в качестве микрофо-
на и телефона.
При использовании такого преобразователя в качестве микрофона
принцип действия состоит в следующем. Через полюсные надстав-
ки и мембрану протекает магнитный поток, создаваемый постоян-
ным магнитом. При действии на мембрану звуковых колебаний, она
двигается^ приближаясь и удаляясь от полюсных надставок. Вслед-
ствие изменения расстояния между мембраной и полюсными над-
ставками, меняется величина магнитного потока и, как следствие,
наводится ЭДС в катушках. . •
Принцип действия преобразователя в качестве телефона рассмот-
рен ниже.
Рис. 1.8. Электроакустические преобразователи
19
При использовании электромагнитного преобразователя в каче-
стве микрофона средняя чувствительность достигает 0,1 B/Па, а в
качестве телефона — 15 Па/В. Недостатком преобразователей ука-
занного типа является значительная неравномерность частотной ха-
рактеристики, достигающая 15 дБ, и большой коэффициент нели-
нейных искажений — до 8 %. Эти преобразователи применяются
главным образом в качестве телефона в телефонных аппаратах низ-
кого класса сложности.
Электродинамический преобразователь (рис. 1.8, б) имеет посто-
янный магнит и легкую подвижную катушку К, соединенную с мем-
браной М. Катушка может двигаться вдоль центральной части сер-
дечника.
При работе как микрофон звуковые колебания приводят в дви-
жение мембрану и катушку. Вследствие того что через витки катуш-
ки проходит магнитный поток, созданный постоянным магнитом, в
катушке наводится ЭДС. В режиме телефона происходит обратный
процесс, состоящий в том, что при протекании через катушку пере-
менного тока, в сердечнике изменяется магнитный поток. Эго из-
менение приводит к колебательному движению катушки вдоль цен-
тральной части сердечника. Движение катушки передается мембра-
не, которая излучает звуковые колебания.
Электродинамический преобразователь является обратимым и при-
меняется в качестве микрофонов, а также телефонов и громкоговори-
телей. Средняя чувствительность электродинамического микрофона
составляет0,004 B/Па. Из-за небольшой чувствительности электроди-
намический микрофон работает совместно с усилителем, устанавлива-
емым в непосредственной близости от микрофона. Если такой преоб-
разователь используется в качестве телефона или громкоговорителя, то
его средняя чувствительность составляет 0,6 Па/В. Неравномерность
частотной характеристики преобразователя — около 8 дБ.
Электродинамические преобразователи характеризуются хоро-
шей частотной характеристикой, небольшим коэффициентом нели-
нейных искажений (не более 3 %), простой конструкцией и надеж-
ностью в эксплуатации.
Электростатический, или конденсаторный преобразователь
(рис. 1.8, в) содержит конденсатор, состоящий из тонкой легкой по-
движной мембраны М и неподвижной пластины. В цепь конденса-
тора включен источник постоянного тока с напряжением U При воз-
20
действии звуковых волн на мембрану последняя начнет колебаться,
вследствие чего будет изменяться расстояние между обкладками кон-
денсатора, а это в свою очередь вызовет изменение его емкости и
перераспределение заряда между обкладками. В результате через со-
противление нагрузки будет проходить переменный ток, создаю-
щий на нем соответствующее падение напряжения. Такой преобра-
зователь обратимый, имеет хорошую частотную характеристику (не-
равномерность до 6 дБ), но очень малую чувствительность (для мик-
рофона до 0,048 В/Па).
На качественные характеристики преобразователя оказывают
большое влияние состояние изоляции между обкладками, посто-
янство напряжения источника питания, натяжение мембраны и из-
менение температуры окружающей среды. Преобразователь при-
меняют преимущественно в качестве микрофонов для акустичес-
ких измерений, а также для высококачественного радиовещания и
звукозаписи.
Во многих современных телефонных аппаратах применяются раз-
новидности конденсаторных микрофонов — электретные. В этом
случаепостоянное напряжение обеспечивается предварительным
зарядом электрета (полимера), тонким слоем нанесенного на мемб-
рану .‘При мсдссбамшдеибраны заряд как бы пульсирует в такт из-
менению емкости. Заряд электрета сохраняется до 20 лет. Затем тре-
буется повторная поляризация электрета или замена микрофона.
Конденсаторные микрофоны всегда используются вместе с усили-
телями.
Пьезоэлектрический преобразователь (рис. 1.8, г) основан на ис-
пользовании пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца, тур-
малина, сегнетовой соли, пьезокерамики. При механической дефор-
мации таких кристаллов на их гранях возникает электрический за-
ряд. Преобразователь является обратимым, т.е. при изменении элек-
трического заряда на кристаллическом элементе возникают механи-
ческие колебания кристалла и связанной с ним мембраны М.
При использовании преобразователя в качестве микрофона сред-
няя чувствительность составляет 0,025 В/Па при неравномерности
частотной характеристики до 7 дБ. Если преобразователь применя-
ется как телефон или громкоговоритель, средняя чувствительность
его достигает 20 Па/В, а неравномерность частотной характеристи-
ки преобразователя — около 10 дБ.
21
Основным недостатком пьезоэлектрических преобразователей
является большое влияние на их параметры температуры и влаж-
ности окружающей среды. Они применяются в специальной аппа-
ратуре, где важно иметь небольшие габариты при небольшой сто-
имости. Пьезоэлектрические преобразователи нашли широкое при-
менение в телефонных аппаратах в качестве вызывных устройств.
В электроконтактном преобразователе (рис. 1,8, д) под воздействи-
ем звуковой волны изменяется сопротивление электрического кон-
такта К. Преобразователи являются активными, необратимыми и ра-
ботают в качестве микрофонов, в частности, угольных. Действие уголь-
ного микрофона основано на свойстве угольного порошка изменять
свое сопротивление в зависимости от изменения его плотности. Зву-
ковые волны воздействуют на мембрану М и заставляют ее колебать-
ся. Под влиянием колебаний мембраны изменяется плотность уголь-
ного порошка и его электрическое сопротивление. Вследствие этого
в цепи нагрузки будет проходить ток, изменяющийся в соответ-
ствии с изменением звукового давления, действующего на мембрану.
Большим достоинством угольного микрофона по сравнению с дру-
гими типами микрофонов является высокое значение средней чув-
ствительности, достигающее 0,7 B/Па. Однако угольные микрофоны
имеют большую неравномерность частотной характеристики (до 35 дБ)
и значительный коэффициент нелинейных искажений (до 20 %), по-
этому они применяются в телефонных аппаратах низкого класса
сложности.
1.3. Электроакустические преобразователи
для телефонных аппаратов
Электромагнитные телефоны по конструкции бывают с простой
и дифференциальной магнитными системами.
Рассмотрим электромагнитный телефон с простой магнитной сис-
темой (рис. 1.9, а). Он состоит из постоянного магнита 1, полюсных
надставок 2, на которых размещены обмотки 4 и мембраны 3 из фер-
ромагнитного материала. Под действием постоянного магнита мемб-
рана всегда находится в изогнутом состоянии. При прохождении пе-
ременного тока через обмотку создается переменный магнитный
поток, взаимодействующий с потоком постоянного магнита и вы-
зывающий колебания мембраны.
22
Рис. 1.9. Электромагнитный
телефон
Сила, которая вызывает коле-
бание мембраны может быть оп-
ределена по формуле:
F= 2кВ0 Bmsin со/,
где к — коэффициент пропорцио-
нальности;
Bq — магнитная индукция посто-
янного магнита;
Вт — магнитная индукция, созда-
ваемая синусоидальным током с кру-
говой частотой со.
Чтобы мембрана колебалась
пропорционально изменению на-
магничивающей силы магнитной
системы телефона, рабочую точку
перемагничивания мембраны вы-
бирают в средней части прямолинейного участка кривой намагничи-
вания. Поэтому обмотки телефона наматывают не прямо на полюсы
постоянных магнитов, обладающих высокой степенью намагничива-
ния, а на полюсные надставки, изготовленные из мягкой стали.
Устройство капсюльного телефона типа ТК-67 приведено на
рис. 1.9, б. Магнитная система состоит из одного миниатюрного маг-
нита 2, полюсных надставок 3 и диафрагмы 6. Капсюльный телефон
имеет пластмассовый корпус 1 и крышку 7. Для выравнивания час-
тотной характеристики в капсюле предусмотрена акустическая пере-
городка 5. Телефон подключается к схеме телефонного аппарата дву-
мя контактными винтами. На полюсных надставках находятся ка-
тушки 4.
На практике применяются несколько типов телефонных капсю-
лей с простой магнитной системой: ТА-4, ТК-67 и др. Частотная ха-
рактеристика чувствительности телефонного капсюля типа ТА-4 дана
на рис. 1.10. Модуль полного сопротивления этого телефона при ча-
стоте 1000 Гц составляет около 260 Ом.
В телефонных аппаратах и в микротелефонной гарнитуре находят
применение малогабаритный электромагнитный телефон типа ТГ-7М.
Электромагнитные телефоны с дифференциальной магнитной
системой имеют более сложную конструкцию, что позволяет повы-
23
/, кГц
Рис. 1.10. Частотные характерис-
тики чувствительности телефона
и громкоговорителя
сить чувствительность преобразо-
вателя. В телефонных аппаратах
можно встретить телефонные кап-
сюли типа ДЭМ-4М и ТКЭД-8.
Громкоговорители. По системе
излучения громкоговорители разде-
ляются на диффузорные и рупорные.
В телефонных аппаратах нашли при-
менение только диффузорные гром-
коговорители. Наибольшее распро-
странение получили электродина-
мические громкоговорители.
В диффузорных громкогово-
рителях (рис. 1.11, о) в качестве из-
лучающего органа применяется
диффузор-диафрагма 3, имеющая
форму неглубокого конуса с углом
при вершине 100—120°. Подвижная система состоит из бумажно-
го диффузора 3 и прикрепленной к нему легкой звуковой катушки
5. Магнитная цепь содержит кольцевой постоянный магнит 7,
фланцы 4 и 7, а также керн 6. Фланцы и керн сделаны из мягкой
стали и служат магнитопроводом. Звуковая катушка 5 может пе-
ремещаться только вдоль керна 6. Напряжение звуковой частоты
подводится посредством гибкого держателя 2. При прохождении
по звуковой катушке переменного тока, последняя совершает ко-
Рис. 1.11. Громкоговорители
24
лебательное движение вдоль керна. Ее движение передается диф-
фузору, который создает звуковые колебания.
Коэффициент полезного действия диффузорных громкоговорите-
лей, определяемый отношением излучаемой звуковой мощности к
подведенной электрической мощности, не превышает 3 %. Диффу-
зорные электродинамические громкоговорители благодаря очень ма-
лым нелинейным искажениям и равномерной частотной характери-
стике получили наибольшее распространение. Частотная характери-
стика чувствительности громкоговорителя ВА приведена на рис. 1.10.
В рупорных громкоговорителях (рис. 1.11,6) излучающий рупор 2
представляет собой расширяющуюся трубу, сечение которой изме-
няется по определенному закону. Узкий конец рупора примыкает
к диафрагме, связанной со звуковой катушкой (на рис. 1.11, б диа-
фрагма и катушка обозначены цифрой I). При работе громкогово-
рителя происходит концентрация по оси рупора излучаемой им энер-
гии, что позволяет повысить КПД громкоговорителя до 30 %. Ру-
порные громкоговорители выпускаются мощностью до 100 Вт и пред-
назначены для озвучения больших открытых площадей.
Для озвучивания больших площадей применяются также звуко-
вые колонки, состоящие из нескольких диффузорных громкогово-
рителей, расположенных Вертикально на небольшом расстоянии
друг от друга. Ё настоящее время выпускаются звуковые колонки
мощностью до 100 Вт, которые устанавливают в залах ожидания,
на перронах вокзалов и других помещениях.
Угольный микрофон. Электрическая цепь угольного микрофона с
нагрузкой RH приведена на рис. 1.12, а. При отсутствии звука мик-
рофон обладает статическим сопротивлением постоянному току 7?ст
(рис. 1.12, б). При воздействии на мембрану микрофона синусои-
дального звукового давления сопротивление будет изменяться по
тому же закону:
R = R +R sin со/,
Д м
где /?д — динамическое сопротивление микрофона постоянному току;
RM — амплитуда переменной составляющей сопротивления микрофона.
В среднем динамическое сопротивление микрофона на 20 % боль-
ше статического, т.е. Ам= 1,27^.т.
ЭДС микрофона зависит от тока питания и переменного сопро-
тивления /?м, которое в свою очередь зависит от зернистости уголь-
25
Рис. 1.12. Схема электрической цепи угольного микрофона и изменение
его сопротивления
ного порошка. Величина ЭДС может быть определена по формуле:
Е = InR sin at.
м Ом
Применяются микрофоны с разным сопротивлением: низкоом-
ные (30—80 Ом) и высокоомные (100—260 Ом). Различное сопро-
тивление угольных микрофонов достигается применением порош-
ков с различными размерами зерен: чем крупнее зёрна, тем меньше
сопротивление угольного порошка. Низкоомные микрофоны име-
ют ток питания около 80 мА, а высокоомные — 25 мА.
В эксплуатации нашел широкое распространение микрофонный
капсюль типа МК-16. Этот капсюль (рис. 1.13, а) содержит основ-
ные части: металлический корпус 5, в котором расположена каме-
ра для засыпки угольного порошка 1; неподвижный электрод 9,
укрепленный на пластмассовом держателе 10, диафрагму 6из алюми-
ниевой фольги с прикрепленным латунным электродом 2 в виде полу-
сферы; неподвижный электрод 11, укрепленный в изоляционной втул-
ке; фигурное кольцо 5, которое разделяет объем воздуха между диа-
а б
5М, В/Па
0,7 --у^-
0,5-
0,3 -
Рис. 1.13. Микрофонный капсюль МК-16 и его частотная характеристика
0,2 0,3 0,5 1 23,4 /, кГц
26
фрагмой 6 и корпусом 3 на две части, сообщающиеся между собой
через два отверстия 4\ крышку 7с отверстиями 8. Применение элект-
родов в виде полусфер сделало сопротивление микрофона более ста-
бильным и независимым от пространственного положения. Частот-
ная характеристика МК-16 приведена на рис. 1.13, б. Средняя чув-
ствительность микрофона МК-16 в диапазоне частот 300—3400 Гц
составляет 0,7 В/Па, а коэффициент неравномерности — 15 дБ.
Электродинамические микрофоны. По устройству подвижной систе-
мы электродинамические микрофоны разделяются на катушечные и
ленточные. В катушечных микрофонах в качестве подвижной системы
применяется катушка, в ленточ ных — легкая металлическая лента.
Магнитная система катушечного микрофона (рис. 1.14, а) состо-
ит из цилиндрического постоянного магнита 2 и магнитопровода,
имеющего центральный стержень 1 и фланцы 4. В зазоре между
фланцами расположена подвижная катушка 3, связанная с мембра-
ной 5. Звуковые волны проходят через отверстия крышки 6 и воз-
действуют на мембрану, вызывая ее колебания.
, Электродвижущая сила, возникающая в ка-
тушхв;впределяется по формуле:
где Bq — индукция магнитного поля, Тл;
I—длина проводника звуковой катушки, м;
v—скорость колебания катушки, м/с.
Скорость колебания катушки зависит от
звукового давления р, действующего на мем-
брану, площади мембраны S и механического
сопротивления гм подвижной системы микро-
фона:
v=p5/rM.
Катушечные динамические микрофоны
обладают хорошими качественными показате-
лями и поэтому нашли широкое применение
в телефонных аппаратах высокого класса
сложности, радиовещательных студиях, залах
связи совещаний, кабинетах поездных диспет-
черов, устройствах звукозаписи и т.д.
Рис. 1.14. Электроди-
намические микрофо-
ны
27
Устройство ленточного микрофона показано на рис. 1.14, б. Меж-
ду полюсными наконечниками постоянного магнита 2 подвешена
тонкая алюминиевая гофрированная лента 1 толщиной 0,2 мкм. Под
действием звуковых волн лента, служащая мембраной, колеблется,
и в ней индуцируется ЭДС, пропорциональная звуковому давлению.
Равномерность характеристики чувствительности микрофона до-
стигается применением сложной колебательной системы с несколь-
кими сдвинутыми по частоте резонансами воздушных камер. Спе-
циальный наконечник 5 образует одну воздушную полость б, а дуга
магнита 2 ограничивает другую полость 3. Воздух в щелях 4 и /игра-
ет роль элементов массы, которые корректируют скорость колеба-
ний ленты. Ленточные микрофоны имеют равномерную частотную
характеристику и применяются главным образом в студиях.
Катушечные и ленточные электродинамические микрофоны из-
за их небольшой чувствительности работают совместно с микрофон-
ными усилителями, которые располагаются вблизи микрофонов для
того, чтобы уменьшить воздействие электрической помехи на раз-
говорный тракт.
Электретный микрофон конструктивно выполняется вместе с по-
левым транзистором, играющим роль повторителя. На рис. 1.15 по-
казаны внутренняя схема микрофона (рис. 1.15, а) и схема его
включения в телефонный аппарат (рис. 1.15, б). Необходимость при-
менения повторителя объясняется очень высоким внутренним со-
противлением электретного микрофона. Полевой транзистор типа
р—п включен по схеме с общим истоком (и). Внешний выход микро-
фона включен в сток (с), а внутренний — в затвор (з). В результате
Выход
Общий
вывод
К усилителю
передачи ТА
Рис. 1.15. Электретный микрофон
28
выходное сопротивление микрофона снижается до величины 3—4 кОм,
что обеспечивает снижение потерь мощности сигнала при подклю-
чении микрофона к входу усилителя передачи ТА. Чувствительность
электретного микрофона составляет 6—20 мВ/Па, а неравномерность
частотной характеристики — 2—5 дБ. Электретные микрофоны име-
ют общее обозначение — МКЭ.
1.4. Телефонные аппараты АТС
Общие сведения. Телефонный аппарат (ТА) предназначен для пе-
редачи речи между абонентами и установления соединений между
абонентами. В сети фиксированной телефонной связи телефонный
аппарат устанавливается у абонента и включается в телефонную стан-
цию через абонентскую линию (АЛ).
В настоящее время существует большое многообразие телефон-
ных аппаратов, которые можно классифицировать по множеству
признаков. Рассмотрим классификацию телефонных аппаратов с
точки зрения их назначения для той или иной сети связи (рис. 1.16).
Телефонные аппараты могут работать в сети фиксированной или
мобильной связи. В сети фиксированной связи ТА делятся на ап-
параты с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. На сети
Рис. 1.16. Классификация телефонных аппаратов
29
с коммутацией каналов преимущественно используются наиболее
простые аналоговые телефонные аппараты, в которых речевые сиг-
налы принимаются и передаются в аналоговой форме. На таких
сетях также находят применение цифровые телефонные аппараты
ISDN, которые принимают и передают речевые сигналы в цифро-
вой форме. В сетях с пакетной коммутацией у пользователей уста-
навливаются IP-телефоны, также обеспечивающие передачу ин-
формации в цифровой форме. Рассмотренные аппараты характе-
ризуются тем, что они устанавливаются в том месте, где заканчи-
вается абонентская линия. В сетях мобильной связи телефонные
аппараты могут менять местоположение в пределах действия сети
и ими можно пользоваться в движении. Это стало возможным бла-
годаря тому, что вместо проводной абонентской линии здесь по-
явился радиоканал.
В данном разделе основное внимание уделяется аналоговым те-
лефонным аппаратам.
В зависимости от конструктивного исполнения, выполняемых фун-
кций и показателей качества работы телефонные аппараты делятся на
четыре класса сложности: от третьего (низший) до нулевого (высший).
В состав телефонного аппарата входят:
— разговорные устройства, основными из которых являются мик-
рофон и телефон, смонтированные в микротелефонной трубке (мик-
ротелефоне);
— устройство приема вызова от телефонной станции: поляризован-
ный звонок переменного тока или устройство тонального вызова;
— устройство посылки на телефонную станцию сигналов вызова,
ответа, отбоя, построенное на коммутационном элементе, например
на контакте рычажного переключателя;
— устройство передачи на телефонную станцию цифр номера:
номеронабиратель.
Перечисленные устройства являются основными. Кроме них мо-
гут быть дополнительные устройства, например, устройство, запо-
минающее цифры номера, устройство режима громкой связи и др.
Питание телефонных аппаратов. В телефонном аппарате необ-
ходимо осуществлять питание от источника постоянного тока раз-
личных устройств: микрофона, усилителей, микросхем. Телефонные
аппараты могут получать питание по системе центральной батареи
(ЦБ) или местной батареи (МБ).
30
В системе питания ЦБ телефонные аппараты питаются от обще-
го источника, находящегося на телефонной станции и называемого
центральной батареей. На АТС общий источник постоянного тока
имеет напряжение 48 В (зарубежный стандарт) или 60 В (российский
стандарт). В системе с централизованным питанием напряжение
питания используется также для посылки вызова от аналогового ТА
к АТС. Система питания ЦБ используется для всех аналоговых ТА и
для большинства цифровых ТА ISDN. В сети пакетной коммутации
IP-телефоны также могут получать питание от узла сети, в который
они включены.
Питание по системе МБ означает, что для телефонного аппарата
используется индивидуальный источник питания. Таким источни-
ком может быть аккумуляторная батарея, находящаяся в самом те-
лефонном аппарате, или выпрямительное устройство ТА, включае-
мое в местную сеть переменного тока напряжением 220 В. Система
МБ с применением малогабаритных аккумуляторных батарей нашла
широкое применение в телефонных аппаратах мобильной связи. Пи-
тание от сети переменного тока напряжением 220 В можно встре-
тить в некоторых цифровых телефонных аппаратах ISDN, отличаю-
щихся своей многофункциональностью, а также в IP-телефонах.
Рассмотрим «хемураздельного питания с ЦБ, приведенную на
рис. 1.17. На схеме показаны разговорные приборы двух телефон-
ных аппаратов: микрофоны, телефоны и разделительные трансфор-
маторы Т1 и Т2. На телефонной станции для обеспечения питания
ТА находится ЦБ, к которой подключены дроссели L1...L4 и кон-
денсаторы С1 и С2. Ток питания микрофона ВМ1 от ЦБ проходит
через дроссели LI, L3 и абонентскую линию, а микрофона ВМ2 —
через дроссель L2 и L4. Дроссели служат для того, чтобы разговор-
ный ток не замыкался через ЦБ. Конденсаторы С1 и С2 необходимы
для того, чтобы пропускать разговорный ток. В схеме раздельного
питания отсутствует влияние длины одной абонентской линии на
ток питания другой линии.
Совокупность приборов телефонной станции, с помощью кото-
рых осуществляется подключение ЦБ к линии абонентов, называ-
ется мостом питания. В электромеханических АТС в качестве дрос-
селей L1...L4 применяются обмотки электромагнитных реле. В элек-
тронных станциях функции дросселей выполняет электронный ис-
точник тока (электронный дроссель).
I
31
ВМ1 Cl BM2
Рис. 1.17. Схема раздельного питания телефонных аппаратов
Положительный полюс ЦБ всегда заземляется. Это делается для
устранения перехода разговорных токов с одной линии на другую
при одновременном сообщении проводов с землей или при пони-
жении их изоляции по отношению к земле, а также для уменьшения
коррозионного действия ответвляемых в земле токов на свинцовую
оболочку кабелей и заземленные металлические части телефонной
станции. Заземление полюса ЦБ также позволяет реализовать меж-
станционную трехпроводную сигнализацию. С помощью заземле-
ния на АТС можно обнаружить заземления одного из проводов або-
нентской линии.
Устройства приема вызова. Они служат для приема вызывных сиг-
налов со стороны телефонной станции. При посылке вызова со сто-
роны АТС абонентская линия подключается к источнику вызывно-
го сигнала напряжением до 90 В и частотой 25 Гц. Вызывной сигнал
посылается периодически: длительность сигнала —1с, интервал
между сигналами — 4 с.
Поляризованный звонок переменного тока (рис. 1.18) состоит из
двух- или однокатушечного электромагнита 1, постоянного магнита 2
с полюсными надставками 3, якоря 4, к которому прикреплен боек 5,
и металлических чашек 6. При прохождении по обмотке электро-
магнита переменного тока происходит попеременное изменение
магнитного потока в зазорах между концами якоря 4 и полюсными
надставками 3. Вследствие этого якорь 4притягивается то одним,
то другим концом к полюсным надставкам, а боек ударяет по чаш-
кам звонка. Уровень громкости звука, создаваемый звонком, зави-
сит от силы притяжения якоря сердечником электромагнита и дол-
32
Рис. 1.18. Поляризован-
ный звонок переменно-
го тока
жен быть не менее 70 дБ на расстоянии 0,5 м
от звонка при напряжении 50 В вызывного
тока частотой 25 Гц. Чувствительность звон-
ка определяется наименьшей кажущейся
мощностью, необходимой для его нормаль-
ной работы и составляет примерно 75 мВ ПА
для тока частотой 25 Гц. Сопротивление звон-
ков постоянному току составляет примерно
2000 Ом.
Устройство тонального вызова представля-
ет собой преобразователь вызывного тока ча-
стотой 25 Гц в акустический сигнал тональ-
ной частоты. Излучателем звукового сигнала
может быть пьезоэлектрический элемент или
громкоговоритель. На рис. 1.19, а показана схема устройства с то-
нальным вызовом. Устройство построено на пьезоэлектрическом из-
лучателе BQ. Вызывное устройство содержит транзистор УТ и рези-
сторы R1 и R2; разделительный конденсатор С1, который пропуска-
ет порсмснныйтокчастотой 25 Гц. Пьезоэлектрический излучатель
В^гпредс1^1ьтя^»бой41е^аллическую пластину 1, на которой раз-
мсц^рн Кристалл Ьързоэдект^ика (двуокись кремния). Внешняя по-
верхность кристалла контактирует с двумя пластинами 2 и 3.
Рассмотрим принцип работы вызывного устройства. В исходном
состоянии транзистор VT закрыт. При подаче вызова от АТС напря-
жение положительного полупериода вызывного сигнала (относи-
тельно пластины 1) поступает на обкладки пластин 1—2 пьезоэлект-
рика, вследствие чего кристалл деформируется и пластина 1 создает
звуковые колебания. Колебания кристалла генерируют напряжение
между пластинами 1 и 3. Через резистор R2 положительное напря-
жение прикладывается к эмиттерному переходу транзистора VT и
открывает его. Переход эмиттер-коллекгор транзистора УТ шунти-
рует обкладки пластин 1—2, напряжение между ними снижается до
нуля, и как следствие, происходит обратная деформация пьезоэлек-
трика. Обратная деформация пьезоэлектрика вызывает появление
напряжения отрицательной полярности на обкладках пластин 1—3,
что приводит к запиранию транзистора УТ. Снимается шунт с плас-
тин 1—2, на которые продолжает поступать положительное напря-
жение вызывного сигнала, что опять приводит к отпиранию транзи-
3-3936
33
Рис. 1.19. Устройства тонального вызова
стора VT, и процесс продолжается с частотой автоколебаний пьезо-
электрика, составляющей 3,5 кГц. При отрицательном полупериоде
вызывного сигнала, поступающего от АТС, автоколебания в пьезо-
электрике отсутствуют. Чтобы вызывное устройство работало бы при
отрицательном и положительном полупериодах, оно подключается
к линии через диодный мост.
Другим вариантом реализации устройства вызова с пьезоизлуча-
телем является применение специальных микросхем (рис. 1.19, б).
Микросхема имеет программируемый генератор тональных частот,
который запускается при появлении в линии вызывного сигнала
25 Гц. С выхода 5 микросхемы тональный сигнал попадает на пьезо-
излучатель, который создает звуковые колебания. Микросхема по-
зволяет периодически переключаться с одной тональной частоты на
34
другую. Обычно используются две-три тональных частоты. Резис-
тором R2 регулируется частота тональных сигналов.
На рис. 1.19, в приведена схема вызывного двухчастотного уст-
ройства на микросхеме, нагруженной на громкоговоритель BF. Схе-
ма приводится в действие поступающим из линии вызывным сигна-
лом, который проходит через выпрямительный мост и в виде посто-
янного тока подается на вход микросхемы. Контуры R1C1, R2C2 за-
дают тональные частоты, которые определяют частоту звукового
сигнала, излучаемого громкоговорителем.
Устройство посылки сигналов на телефонную станцию представ-
ляет собой один контакт рычажного переключателя, разомкнутый
в исходном положении (трубка лежит на аппарате). Сигналы пе-
редаются постоянным током, источником которого является ЦБ.
При снятии абонентом трубки замыкается контакт рычажного
переключателя и в телефонном аппарате создается цепь протека-
ния постоянного тока. Если абонент снял трубку, чтобы установить
соединение, от ТА посылается сигнал вызова. Когда вызываемый
абонент услышал сигнал вызова и снял трубку, от телефонного ап-
парата передается сигнал ответа. После окончания разговора или
при несостоявшемся соединении от телефонного аппарата посы-
лаетсясигнал отбоя. При этом абонент кладет трубку, контакт ры-
чажного переключателя размыкается и цепь протекания постоян-
ного тока нарушается.
Номеронабиратель (НН) предназначен для посылки на АТС цифр
номера, набираемых абонентом. В НН применяются два способа ко-
дирования цифр номера: число-импульсное и частотное кодирование.
Число-импульсное кодирование. В число-импульсном кодировании
передаются импульсы постоянного тока. Число передаваемых импуль-
сов равно набираемой десятичной цифре номера: один импульс — «1»,
два импульса — «2» и так далее. При наборе «О» посылается 10 им-
пульсов. Способ передачи с число-импульсным кодированием полу-
чил название декадный набор номера.
По конструкции НН с декадным набором разделяются на дисковые
и кнопочные. Дисковые НН представляют собой механические устрой-
ства и применяются в ТА низшего класса сложности. В кнопочных НН
импульсы набора формируются электронными устройствами. Как
правило, кнопочные НН имеют устройства запоминания номеров
вызываемых абонентов.
35
Рис. 1.20. Включение номеронабирате-
ля с декадным набором номера
На рис. 1.20 показана схе-
ма включения НН в телефон-
ном аппарате. Номеронаби-
ратель состоит из импульсно-
го (ИК) и разговорного (РК)
контактов и формирователя
импульсов набора (ФИН),
который ими управляет. Кон-
тактом ИК формируются им-
пульсы набора, а контакт РК
служит для отключения раз-
говорных устройств (РУ) на
время передачи импульсов.
Такое отключение необходимо, чтобы импульсы не прослушивались
в телефоне.
На рис. 1.21 представлена временная диаграмма работы НН с
декадным набором номера. В исходном состоянии трубка лежит,
контакт ИК разомкнут, а РК замкнут. Напряжение на ТА равно на-
пряжению центральной батареи (U^). При снятии трубки через РК
и разговорные устройства протекает ток от ЦБ. Напряжение на ТА
снижается до величины t/TA, лежащее в пределах 5—15 В. При
нажатии на кнопку набора цифры (на рис. 1.21 — цифры «3») кон-
такт РК размыкается, а ИК — замыкается. Теперь ток протекает
только через ИК и напряжение на ТА падает до нуля. Далее форми-
руются импульсы набора (на рисунке — 3 импульса). При каждом
импульсе контакт ИК размыкается на время ^хбОмс. Между им-
пульсами формируется интервал длительностью /3=40 мс, опреде-
ляемый временем размыкания ИК. По окончании последнего им-
пульса контакт РК вновь замыкается и НН формирует интервал
между цифрами номера (межсерийный интервал), длительность ко-
торого составляет 450—500 мс.
При частотном кодировании каждой набираемой цифре соот-
ветствует комбинация из двух тональных частот. Всего использует-
ся 8 частот. Такой способ получил название DTMF (Dual-Tone
Multiple Frequency). Стандарт DTMF постепенно вытесняет декад-
ный способ набора номера.
Значения частот тональных сигналов выбираются так, чтобы они
не имели целого общего делителя. Таким образом, эти сигналы не
36
Рис. 1.21. Временная диаграмма работы НН сдекадным набором
являются гармоническими. Два сигнала для шифрования каждого
знакавыбираются с целью обеспечения большей надежности пере-
дачи цифры номера, так как при использовании одной частоты АТС
могла бы принять сигнал помехи в тональном спектре как управля-
ющий сигнал. Вероятность же появления одновременно двух меша-
ющих сигналов с частотами, совпадающими по значению с частота-
ми управляющих сигналов крайне мала.
Распределение частот происходит в соответствии с рис. 1.22. Ча-
стоты делятся на две группы: нижнюю — F0...F3 (697—941 Гц) и верх-
нюю — F4...F7 (1209—1633 Гц). Каждая цифра передается комбина-
цией частот из нижней и верхней групп. Например, цифре «3» соот-
ветствует комбинация F0F6. Кроме десятичных цифр предусмотре-
на передача знаков: * (звездочка), # (решетка), А, В, С и D. Передача
этих знаков позволяет расширить функциональные возможности те-
лефонного аппарата, например, заказывать дополнительные услу-
ги. Знак * используется для перевода ТА с режима Pulse (декадный
способ) на режим Топе (способ DTMF).
Длительность двухчастотной посылки при наборе любого знака
составляет не менее 40 мс.
37
F4 F5 F6 F7
Схемы телефонных аппаратов.
Телефонные аппараты строятся по
противоместным схемам, обеспе-
чивающи м ослабление так называ-
емого местного эффекта, который
выражается в прослушивании го-
ворящим собственной речи в сво-
ем телефоне вследствие ответвле-
ния в него части передаваемого
разговорного тока. Местный эф-
фект нежелателен, так как он уве-
личивает утомляемость слуха або-
нента и повышает порог слышимо-
сти, что приводит к уменьшению
разборчивости принимаемой речи,
а следовательно, к снижению ка-
чества связи.
Мостовая схема телефонного аппарата системы ЦБ приведена на
рис. 1.23. В схеме микрофон ВМ и телефон BF включаются в проти-
воположные диагонали моста; плечами моста являются обмотки I и II
трансформатора (Т), линия (Л) и балансный контур БК. Сопротивле-
ние балансного контура подбирается так, чтобы мостовая схема была
уравновешена. В этом случае при передаче речи разговорный ток от
микрофона проходит через обмотки I и II трансформатора в разных
направлениях, и при равенстве ампер-витков этих обмоток ЭДС в об-
Рис. 1.23. Мостовая схема телефон-
ного аппарата
мотке Ш наводиться не будет и,
следовательно, ток через теле-
фон BF проходить не будет. При
приеме речи из линии ток будет
проходить через обмотки I и II
в одном направлении и в обмот-
ку III будет индуцироваться
ЭДС, что приведет к протека-
нию тока в цепи телефона BF.
Компенсационная схема ТА
приведена на рис. 1.24. Ее об-
разуют три обмотки автотран-
сформатора АТ, микрофон ВМ,
38
АТ
Рис. 1.24. Компенсационная схе-
ма телефонного аппарата
телефон BF и компенсационное со-
противление Z*. Обмотки АТ вклю-
чены согласованно.
При передаче речи генерируе-
мый микрофоном разговорный ток
проходит в линию через обмотку I;
часть тока ответвляется через со-
противление ZK в обмотку III, а так-
же через телефон BF в обмотки II и
III. Токи, протекающие через обмотки I и III, индуцируют в об-
мотке II ЭДС -пи£п- _П], противоположные по фазе. Чтобы ток
не протекал через телефон, параметры схемы подбираются так, что-
бы сумма падения напряжения на телефоне UT и разностной ЭДС в
обмотке II была равна по величине и обратна по знаку падению
напряжения UK на компенсационном сопротивлении Z*, т.е.
Ц<= ^1-п “ Е\ п-п + ит
При приеме речи поступающий из линии разговорный ток будет
проходить через обмотки I, II и III в одинаковом направлении, вслед-
ствие чего ^телефоне будет слышен передаваемый сигнал. Конден-
сатор Сслужит для предотвращения прохождения постоянного тока
череаобмотку III.
Как в мостовой, так и в компенсационной схемах достигается
только частичное ослабление местного эффекта, так как практичес-
ки невозможно согласовать сопротивление балансной цепи с вход-
ным сопротивлением линии во всем диапазоне передаваемых частот.
Основными величинами, характеризующими электроакустиче-
ские свойства телефонных аппаратов, являются: коэффициент пе-
редачи аппарата Еиср, определяемый отношением эффективного
значения напряжения на линейных зажимах ТА к значению звуко-
вого давления, воздействующего на микрофон, В/Па; коэффици-
ент приема ЛГпр аппарата, определяемый отношением звукового
давления, развиваемого ТА, к эффективному значению напряже-
ния на линейных зажимах аппарата, Па/В, а также частотные ха-
рактеристики коэффициентов передачи и приема ТА.
Электрические свойства телефонных аппаратов характеризуют-
ся: входным сопротивлением 2JjX, рабочим затуханием аппарата на
передачу апер и на прием апр и рабочим затуханием местного эф-
фекта^.
39
Выпускаемые ТА на частоте 1000 Гц должны соответствовать сле-
дующим требованиям:
2^х=7000м±30%; аПер<4,5дБ; аПр< 1,3 дБ;
ймэ - дБ; ХПер >0,3 B/Па; А"Пр > 5 Па/В.
Кроме того, телефонные аппараты должны обеспечить слоговую
разборчивость не менее 75 % при уровне шума в помещении 60 дБ;
регулируемая цюмкость акустического сигнала вызова должна быть в
пределах 10—70 дБ на расстоянии 0,5 м от аппарата. По конструкции
надежность действия рычажного переключателя должна обеспечивать
не менее 400 тыс. срабатываний, а номеронабирателя — 1 млн; работа
аппарата должна быть безотказной при температуре от—10 до +45 °C
и при относительной влажности воздуха 90 %.
«Классические» телефонные аппараты. На рис. 1.25 приведена
принципиальная схема простейшего телефонного аппарата АТС,
относящегося к низшему классу сложности. Разговорная схема ап-
парата противоместная мостового типа, в которой резисторы Rl, R2
и конденсаторы С1 и С2 образуют четырехэлементный балансный
контур. В аппарате используется дисковый номеронабиратель, эле-
ментами которого являются два контакта Н. У каждого контакта про-
нумерованы контактные пружины. Параллельно телефону включен
фритгер (диоды VD1, VD2), который защищает ухо абонента от аку-
стических ударов, возникающих при появлении на входе телефона
импульсов напряжения от внешней помехи. Рычажный переключа-
тель состоит из двух контактов SA. •:*
В исходном состоянии в линию через конденсатор СГвключен
поляризованный звонок Зв. Конденсатор С1 не пропускает через
звонок постоянный ток. При снятии микротелефонной трубки пе-
Рис. 1.25. Принципиальная схема простейшего телефонного аппарата АТС
40
реключаются два контакта SA. Контактными пружинами 1—2 SA
создается цепь протекания через ТА постоянного тока через обмот-
ку I трансформатора, микрофон и контакты номеронабирателя Н.
Контакт 4—5—6 SA отключает от линии звонок и подключает па-
раллельно импульсному контакту 6—7 Н номеронабирателя искро-
гасительный контур, образованный конденсаторами С1 и С2 и ре-
зистором R1.
При наборе номера в контакте Н, выполняющего роль разговор-
ного контакта, замыкаются пружины 3—4. Это приводит к шунтиро-
ванию разговорных устройств аппарата. Кроме того, контакт 1—2 Н
шунтирует телефон. Контактом 6—7 Н формируются импульсы на-
бора номера — при каждом его размыкании обрывается цепь пита-
ния на длительность /р.
При передаче речи от ТА разговорный ток от микрофона ВМ раз-
ветвляется в обмотки I и И, и при уравновешенной схеме в телефон
BF разговорный ток не поступает.
При приеме речи входящий из линии разговорный ток проходит
через Обмотку I, микрофон ВМ, контакты Н и трансформируется в
обмотку Ш, в которую включен телефон BF. При отбое абонент кла-
детТрубкузг контактами SA обрывается цепь питания ТА и к линии
подключается звонок.
' ВЪКсплуэтации находится большое количество различных типов
телефонных аппаратов отечественного и зарубежного производства,
которые построены по мостовой или компенсационной схеме и от-
личаются параметрами элементов схемы.
В телефонных аппаратах более высоких классов сложности при-
меняются электретные и электродинамические микрофоны и элек-
тродинамические телефоны, а также устройства тонального вызова.
В этом случае аппараты дополняются усилителями передачи и
приема, так как электретные микрофоны и электродинамические
преобразователи имеют малую чувствительность (рис. 1.26). Микро-
фон ВМ с усилителем передачи УПер и телефон BF с усилителем УПр
включены по мостовой противоместной схеме при помощи транс-
форматора TL Питание усилителей осуществляется из абонентс-
кой линии. Такие аппараты имеют лучшие частотные характерис-
тики на передачу и прием.
Электронные телефонные аппараты. На рис. 1.27 представлена
функциональная схема электронного аналогового ТА с декадным
41
способом набора номера.
В состав ТА входят: вы-
зывное устройство ВУ; ди-
одный мост VD, исключа-
ющий влияние полярнос-
ти напряжения линии на
полярность включения
ТА; микропереключатель
SA, выполняющий функ-
Рис. 1.26. Телефонный аппарат с усилителями Ции рычажного переклю-
чателя; кнопочный номе-
ронабиратель КН; разговорная схема аппарата PC. В исходном со-
стоянии к абонентской линии подключено ВУ.
При снятии микротелефонной трубки микропереключатель SA
отключает ВУ и подключает КН и PC к абонентской линии. Вслед-
ствие появления постоянного тока, протекающего через ТА, схема
«отбой» осуществляет начальную установку микросхемы номерона-
бирателя (МС) в режим готовности к набору номера. В этом режиме
МС осуществляет размыкание (закрытие) импульсного контакта ИК
и замыкание (открытие) разговорного контакта РК. Контакты ИК и
РК — электронные, их назначение и схема включения аналогичны
одноименным контактам на схеме, приведенной на рис. 1.20. В ре-
зультате к линии подключаются микрофон ВМ и телефон BF раз-
Рис. 1.27. Функциональная схема электронного телефонного аппарата
42
говорной схемы. Кроме ВМ и BF разговорная схема включает в себя
противоместную схему ПС, усилители микрофона УМ и телефона УТ.
При наборе номера нажимаются кнопки клавиатуры К, микро-
схема номеронабирателя МС формирует последовательность им-
пульсов, управляющих работой ИК и РК В то время как ИК обеспе-
чивает передачу импульсов набора цифр номера декадным спосо-
бом, РК отключает разговорную схему PC и тем самым устраняет
щелчки в телефоне. После набора номера РК вновь о ткрывается и
вызывающий абонент, в зависимости от состояния АЛ вызываемого
абонента, слышит тональный сигнал «контроль посылки вызова» или
«занято». При снятии вызываемым абонентом микротелефонной
трубки, устанавливается соединение между абонентами и они раз-
говаривают. После окончания разговора микротелефонная трубка
возвращается на место и контактами SA отключаются МС и PC и
подключается ВУ. На АТС передается сигнал отбоя. ТА переходит в
исходное состояние, в котором: схема питания микросхемы СПМ
Обеспечивает питание ОЗУ микросхемы номеронабирателя МС, где
хранится последний набранный номер; схема «отбой» запрещает на-
бор номёра с клавиатуры К. В состав КН также входит времязадаю-
щиАзлемейт гейнератора (ВЗЭГ), необходимый для формирования
Тактовых импуНьсОв для МС.
О На рис. 1.28 приведена принципиальная схема электронного те-
лефонного аппарата, построенного на микросхемах фирмы Philips,
которые предназначены для образования речевых трактов — IC1
(ТЕА1067) и для тонально-импульсного номеронабирателя — IC2
(PCD4415D). Вызывное устройство показано функционально и мо-
жет быть выполнено по любой из ранее рассмотренных схем.
Питание микросхем осуществляется от абонентской линии с при-
менением стабилитрона VD8. Напряжение питания микросхем по-
дается на выводы VCC (плюс) и VSS. Минусовой вывод питания —
общий.
Микросхема IC2 позволяет передавать цифры номера декадным
способом и с частотным кодированием по стандарту DTMF. Способ
передачи цифр определяется положением переключателя SW2: Р —
декадный способ (pulse), Т — DTMF (tone). Микросхема также по-
зволяет переходить с декадного способа передачи на частотный на-
жатием кнопки *. К выводам микросхемы подключаются кнопки
номеронабирателя Кн. Декадные импульсы появляются на выводе
43
Рис. 1.28. Принципиальная схема электронного телефонного аппарата АТС
44
DP/FLO, а частотные — на выводе TONE. Вывод СЕ служит для ус-
тановки микросхемы в активный (трубка снята, на выводе «плюс»
питания) или пассивный (трубка положена, напряжение питания от-
сутствует) режим.
Микросхема IC1 позволяет включать микрофон и телефон разных
типов. В микросхеме обеспечивается усиление речевых сигналов как
при приеме, так и при передаче с применением автоматической ре-
гулировки усиления (АРУ). На рис. 1.28 показано подключение элек-
третного микрофона к выводам MIC+ и MIC—. Резисторы R3 и R9
служат для подачи питания на микрофон. Телефон подключается к
выводам CR+ и CR—. На вывод DTMF поступают частотные импуль-
сы от IC2. С вывода LN речевые сигналы и частотные импульсы пе-
редаются в абонентскую линию. Вывод IR служит д ля приема рече-
вых сигналов со стороны АЛ. Вывод PD необходим для подачи сиг-
нала от IC2 для отключения питания разговорного узла во время
передачи импульсов набора номера. Вход MUTE используется для
подачи сигнала блокировки разговорного узла. Вывод STAB служит
для подачи питания на источник тока микросхемы. Остальные вы-
воды служат для работы схемы АРУ.
При снятой трубке (переключатель SW1 — в положении OFF-
HOOK) ток питания и речевые сигналы проходят через диодный мост
VD1...VD4. Варистор VR служит для защиты от повышенных напря-
жений в АЛ. При превышении установленного порога входного на-
пряжения (обычно 180 В) сопротивление варистора быстро падает.
Рассмотрим режимы приема и передачи речи.
При приеме речи сигнал поступает с линии, проходит через ди-
одный мост, VD8, R5, R2, СЗ и поступает через вывод IRHa вход
усилителя приема УПр (рис. 1.29), далее на усилитель телефона Ут и
на телефон BF.
Во время передачи необходимо устранить местный эффект. Для
этого используется мостовая схема. На рис. 1.29 показаны элемен-
ты, входящие в электрический мост. К одной диагонали моста под-
ключен тракт приема речи (точки А и В), к другой — коллектор и
эмиттер транзистора VT, включенного в выход усилителя передачи
речи и частотных сигналов УПер. Стрелками на рисунке показано
прохождение разговорного тока при передаче от микрофона. В IC1
сигнал от микрофона вначале усиливается в микрофонном усилите-
ле Ум, а затем в усилителе УПер. Ток с выхода Упер протекает через
45
Рис. 1.29. Схема устранения местного эффекта в электронном телефонном
аппарате
АЛ и через элементы моста: VD8, R2, R5, R6, R7, С 7 и R27. Если
мост уравновешен, то в цепи СЗ ток не протекает.
Рассмотрим работу ТА при передаче цифр номера.
При передаче частотных импульсов при нажатии на одну из кно-
пок в IC2 формируется двухчастотный импульс, который с выхода
TONE передается на вход DTMF микросхемы IC1. В IC1 сигнал
усиливается и с выхода LN передается в АЛ.
В режиме передачи декадных импульсов роль импульсного контак-
та выполняет переход «сток—исток» высоковольтного р-канального
46
полевого транзистора VT1. Импульсы набора постоянного тока
формируются на выходе DP/FLO IC2, усиливаются транзистора-
ми VT5, VT4 и VT3 и поступают на затвор VT1. В исходном состо-
янии все транзисторы закрыты. В начале набора за счет сигнала,
подаваемого на вход PDIC1, прекращается протекание постоян-
ного тока через разговорный узел IC1, а значит и через АЛ. В АЛ
посылается бестоковый импульс длительностью 60 мс. Теперь
формируется токовый импульс длительностью 40 мс. На выходе
DP/FLO появляется сигнал, открывающий вначале VT5, затем
VT4, VT3. Протекание тока через VT3, R16 и VD9 приводит к по-
явлению положительного напряжения на затворе VT1 и он откры-
вается. Постоянный ток протекает между выводами диодного мо-
ста: (+)—VD8—R27— VT1—R15—(—). После окончания импуль-
сов набора возобновляется питание разговорного узла. Чтобы не
прерывалось питание микросхем во время посылки по АЛ импуль-
сов набора номера, используются конденсаторы СЮ и С13. В те-
чение посылки импульсов конденсаторы разряжаются на цепи
питания микросхем.
бесшнуровые телефонные аппараты появились с целью заменить
шнур телефонной трубки каналом радиосвязи, обеспечивающим
мобильность абонента в пределах соседних помещений.
Бесшнуровой ТА состоит из стационарного базового блока (базы),
соединенного абонентской линией с АТС, и от одной до нескольких
(обычно до шести) переносных трубок. Каждая трубка связана с ба-
зой индивидуальным двусторонним радиоканалом. Трубкой можно
пользоваться как обычным телефонным аппаратом, находясь от базы
на расстоянии от нескольких десятков до нескольких сотен метров.
В России разрешены к использованию бесшнуровые телефонные
аппараты, работающие на частотах 30—40 МГц, 900 МГц и 1800 МГц.
В последнее время наибольшее распространение получили бесшну-
ровые ТА на основе стандарта цифровой системы беспроводной свя-
зи DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Для этого
стандарта выделен диапазон 1880—1900 МГц.
Остановимся на некоторых особенностях бесшнуровых ТА
Все переносные трубки таких аппаратов обладают персональны-
ми кодами — идентификаторами. Это необходимо для того, чтобы
каждый базовый блок принимал сигналы только от своей перенос-
ной трубки. Таким образом осуществляется защита телефонного ап-
47
парата от несанкционированного использования — абонент с «чу-
жой» трубкой не может подключиться к линии. В ряде моделей бес-
шнуровых ТА при передаче радиосигналов между трубкой и базой
происходит их шифровка, что обеспечивает относительную конфи-
денциальность разговора.
При использовании нескольких трубок, связанных с одной ба-
зой, вызов принимается сразу на всех трубках. Соединение устанав-
ливается с той трубкой от которой пришел ответ абонента. Во время
разговора абонент может перевести вызов с одной трубки на другую.
Может использоваться внутренняя связь, когда два собеседника,
находящихся в разных помещениях, общаются с помощью своих
трубок через базу. Обычно при этом абонентская линия, связываю-
щая базу с АТС, остается свободной и ею могут пользоваться або-
ненты с другими переносными трубками.
Как и стационарные электронные ТА, бесшнуровые аппараты
обладают целым рядом функций, расширяющих возможности або-
нентов при пользовании телефонной связью.
Глава!
ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ
КОММУТАЦИИ
2.1. Способы коммутации
На сети связи возникает необходимость распределять сообщения
между разными абонентскими пунктами, что достигается примене-
нием коммутации. На сетях телефонной связи находят применение
коммутация каналов и пакетов.
Под коммутацией каналов понимается процесс образования
электрических трактов на время передачи сообщений между
абонентскими пунктами. На сети связи коммутация осуществляет-
ся на коммутационных станциях, в которые включаются абонент-
ские устройства и соединительные линии между станциями или толь-
ко соединительные линии. Коммутация обычно производится авто-
матически, однако в некоторых случаях — вручную (например, на
ручных междугородных коммутаторах). В дальнейшем в данном раз-
деле рассматривается автоматическая коммутация.
При коммутации каналов передача сообщений может происхо-
дить с пространственным или с временном разделением каналов.
Пространственное разделение предполагает образование непрерыв-
ного во времени тракта, а временное—тракта, существующего толь-
ко в отдельные интервалы времени (например, используется про-
цесс мультиплексирования в системах передачи с импульсно-кодо-
вой модуляцией). При пространственной коммутации время достав-
ки сообщения определяется длительностью распространения
электрического сигнала между абонентскими пунктами. В случае
временной коммутации появляются дополнительные задержки и
время доставки может составлять от долей миллисекунд до десятков
миллисекунд. При передаче речевой информации абоненты не за-
мечают задержек, достигающих 150—200 мс.
49
Коммутация пакетов предполагает разделение одного сообще-
ния на множество частей (пакетов) и их передачу по сети связи.
В узлах сети пакеты распределяются по разным направлениям в
зависимости от места нахождения пунктов доставки пакетов. Па-
кеты одного сообщения передаются либо по одному заранее вы-
бранному маршруту (способ передачи пакетов с установлением со-
единения), либо с возможностью передачи по разным маршрутам
(способ передачи пакетов без установления соединения — дейта-
граммный способ). В таком способе коммутации обязательно ис-
пользуется временное разделение каналов и двоичное кодирова-
ние. Каждый пакет имеет адресную часть, содержащую данные
либо о маршруте, либо о конечном пункте доставки сообщения.
Время доставки сообщения может изменяться в широких преде-
лах. Коммутация пакетов наибольшее применение нашла в сис-
темах передачи данных из-за некритичности к времени задержки
сообщений. Примером передачи телефонных сообщений с помо-
щью коммутации пакетов является технология 1Р-телефонии.
Коммутация каналов или пакетов обычно производится на сети
связи при передаче каждого сообщения. В этом случае зачастую ис-
пользуют термин «оперативная коммутация».
Коммутация может быть произведена однократно для передачи
множества сообщений в течение длительного времени, достигаю-
щего многие годы. Такая коммутация получила название кроссо-
вой. Примерами кроссовой коммутации могут служить: соедине-
ния, сделанные проводами между выводами кросса (главного щита
переключений) или промежуточного щита АТС; соединения, об-
разованные внутри кросс-коннекта на цифровой транспортной
сети; образование постоянного виртуального канала (PSV) на сети
с коммутацией пакетов Frame Relay или ATM.
Процессы коммутации на сети связи осуществляются коммута-
ционными станциями, например АТС или узлами коммутации. Не-
редко сетевое оборудование, выполняющее функции коммутации,
называют коммутатором.
2.2. Коммутация каналов
В узлах с коммутацией каналов находится коммутационное поле,
построение которого зависит от способа разделения каналов.
50
Пространственное разделение каналов. При таком разделении ка-
налов коммутационное поле состоит из коммутационных приборов.
Коммутационные приборы — это устройства, обеспечивающие об-
разование электрических цепей на узле коммутации. Каждый ком-
мутационный прибор имеет коммутационные элементы, физичес-
ки образующие электрические тракты, и элементы управления, обес-
печивающие воздействие на коммутационные элементы. К коммута-
ционным приборам относятся: электромагнитные реле, электронные
контакты, искатели и соединители.
У электромагнитных реле коммутационными элементам и являются
контакты, а элементами управления — обмотки, магнитный сердеч-
ник и якорь. В узлах коммутации электромагнитные реле обычно ис-
пользуются в составе искателей и соединителей.
Под искателем понимается устройство, имеющее один вход и
множество выходов. В искателе на время передачи одного сообще-
ния вход соединяется с любым из выходов.
Для коммутационных приборов используются координатный и
символический способы изображения. На рис. 2.1 показаны коорди-
натный (а) и символический (б) способы изображения искателя.
Искатель имеет т выходов. В координатном изображении в каждой
точке пересечения вертикальной и горизонтальной линий (точка
коммутации) находится один коммутационный элемент, через ко-
торый вход искателя соединяется с соответствующим выходом. На
рис. 2.1, а показан пример, когда в точке коммутации, соответству-
ющей 3-му выходу, находится однообмоточное реле РЗ с двумя кон-
Рис. 2.1. Способы изображения искателя
51
Рис. 2.2. Координатное и символиче-
ское изображение соединителя
тактами на замыкание. Для соеди-
нения входа с выходом на обмотку
реле по цепи управления У пода-
ется напряжение питания. При на-
рушении соединения (разъедине-
нии) подача питания на реле РЗ
прекращается.
При символическом изображе-
нии искателя (рис. 2.1, б) вход обо-
значается кружком с короткой чер-
той, указывающей на выходы, от-
носящиеся к этому входу. Каждый
выход обозначен кружком.
Под соединителем понимается
устройство, имеющее множество
входов и выходов. Обозначим
число входов буквой п, а число вы-
ходов, соответствующих одному
входу — т. Один вход вместе со
своими выходами аналогичен ис-
кателю. Общее количество выхо-
дов у соединителя равно п*т. На рис. 2.2 показаны координатное
(а) и символическое (б) изображения соединителя.
В зависимости от способа использования соединителя в узле ком-
мутации в нем может происходить запараллеливание выходов и/или
входов. При запараллеливании всех выходов с одинаковыми номе-
рами образуется матричный соединитель, имеющий п входов и т вы-
ходов (рис. 2.3). В таком приборе для соединения входа с выходом
управляющий сигнал подается по вертикальной (Ув () и по горизон-
тальной (Уг у) шинам, что обеспечивает включение или выключение
коммутационного элемента в соответствующей точке (на рис. 2.3, а
срабатывает или отпускает реле Р2). На рис. 2.3, б показаны два спо-
соба символического изображения матричного соединителя, причем
практическое использование получил способ, приведенный в пра-
вой части рисунка, когда все входы соединителя находятся на одной
линии. На структурных и функциональных схемах для матричного
соединителя может быть использовано общее изображение, приве-
денное на рис. 2.3, в.
52
Рис. 2.3. Изображение матричного соединителя
С целью уменьшения потребляемой энергии в матричных соеди-
нителях применяют реле с двумя обмотками, одна из которых слу-
жит для срабатывания, а другая — для удержания реле во включен-
ном состоянии. На рис. 2.4 показана схема матричного соединителя
8 х 8, в котором используются 64 двухобмоточных реле. Левая обмот-
ка каждого реле служит для срабатывания, правая — для удержания
реле. При включении реле из управляющего устройства (УУ) на го-
ризонтальную и вертикальную шины включения (Вкл) кратковре-
менно подается управляющий сигнал.
Удержание реле осуществляется подачей питания из шнурового
комплекта (ШК), принадлежащего аналоговой АТС, на горизон-
тальную шину удержания (Удер) и образования цепи самоблоки-
ровки с помощью коцтакта включенного реле. На рис. 2.4 показан
53
Рис. 2.4. Матричный соединитель с удер-
жанием
пример соединения входа 1 с
выходом 8 (см. номера входов
и выходов на рис. 2.3), что
достигается включением й
удержанием реле Р70. Шнуро-
вой комплект занимается на
время одного разговора. В нем
при занятии срабатывает реле
удержания (У), а при разъеди-
нении это реле выключается.
Коммутационные элемен-
ты характеризуются коэффи-
циентом коммутации:
где Я, — сопротивление комму-
тационного элемента в закрытом
состоянии (контакт замкнут);
Ro — сопротивление коммутационного элемента в открытом состоянии
(контакт разомкнут).
Предельные значения сопротивлений 7^ и были определены
исходя из требований, предъявляемых к узлу коммутации с простран-
ственным делением каналов (аналоговая коммутационная станция)
по рабочему (1 дБ) и переходному (70 дБ) затуханию. Величина 7^, не
должна превышать 0,5 Ом (предполагается, что в одном разговорной
тракте может быть последовательно включено до 24 коммутационных
элементов). Величина 7^ не должна быть меньше 4,5 МОм. Отсюда,
коэффициент коммутации должен быть больше 107.
Исходя из требований к Кк, 7?3 и /?о в качестве коммутационных
приборов в аналоговых станциях могут применяться устройства с ме-
ханическими контактами (например, электромагнитные реле с отры-
тыми или герметизированными контактами). Электронные контакты
(диоды, транзисторы, динисторы, тринисторы и другие элементы) име-
ют либо недостаточно большую величину Кк, либо излишне большое
сопротивление RQ. Использование аналоговых электронных контактов
оказывается возможным только для коммутационных станций малой
емкости (обычно до 200 номеров), имеющих однозвенное коммутаци-
онное поле.
54
Временноеразделение каналов. При коммутации с временным раз-
делением каналов в коммутационное поле включаются тракты циф-
ровых каналов (например, каналов Е1), по которым передаются
цифровые потоки с одинаковой скоростью. На рис. 2.5 показан
принцип коммутации с временном разделением каналов на при-
мере двух трактов приема и передачи, причем трасты приема включе-
ны во входы коммутационного поля КП, а тракты передачи — в его
выходы. Цифровой поток каждого тракта состоит из циклов. Один
цикл включает в себя 7V+1 канальный интервал (КИ) с номерами
от 0 до N. Каждый канальный интервал предназначен для переноса
информации одного соединения. Внутри канальных интервалов по-
казаны буквы, обозначающие соединения. Суть коммутации состо-
ит в том, что в коммутационном поле содержимое z-ro канального
интервала тракта приема переписывается ву-й канальный интер-
вал тракта передачи, т.е. в КП осуществляются соединения между
канальными интервалами трактов приема и трактов передачи. В част-
ности на рис. 2.5 показаны соединения: а — между КИ-1 тракта при-
ема 1 и КИ-2 тракта передачи 2, с — между КИ-3 тракта приема 1 и
КИ-1 тракта передачи 2, / — между КИ-TV тракта приема 1 и
КИ-3 тракта передачи 2, р — между КИ-2 тракта приема 2 и КИ-1
тракта передачи 1. Соединения между КИ повторяются в каждом
цикле до тех пор, пока между абонентами не наступит разъединение.
Управление коммутационным полем производится от управля-
ющего устройства узла коммутации. Производимые в КП соедине-
ния зависят от требований абонентов на установление соединений
на сети связи.
Рис. 2.5. Принцип временной коммутации
55
Поскольку соединяемые канальные интервалы трактов приема и
передачи не совпадают во времени, то в КП производится хранение
информации, содержащейся в канальных интервалах трактов при-
ема, и распределение этой информации по канальным интервалам
трактов передачи. Возможно также хранение содержимого каналь-
ных интервалов трактов передачи. Для хранения информации в КП
находится оперативное запоминающее устройство. Одним из свойств
такого КП является неминуемое появление задержек информации,
которые в зависимости от соединяемых канальных интервалов и
с труктуры КП могут изменяться от длительности одного КИ (/ки)
до одного цикла (Тц).
В реальные коммутационные поля включаются цифровые потоки
со скоростью 2,048 Мбит/с (канал El, 7\Г= 32), 4,096 Мбит/с (7V= 64)
и 8,192 Мбит/с (канал Е2, N= 128). Коммутационные поля с времен-
ным разделением каналов используются в цифровых АТС.
2.3. Коммутация пакетов
В узле сети с коммутацией пакетов используется коммутацион-
ное поле, во входы и выходы которого включаются цифровые трак-
ты. По этим трактам последовательно во времени передаются паке-
ты. Каждый пакет состоит из полезного и адресного полей. В полез-
ном поле переносится пользовательская информация (например,
речь или данные). Адресное поле содержит информацию, позволя-
ющую доставить пакет в пункт назначения пользователю. Пакеты
могут иметь разную длину. Интервал времени между пакетами так-
же является переменной величиной.
Процесс коммутации пакетов состоит в перераспределении па-
кетов на выходах коммутационного поля относительно его входов.
В зависимости от типа технологии передачи пакетов в адресном поле
пакетов записывается разная информация.
В технологиях с установлением соединения (ATM, Frame Relay)
прежде чем начнется передача пакетов, на сети устанавливается не-
изменный маршрут передачи пакетов данного соединения. При
этом в каждом узле за каждым соединением закрепляется метка,
по которой в узле выбирается исходящий тракт (ATM: в метке ука-
зываются идентификаторы виртуального канала (VCI) и пути
(VPI); Frame Relay: в качестве метки выступает идентификатор со-
единения на звене данных — DLCI). Метка генерируется управля-
56
ющим устройством и вставляется в адресное поле всех передавае-
мых пакетов одного соединения. Из принимаемых пакетов УУ из-
влекает метки и по их значению определяет по какому тракту пере-
дачи следует передать пакеты.
На рис. 2.6 показан пример коммутации пакетов с установлени-
ем соединения в узле с тремя направлениями связи. В каждом на-
правлении организованы по одному тракту приема и передачи,
включенные в КП. Со стороны КП в каждый тракт приема вклю-
чено устройство выделения адресного поля (DA), а в каждый тракт
передачи — устройство ввода адресного поля (IA). Устройства DA
и IA связаны с УУ. В обозначении пакетов адресное поле заштри-
ховано.
Каждый пакет относится к одному соединению, установленно-
му между узлами пользователей. На рис. 2.6 каждому соединению
соответствует одна из букв от А до G, которые для наглядности
вставлены в полезное поле пакетов. Пакеты показаны в соответ-
ствии с их положением во времени. В трактах передачи показаны
те же пакеты, что прежде поступили по трактам приема. В адрес-
ных полях пакетов содержатся метки — М? В тракте приема или
передачи одного направления метки должны быть разными. Все
метки через DA попадают в УУ, в котором в соответствии с табли-
цей маршрутизации выбирается направление связи. В УУ форми-
руются новые метки, которые через IA вставляются в исходящие
пакеты. Таблица маршрутизации содержит две части: для трактов
приема и передачи. Каждой метке одного тракта приема соответ-
ствует направление передачи, а также новая метка, вставляемая в
исходящие из узла пакеты. Каждому соединению соответствует одна
строка, в которой каждой комбинации входящего направления и
принимаемой метки соответствует комбинация исходящего
направления и передаваемой метки. Заполнение таблицы маршру-
тизации данными происходит в процессе установления соедине-
ния, для чего используется соответствующая система сигнализации.
В технологии без установления соединения (IP-сети) в адрес-
ном поле пакета записывается полный сетевой адрес пункта назна-
чения. В этом случае пакеты одного сообщения (например, одного
разговора) могут передаваться по разным маршрутам (дейтаграмм-
ный способ передачи пакетов). Адресная часть пакета транслиру-
ется через узел сети без изменения.
57
Направление 1 Направление 2
Таблица маршрутизации
Тракты приема Тракты передачи
Номер направления Метка Номер направления Метка
1 Ml 3 М4
1 1 М2 3 М3
1 М3 2 М3
2 Ml 1 М4
2 М2 3 М3
1 з Ml 1 М5
3 М2 2 М4
Пакет
1 Адресное поле
Полезное поле
Рис. 2.6. Принцип пакетной коммутации с установлением соединения
Направление 3
Таблица маршрутизации
Рис. 2.7. Принцип пакетной коммутации без установления соединения
На рис. 2.7 показан пример коммутации пакетов в узле, анало-
гичном рис. 2.6. Во входящих пакетах в адресном поле содержатся
адреса пунктов назначения А? На входах КП с помощью DA адреса
А(- поступают в УУ. По этим адресам в соответствии с таблицей марш-
рутизации управляющее устройство выбирает тракты передачи паке-
тов в соответствующем направлении (на рис. 2.7 показаны такие же
маршруты, как и на рис. 2.6). В исходящих из узла пакетах сохраняют-
ся те же адреса, что и во входящих пакетах. В таблице маршрутизации
также за каждым соединением закрепляется одна строка. Заполнение
таблицы данными маршрутизации происходит в результате специаль-
ных процедур (протоколов маршрутизации), определяющих опти-
мальный маршрут передачи пакетов от одного узла к соседним узлам.
При приеме пакета на входе КП требуемый для передачи выход
КП может быть занят. Поэтому пакеты хранятся в оперативной па-
мяти коммутационного поля до тех пор, пока не будут переданы из
узла. Следовательно, как и в способе коммутации каналов с времен-
ным разделением, в КП происходит задержка пакетов. Однако вре-
мя задержки пакетов может варьироваться в более широких преде-
лах, на что влияет множество факторов, например, интенсивность
поступления пакетов, их длина и загруженность выходов.
2.4. Виды и принцип построения
коммутациош1ых станций и установления соединений
Вид коммутационной станции зависит: от вида коммутируемых со-
общений (речь, телеграммы, передача данных); применяемых спосо-
бов коммутации (каналов, пакетов); от сети связи, для которой эти стан-
ции предназначены (технологические сети и сети общего пользования).
В зависимости от вида коммутируемых сообщений на сети с комму-
тацией каналов используются автоматические телефонные станции
(АТС), автоматические телеграфные станции; на сети с коммутацией па-
кетов — маршрутизаторы, коммутаторы и программные коммутаторы.
Современные коммутационные станции позволяют коммутировать
сообщения разных видов. Так, например, станции сети с интеграцией
обслуживания (сеть ISDN) могут коммутировать речевую и видео-
информацию, а также коммутировать данные. В таких станциях пре-
имущественно используется коммутация каналов, но данные могут
также передаваться по общим каналам сигнализации методом ком-
мутации пакетов. Другими примерами коммутационных станций,
60
позволяющих передавать разную информацию: речь, данные и видео,
могут служить маршрутизаторы на сети с протоколами TCP/IP и ком-
мутаторы на сети с технологией ATM. В этих станциях используется
коммутация пакетов. Развитие сетей с коммутацией пакетов привело к
появлению программных коммутаторов, управляющих процессами ус-
тановления соединений на мультисервисных сетях связи.
Независимо от вида каждая коммутационная станция включает в
себя следующее оборудование: коммутационное поле, периферийные
устройства и управляющие устройства. Периферийные устройства
состоят из интерфейсов разного типа, обеспечивающих включение в
станцию линий и каналов от абонентских устройств и от других ком-
мутационных станций. Управляющие устройства в первую очередь
служат для установления соединений на коммутационной станции,
что в конечном итоге позволяет соединять между собой абонентов
(пользователей) сети связи. Необходимым оборудованием коммута-
ционной станции является оборудование электропитания. В зависи-
мости от назначения коммутационные станции могут иметь и другие
устройства. Например, АТС обязательно включает генераторное обо-
рудование, позволяющее передавать абоненту известительные и вы-
зывной сигналы. Известительные сигналы указывают на этап установ-
ления соединения или На разьединение.
В качестве примера рассмотрим построение и процесс установ-
ления соединения на АТС.
На рис. 2.8 показана упрощенная схема АТС, включающая: комму-
тационное поле (КП), управляющее устройство (УУ), периферий-
ные устройства (ПУ) и генераторное оборудование (ГО). К ПУ от-
носятся: АК — абонентские комплекты, являющиеся интерфейсами
для подключения абонентских линий (АЛ); КСЛ — комплекты
соединительных линий, необходимые для включения в АТС соедини-
тельных линий к другим АТС. Генераторное оборудование имеет два
выхода: с тональным сигналом 425 Гц и вызывным сигналом 25 Гц.
Тональный сигнал необходим для формирования известительных
сигналов: ответ станции (тональный сигнал передается непрерыв-
но); контроль посылки вызова (1 с — импульс, 4 с — интервал); заня-
то (0,35 с — импульс, 0,35 с — интервал). Напряжение тонального
сигнала на выходе ГО составляет около 2 В. Вызывной сигнал переда-
ется от ГО со следующей периодичностью: 1с — импульс и 4 с — ин-
тервал и напряжением 70—90 В. Управляющее устройство воздействует
61
Рис. 2.8. Упрощенная схема АТС
на периферийные устройства и КП, а также получает от ПУ соответ-
ствующие данные. Например, от АК к УУ поступают: сигнал вызова
от абонента (абонент снял трубку) — ВЫЗОВ; данные о цифрах, на-
бираемых вызывающим абонентом — ЦИФРЫ; сигнал ответа от вы-
званного абонента — ОТВЕТ (абонент снял трубку во время вызова) и
сигнал отбоя — ОТБОЙ (абонент положил трубку после разговора).
На рис. 2.9 на языке SDL представлена граф-схема процесса уста-
новления соединения и разъединения между двумя абонентами од-
ной АТС. Граф схема насчитывает пять состояний, номера которых
отмечены в верхних правых углах блоков состояний: «исходное состо-
яние», «прием цифр номера», «предответное состояние», «разговор»,
«отбой». В каждом состоянии УУ принимает от АК соответствую-
щий сигнал или цифры номера или/и передает к АК какой-либо из-
вестительный или вызывной сигнал. Рядом с блоками граф-схемы
приведены комментарии. На схеме приняты обозначения: аб. А
и аб. Б — вызывающий и вызываемый абоненты соответственно; АЛа
и АЛб — абонентские линии вызывающего и вызываемого абонен-
тов соответственно. Предполагается, что известительные и вызыв-
ные сигналы формируются в АК под управлением УУ. После приема
цифр номера, определяется состояние линии вызываемого абонента
62
Рис. 2.9. Алгоритмы соединения на АТС
63
и происходит поиск свободного соединительного пути. Соединитель-
ный путь (СП) представляет собой совокупность элементов комму-
тационной станции, необходимых для передачи одного сообщения,
в данном случае, для одного разговора. В рассматриваемом случае в
соединительный путь входят два АК и элементы внутри КП. По-
скольку абонентские комплекты закреплены за линиями абонентов,
то фактически поиск СП происходит только в КП — в нем могут быть
разные СП. Когда свободный СП выбран, происходит его образова-
ние, состоящее в том, что в коммутационном поле включаются со-
ответствующие элементы (например, коммутационные приборы).
После ответа абонента Б разговорный тракт подключается в обоих
АК и абоненты могут разговаривать. Как видно из граф-схемы, в
состоянии «разговор» станция ожидает от любого из абонентов сиг-
нал отбоя. При появлении сигнала отбоя от одного из абонентов про-
изводится разъединение, заключающееся в нарушении образован-
ного par ice СП. Другому абоненту посылается сигнал «занято». В по-
следнем состоянии «отбой» ожидается отбой от второго абонента.
2.5. Построение коммутационных полей
Коммутационные поля могут иметь разную структуру, зависящую
в первую очередь от емкости коммутационного поля. Емкость ха-
рактеризуется количеством входов и выходов КП.
Коммутационное поле строится из звеньев. Под звеном понима-
ется часть устройств коммутационного поля, которые имеют общее
назначение. Для звена характерно установление соединения внутри
КП только через одну т очку коммутации. Чем больше емкость ком-
мутационного поля, тем больше в нем звеньев. Число звеньев в од-
ном КП обычно составляет от 1 до 5. Звенья обозначаются латин-
скими прописными буквами.
Чтобы получить коммутационное поле разной емкости оно стро-
ится из блоков коммутации. Блок включает в себя часть КП с одним
или несколькими звеньями коммутации (чаще всего до двух звеньев
коммутации). На рис. 2.10 показана схема блока коммутации с дву-
мя звеньями коммутации А и В, имеющее R матричных соедини-
телей на звене А и Q матричных соединителей на звене В, причем на
рис. 2.10,о использована координатная схема, а на рис. 2.10, б— сим-
волическая. На рисунках приняты обозначения: пик — число вхо-
дов соединителей звеньев А и В, т и z — число выходов соедините-
64
в
12 т 1 2 к
QO- О-•-О- О О- -О
2 6-6---6- 66--O
1 О- О-- -О- О О- -О
«6 6 -6
А2б д..д
16 6' 6
1 2 • • R
Рис. 2.10. Двухзвенный блок коммутации
Рис. 2.11. Двухзвенные блоки коммутации 64х64и64х32
5-3936
65
лей звеньев А и В,/— связность, число линий между двумя соедини-
телями звеньев А и В. Число входов звена А равно «R, число выходов
звена В — zQ и число промежуточных линий между звеньями А и
В —- zwR или kQ. При этом сг фаведдивы следующие равенства: к = R/
и Q - m/f. Нетрудно заметить, что с одного входа звена А можно по-
пасть на любой выход звена В и что между любой парой входа звена
А и выходом звена В есть только один соединительный путь. На
рис. 2.11 показаны примеры построения блоков коммутации без кон-
центрации нагрузки (рис. 2.11, с, б) и с концентрацией нагрузки
(рис. 2.11, в, г). В блоке без концентрации нагрузки число входов
равно числу выходов, а в блоке с концентрацией нагрузки число вхо-
дов больше числа выходов. В первом случае средние нагрузки, при-
ходящиеся на один вход и на один выход, одинаковы, а во втором —
средняя нагрузка, обслуживаемая одним выходом, больше, чем сред-
няя нагрузка, обслуживаемая одним входом. На рис. 2.11, б, г пока-
зано общее изображение блоков без и с концентрацией нагрузки.
Возможен вариант блоков коммутации с расширением, когда вхо-
дов меньше, чем выходов.
66
В КП блоки объединяются в соответствии со звеньями коммута-
ции. КП может включать в себя одну или множество трупп блоков с
одинаковыми звеньями. На рис. 2.12 представлен пример КП, состо-
ящего из двух групп блоков коммутации: в первую группу входят бло-
ки со звеньями А и В, во вторую — со звеньями С и D. Коммутацион-
ное поле состоит из 8 блоков со звеньями А и В и из 8 блоков со звень-
ями В и D и имеет 512 входов, 512 выходов и 512 промежуточных ли-
ний между звеньями В и С.
2.6. Способы искания в коммутационных полях
При установлении соединения через АТС в коммутационном
поле происходит поиск свободных соединительных путей, выбор
одного из них и его образование. В коммутационных полях исполь-
зуются следующие способы поиска соединительных путей: свобод-
ное, групповое и линейное искания, отличающиеся алгоритмами
поиска.
При свободном искании выделяется труппа выходов или все выхо-
ди коммутационного поля, предназначенные для установления со-
едииедийсо свободным исканием. В соединении может участвовать
любойиммвделенных выходов. На рис. 2.13 показан пример свобод-
ного мекания в КП, в котором выходы разделены на две группы: с 1
по М1‘И с 1 по М2. Предполагается, что выходы с 1 по М2 предна-
значены для свободного искания.
При поступлении вызова (В) на вход
КП по z-му входу управляющее уст-
ройство определяет состояние со-
единительных путей с участием всех
выходов от 1 до М2. Если есть хотя
бы один свободный путь, он занима-
ется и через КП устанавливается со-
единение. Если нет ни одного сво-
бодного пути, прекращается обслу-
живание вызова (вызов теряется)
или обслуживается с ожиданием.
Ожидание заканчивается, как толь-
ко появится хотя бы один свободный
соединительный путь. На рис. 2.14
показана граф-схема соединитель-
Рис. 2.13. Свободное искание
67
Рис. 2.14. Граф-схема сво-
бодного искания
ных путей при свободном искании в
двухзвенном коммутационном поле.
Предполагается, что для свободного
искания используется половина выходов
КП (16 выходов), причем в каждом со-
единителе звена В для этого выделена
половина выходов (4 выхода). Число дуг
между вершинами графа соответствует
числу линий между двумя соединителями
звеньев А и В, а каждая из 4-х вершин —
одному соединителю звена В. Из рисун-
ка видно, что в данном КП существует
16 соединительных путей (жирной лини-
ей показан один из возможных соедини-
тельных путей).
При групповом искании выходы КП
делятся на группы. В выходы каждой
группы включаются линии одного из на-
правлений связи, образующих пучок. На рис. 2.15 показан пример
деления выходов на А:направлений: Нр..НЛ, с количеством выходов
в каждом направлении V j.. Уk.
кп
Рис. 2.15. Групповое искание
Количество направлений
связи называется делимостью,
а количество линий в одном
н направлении — доступностью
1 коммутационного поля. При
поступлении вызова по /-му
входу управляющее устрой-
ство АТС по цифрам номера
н; вызываемого абонента опре-
деляет направление связи. За-
тем производится свободное
искание с участием тех выхо-
Нд дов КП, в которые включены
линии выбранного направле-
ния связи (на рис. 2.15 — на-
правление Ну). При наличии
хотя бы одного свободного со-
68
единительного пути, устанавливается соединение в требуемом на-
правлении связи (на рис. 2.15 — соединение с выходом S).
Линейное искание характеризуется тем, что обеспечивает соеди-
нение от одного из входов КП к одному фиксированному выходу
Этого КП. При поступлении вызова по любому /-му входу управля-
ющее устройство по цифрам номера вызываемого абонента нахо-
дит требуемый для соединения конкретный выход КП и ищет
свободный соединительный путь через КП от /-го входа к этому вы-
ходу. Если есть хотя бы один свободный соединительный путь, через
КП устанавливается соединение. Линейное искание наиболее ча-
сто используется при соединениях с линиями вызываемых абонен-
тов (в выходы КП включаются абонентские линии) и является час-
тным случаем группового искания, если при последнем в направле-
нии связи включена только одна линия.
В коммутационных станциях используются понятия: ступени ком-
мутации и искания.
Ступень коммутации характерна для современных АТС и пред-
ставляет собой коммутационное поле или его часть, в котором могут
иепальаоваться все способы искания.
В электромеханических станциях находят применение ступени
искания. Одна ступень объединяет в себе коммутационное поле и
управляющие устройства, реализующие один или два способа иска-
ния. В соответствии со способом искания существуют ступени: груп-
пового, линейного (декадно-шаговые АТС) искания. Ступени, обес-
печивающие только свободное искание, сохранились в декадно-ша-
говых АТС, где называются ступенями предварительного искания.
Ступень искания, объединяющая два способа искания: свободное и
линейное, получила название — ступень абонентского искания.
В коммутационных станциях находят применение два способа
поиска свободных соединительных путей. Первый состоит в обра-
зовании пробных (сигнальных) электрических цепей, в которых со-
стояние соединительного пути задается соответствующим электри-
ческим потенциалом. Управляющее устройство АТС с помощью
пробного устройства подключается к пробным цепям и по значению
потенциала определяет состояние элементов соответствующего соеди-
нительного пути. Такой способ нашел применение в электромехани-
ческих АТС. В каждом коммутационном приборе должен быть до-
полнительный контакт, входящий в пробную цепь. Такие контакты
69
могут входить в каждую точку коммутации или быть общими на
группу точек коммутации. Примером пробной цепи может служить
цепь удержания реле Р70 в матричном соединителе (см. рис. 2.4).
Из рисунка видно, что если выход 8 свободен (реле Р70...Р77 вы-
ключены), то в цепи пробы отсутствует потенциал. Когда выход 8
занимается (работает одно из реле Р70...Р77), то в цепь пробы из
ШК передается «+».
В АТС с микропроцессорным управлением или с управлением от
электронных управляющих машин используется программный спо-
соб поиска свободных соединительных путей. Он состоит в том, что
состояние элементов соединительных путей хранится в оперативной
памяти управляющего устройства. Когда УУ требуется найти свобод-
ный соединительный путь, оно обращается к оперативной памяти,
считывает данные о состоянии элементов соединительных путей и
по специальной профамме анализирует эти данные. В результате УУ
имеет информацию о свободных соединительных путях. В оператив-
ной памяти управляющего устройства записываются новые данные
при установлении нового соединения (элементы соединительного
пути отмечаются занятыми) и при разъединении (элементы соеди-
нительного пути отмечаются свободными).
Глава 3
ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
3.1. Принципы построения сетей с коммутацией каналов
Сети телефонной связи предназначены для предоставления або-
нентам услуг по передаче речи, а также других услуг: факсимиль-
ной связи, доступа к сети Интернет или другой сети передачи дан-
ных. Абоненты выступают в роли пользователей этих услуг.
Сеть с коммутацией каналов строится на основе АТС, в которые
включаются телефонные аппараты (ТА) абонентов (рис. 3.1). Теле-
фонный аппарат связан с АТС абонентской линией (АЛ). Между раз-
ными АТС образуются соединительные линии (СЛ). Одна СЛ пред-
назначена для организации одного разговора между абонентами. Со-
единения на сети устанавливают-
ся через одну или несколько АТС.
В процессе установления соеди-
нения вызывающий абонент на-
бирает номер вызываемого або-
нента. Номер состоит из десятич-
ных цифр, число которых зави-
сит от вида соединения: местное
или междугороднее, от размеров
сети. Совокупность используе-
мых номеров и правила их набо-
ра определяют систему нумерации
на сети. Цифры номера последо-
вательно во времени передаются
от телефонного аппарата к АТС,
а при необходимости, и между
Рис. 3.1. Элементы сети с коммута-
цией каналов
71
АТС. Кроме цифр номера между АТС передаются сигналы, несущие
информацию о прохождении соединения, к основным из которых
относятся: занятие СЛ, ответ абонента, отбой от абонента, разъеди-
нение. Могут передаваться и другие сигналы: абонент занят, абонент
недоступен, блокировка СЛ, запрос АОН (автоматического опреде-
ления номера и категории вызывающего номера) и другие. Набор
сигналов, способ их передачи и кодирования определяют систему
сигнализации.
Совокупность устройств на участке сети между оконечным обо-
рудованием пользователя и оборудованием АТС получило назва-
ние: абонентский доступ. В простейшем случае это может быть або-
нентская линия, образованная двухпроводной физической цепью
(см. рис. 3.1). На абонентском доступе также могут использоваться
каналы аналоговых и цифровых систем передачи первичной сети,
аппаратура цифровых абонентских линий xDSL, цифровые абонен-
тские линии ISDN, устройства радиодоступа.
Соединительные линии между АТС могут иметь разные способы
организации. Наиболее простой способ состоит в применении фи-
зических цепей. Для экономии кабеля, а также в случае длинных СЛ,
используются каналы аналоговых и цифровых систем передачи пер-
вичной сети.
АТС называется оконечной, если в нее включаются абонентские
линии и она на сети устанавливает соединения от своих абонентов к
абонентам других АТС (исходящие от АТС соединения) и соедине-
ния от абонентов других АТС к своим абонентам (входящие в АТС
соединения). В АТС могут включаться только соединительные ли-
нии и тогда она осуществляет транзитные соединения — соедине-
ния между СЛ разных пучков. Такая АТС называется транзитной.
На сети АТС может быть оконечно-транзитной, если выполняет око-
нечные и транзитные соединения.
Сети телефонной связи строятся с применением разных струк-
тур. На рис. 3.2 показаны наиболее часто встречаемые структуры:
полносвязная (рис. 3.2, о), звездообразная (рис. 3.2, б), узловая (ра-
диально-узловая) (рис. 3.2, в), линейная (рис. 3.2, г) и линейно-коль-
цевая (рис. 3.2, д). Сравним эти структуры с точки зрения живучести
и экономичности сети. Под живучестью будем понимать возмож-
ность устанавливать соединения между любой парой АТС при отка-
зе соединительных линий на одном звене сети (пучка соединитель-
72
a
б
ных линий). При этом может произойти снижение качества предо-
ставления услуг абонентам.
В сети с полносвязной структурой каждая АТС связана со всеми
АТС сети отдельными пучками соединительных линий. Это дает воз-
можность осуществить соединения между двумя парами АТС по раз-
ным маршрутам. Например, при соединениях между АТС1 и АТС4
73
будет использоваться наикратчайший прямой маршрут: АТС1—
АТС4, а также можно воспользоваться маршрутами с обходами:
АТС1—АТС2—АТС4, АТС1—АТСЗ—АТС4. При отказе пучка СЛ пря-
мого маршрута всегда можно использовать обходной маршрут. Та-
кая структура позволяет получить высокую живучесть сети. Однако
вследствие большого числа соединительных линий капитальные и
эксплуатационные расходы в этой структуре наиболее высоки. Пол-
носвязная структура чаще всего применяется на сетях, имеющих от-
носительно невысокую протяженность, например, внутри города или
железнодорожной станции.
В сети со звездообразной структурой все соединения между око-
нечными АТС проходят через одну транзитную АТС. Отказ пучка СЛ
приведет к тому, что прекратятся входящие и исходящие соедине-
ния с абонентами одной оконечной станции. Такая структура не обес-
печивает живучесть сети. Транзитная АТС должна иметь высокую на-
дежность, так как при ее неработоспособности будет нарушена связь
между всеми АТС. В экономическом плане эта сеть приводит к низ-
ким затратам. Звездообразная структура может применяться на се-
тях разной протяженности.
Узловая структура характеризуется наличием на сети множества
транзитных АТС, связанных между собой по полносвязной схеме.
В каждую транзитную АТС включаются оконечные АТС по звездо-
образной схеме. На уровне транзитных АТС живучесть обеспечива-
ется обходными соединениями. По экономическим показателям сеть
с узловой структурой находится между полносвязной и звездообраз-
ной сетями. Такая структура обычно свойственна протяженным се-
тям, например, сетям междугородной связи.
В сети с линейной структурой АТС соединяются между собой в
цепочку. Крайние в цепочке АТС являются оконечными, а осталь-
ные — оконечно-транзитными. Нетрудно заметить, что при отказе
одного пучка СЛ, без связи может остаться одна или несколько АТС
(см. рис. 3.2, г — одна или две АТС). Следовательно, на такой сети
живучесть не поддерживается.
Сеть с линейно-кольцевой структурой не имеет недостатка сети с
линейной структурой. Живучесть сети достигается образованием со-
единительных линий между крайними в цепочке АТС. В результате
АТС объединяются в кольцо и между любой парой АТС существуют
два маршрута соединений.
74
Сети с линейной и линейно-кольцевой структурами наиболее эко-
номичны, когда пункты сети вытянуты в одну линию, например,
вдоль железной или автомобильной дороги.
В зависимости от вида применяемых АТС, способов организации
соединительных линий сети телефонной связи бывают: аналоговые,
цифровые и цифро-аналоговые. На аналоговых сетях применяются
аналоговые АТС: электромеханические и квазиэлектронные. Соеди-
нительные линии также аналоговые — используются физические
цепи или каналы ТЧ. Каналы ТЧ могут быть образованы аналоговы-
ми или цифровыми системами передачи. На цифровых сетях все АТС
должны быть цифровыми и соединительные линии между АТС дол-
жны быть организованы цифровыми системами передачи. Одним из
видов цифровых сетей телефонной связи являются цифровые сети с
интеграцией обслуживания (ISDN). Особенность сети ISDN состо-
ит в том, что в ней применяются цифровые телефонные аппараты,
обеспечивающие передачу речевой информации от одного пользо-
вателя к другому в цифровом виде. В цифро-аналоговых сетях уста-
новлены как цифровые, так и аналоговые АТС. Соединительные
линии также могут быть цифровыми и аналоговыми. Цифро-анало-
говые сети надо рассматривать как сети, существующие в период
перехода от аналоговых к цифровым сетям.
Системы нумерации бывают открытые, закрытые и смешанные.
В открытой системе нумерации абонент, набирая цифры номера,
сам выбирает маршрут соединения с вызываемым абонентом.
В этом случае абоненту должны быть известны структура сети связи
и коды АТС, через которые проходит соединение. В зависимости от
мест нахождения абонентов, число набираемых цифр для вызова
одного и того же абонента может меняться. В настоящее время от-
крытая нумерация не находит практического применения на сетях
связи. Некоторое подобие открытой нумерации можно найти при
доступе к сервисам путем донабора номера. Таким примером может
быть обслуживание вызовов в Центре обработки вызовов (Call Center).
Абонент, набрав общий номер выхода на Центр, набирает в режиме
DTMF одну цифру, определяющую соответствующую службу. Напри-
мер, «1» — выход на пульт оператора междугородной связи, «2» —
установление междугородного соединения в автоматическом режи-
ме, «3» — получение справки по междугородным кодам, «4» — по-
лучение справки о состоянии счета абонента. Чтобы абонент мог
75
ориентироваться в выборе требуемой службы, от Центра абоненту
передается речевое меню.
В закрытой системе нумерации каждому абоненту сети присваи-
вается номер с одинаковым числом цифр (одинаковой длины). Из
пункта сети абонент вызывается набором одного и того же номера.
Маршрут соединения в сети выбирают коммутационные станции,
а не абонент. Закрытая нумерация нашла применение в пределах
одной сети или одной зоны нумерации сети. Например, закрытая
нумерация применяется внутри городской и сельской сетей, внут-
ри железнодорожного узла или станции, внутри зоны дорожной
сети ОбТС.
При установлении соединений между сетями или между зонами
одной сети используется смешанная нумерация. Примером может слу-
жить сеть междугородной связи, состоящая из множества зон. При
междугороднем соединении абонент вначале набирает индекс вы-
хода на сеть междугородной связи, затем код зоны, а потом местный
(внутризоновый) номер вызываемого абонента.
Виды систем сигнализации. В сетях связи действуют абонентская
и межстанционная системы сигнализации. Абонентская сигнализа-
ция обеспечивает взаимодействие оконечных устройств пользовате-
лей и АТС. Межстанционная сигнализация служит для обмена ин-
формацией между АТС сети. На аналоговых и цифровых сетях ис-
пользуются разные системы сигнализации. На аналоговых сетях на-
ходят применение системы сигнализации с передачей сигналов по
разговорным трактам и по выделенным каналам.
Передача сигналов по разговорным трактам. По разговорным трак-
там сигналы могут передаваться постоянным или переменным током.
При использовании постоянного тока сигналы передаются по
разговорным проводам, а также по специально выделенным для
сигнализации проводам. Примерами таких систем сигнализации
являются: сигнализация по двухпроводным аналоговым абонент-
ским линиям и трехпроводная сигнализация по СЛ. В первом слу-
чае используются только разговорные провода, во втором — разго-
ворные провода и сигнальный провод с. Кодирование сигналов со-
стоит в подаче или снятии положительного или отрицательного на-
пряжения с соответствующего провода СЛ, а в АЛ — замыкание
или размыкание шлейфа АЛ в телефонном аппарате. Например, в
случае трехпроводной сигнализации по СЛ сигнал занятия СЛ
76
передается подачей «+60 В» на провод с, а сигнал разъединения —
снятием «+60 В» с этого провода. Серьезным недостатком переда-
чи сигналов постоянным током является невозможность исполь-
зовать в качестве СЛ или АЛ каналы ТЧ.
Способ передачи сигналов переменным током по разговорным
трактам может применяться как на физических цепях, так и на ка-
налах ТЧ. В основном находят применение одночастотные и много-
частотные системы сигнализации. В одночастотной сигнализации
сигналы кодируются по длительности, а в многочастотной — каж-
дый сигнал передается комбинацией из двух разных частот.
Передача сигналов по выделенным каналам. Выделенные сигналь-
ные каналы (ВСК) образуются вне разговорных трактов. Один или
несколько сигнальных каналов закрепляются за каждой СЛ. Если
для организации СЛ используется система передачи с частотным раз-
делением каналов, в ней для каждого канала ТЧ организуется один
двусторонний выделенный сигнальный канал вне полосы передачи
речи на частоте 3880 (3800) Гц. Если аналоговые СЛ организуются с
помощью цифровых систем передачи, то за каждой СЛ закрепляются
по два сигнальных канала. Например, на цифровом канале Е1 мож-
но организовать 30 СЛ (канальные интервалы 1...15 и 17...31), для
крдорых в16-м канальном интервале методом вторичного мульти-
плексирования образованы 30 пар выделенных сигнальных каналов.
На цифровых сетях применяются системы сигнализации по обще-
му каналу. Общий канал сигнализации (ОКС) является средой пере-
дачи сигнальных сообщений между АТС сети. При использовании
канала Е1 для ОКС выделяется 16-й канальный интервал (КИ-16) или
любой другой КИ, кроме КИ-0. Понятие общий канал означает, что по
нему передаются сигнальные сообщения, служащие для установле-
ния соединений по всем СЛ соответствующего пучка. В пучке может
быть до тысячи СЛ. Сигнализация по ОКС организуется между АТС,
а также на абонентском доступе. Среди межстанционных систем сиг-
нализации наибольшее применение находят: ОКС№ 7 и QSIG, а на
абонентском доступе: DSS1, EDSS1, V5.1 и V5.2.
3.2. Виды сетей по назначению и территории действия
Все сети телефонной связи на территории РФ входят в состав Еди-
ной сети электросвязи Российской Федерации, которая состоит из
сети общего пользования, выделенных и технологических сетей и
77
сетей связи специального назначения. С другой стороны сети теле-
фонной связи можно разделить на сети фиксированной и мобиль-
ной связи.
В сетях фиксированной связи местоположение оконечных або-
нентских устройств жестко закреплено и определяется местом уста-
новки телефонного или факсимильного аппарата, базы бесшнуро-
вого телефонного аппарата. При использовании бесшнурового те-
лефонного аппарата абонент может перемещаться с переносимой
трубкой в радиусе 50—200 м от базы.
В сетях мобильной связи у абонента есть только переносимая труб-
ка и он может перемещаться в пределах одной сети (системы) мо-
бильной связи, размер которой может составлять десятки и сотни
квадратных километров. Если абонент мобильной связи пользуется
услугой роуминга, то он может получить услугу телефонной связи во
многих сетях мобильной связи как внутри своего государства, так и
за рубежом.
Сеть связи общего пользования предназначена для возмездного
оказания услуг электросвязи любому пользователю услугами связи
на территории Российской Федерации и включает в себя сети фик-
сированной и мобильной связи. Таким образом, сеть связи общего
пользования объединяет в себе множество отдельных сетей, относя-
щихся к разным операторам связи (оператор связи — юридическое
лицо или индивидуальный предприниматель, оказывающий услуги
связи на основании соответствующей лицензии). Отдельная сеть
может охватывать территорию, имеющую единую границу, или мо-
жет быть распределена по нескольким территориям, каждая со сво-
ей границей. В первом случае говорят, что сеть географически опре-
делена, а во втором — географически не определена. Обычно к гео-
графически определенным относятся фиксированные сети, а сети
мобильной связи могут быть географически не определены. К гео-
графически неопределенной может относиться технологическая сеть,
если она расположена на нескольких территориях и имеет единствен-
ную точку присоединения к сети общего пользования.
Сеть связи общего пользования имеет присоединение к сетям
связи общего пользования иностранных государств.
Выделенными сетями связи являются сети электросвязи, пред-
назначенные для возмездного оказания услуг электросвязи ограни-
ченному кругу пользователей или группам таких пользователей.
78
Выделенные сети связи могут взаимодействовать между собой. Вы-
деленные сети связи не имеют присоединения к сети связи общего
пользования, а также к сетям связи общего пользования иностран-
ных государств. Технологии и средства связи, применяемые для орга-
низации выделенных сетей связи, а также принципы их построения
устанавливаются администрацией таких сетей.
Технологические сети связи предназначены для обеспечения про-
изводственной деятельности организаций, управления технологи-
ческими процессами в производстве. Технологии и средства связи,
применяемые для создания технологических сетей связи, а также
принципы их построения устанавливаются администрацией этих
сетей. Технологическая сеть может быть присоединена к сети обще-
го пользования, и тогда часть абонентов или все абоненты техноло-
гической сети становятся пользователями сети общего пользования.
Средства связи технологической сети, предназначенные для оказа-
ния услуг сети общего пользования, должны быть физически или
программно отделены от средств связи, обеспечивающих техноло-
гию соответствующего производства (средства технологической свя-
зи). В частности на технологической сети применяется раздельная
нумерация для абонентов технологической связи и сети общего
пользования. Технологические сети связи Российской Федерации
могут быть присоединены к технологическим сетям связи иностран-
ных государств.
Технологическая сеть связи может охватывать разные территории:
от территории одного предприятия (учреждения, организации) до
значительной части территории России. Одной из самых крупных
технологических сетей связи является сеть связи ОАО «РЖД».
Сети связи специального назначения предназначены для нужд
государственного управления, обороны страны, безопасности госу-
дарства и обеспечения правопорядка. Эти сети не могут использо-
ваться для возмездного оказания услуг связи, если иное не преду-
смотрено законодательством Российской Федерации.
В зависимости от территории предоставления услуг телефонной
связи сети подразделяются на местные, внутризоновые и междуго-
родные сети связи. Такие сети образуются на сети общего пользова-
ния, а также — в крупных технологических сетях связи. Местная те-
лефонная сеть, как часть сети общего пользования, представляет
собой совокупность коммутационных станций, линий и оконечных
79
абонентских устройств, предназначенных для предоставления услуг
телефонной связи внутри населенного пункта: города, села, муни-
ципального образования. На технологической сети ОАО «РЖД» ме-
стная телефонная сеть организуется внутри железнодорожной стан-
ции или узла. Внутризоновая сеть обеспечивает взаимосвязь мест-
ных сетей внутри одной зоны нумерации и их выход на междугород-
ную и международную сети связи.
Междугородная телефонная сеть, как часть телефонной сети об-
щего пользования, представляет собой совокупность междугородных
телефонных станций, расположенных в различных зонах нумерации,
телефонных узлов автоматической коммутации и каналов электро-
связи, соединяющих их между собой. На междугородной сети уста-
навливаются соединения между абонентами разных внутризоновых
(зоновых) сетей. Каждая зона нумерации, упомянутая для внутри-
зоновой и междугородной сетей общего пользования, имеет код ну-
мерации АВС (географически определенная сеть) или DEF (геогра-
фически неопределенная сеть). Внутризоновые и междугородная
сети строятся также на сетях ОбТС железных дорог (см. главу 8).
3.3. Системы межстанционной сигнализации
на аналоговых и цифро-аналоговых сетях связи
Принципы взаимодействия АТС и виды систем сигнализации. Сис-
темы межстанционной сигнализации предназначены для организа-
ции взаимодействия телефонных станций в процессе функциони-
рования автоматически коммутируемой телефонной сети. Основная
задача этого взаимодействия — передача информации об устанавли-
ваемых соединениях при обслуживании вызовов. АТС обменивают-
ся сигналами, характеризующими изменение состояний каналов
связи (занятие, посылка вызова, освобождение и т.п.) и передают
номера абонентов, участвующих в соединениях. Поскольку на ана-
логовых сетях преимущественно применяются АТС электромехани-
ческой системы, управляющие устройства которых не могут испол-
нять сложные алгоритмы, системы сигнализации на этих сетях обес-
печивали передачу небольшого количества сигналов, необходимых
только для установления соединения между двумя абонентскими
линиями. Лишь с появлением цифровых АТС, оснащенных про-
граммным управлением, функции систем сигнализации были рас-
ширены.
80
Различают два класса систем сигнализации: сигнализация по инди-
видуальному каналу (channel-associated signalling, CAS) и сигнализа-
ция по общему каналу (common channel signalling, CCS). При сигна-
лизации по индивидуальному каналу сигнальная информация
передается либо в разговорном тракте того канала, к которому она
относится, либо в выделенном сигнальном канале, постоянно зак-
репленным за этим каналом. Сигнализация по общему каналу обеспе-
чивает передачу сигнальных сообщений, относящихся к разным ка-
налам пучка, по одному, общему для каналов этого пучка, выделен-
ному сигнальному каналу.
На аналоговых телефонных сетях нашли применение только си-
стемы сигнализации по индивидуальному каналу, как наиболее про-
стые в реализации. Сигналы межстанционного взаимодействия в
таких системах разделяют на две группы: группу линейных и группу
управляющих (или регистровых) сигналов.
Линейные сигналы отмечают смену состояний каналов и линий
связи. Они передаются между линейными комплектами встречных
станций. Линейные сигналы формируются на всех этапах обслужи-
вания Вызова — от занятия до разъединения. На местных аналого-
вых сегяхвзаимодействие АТС обеспечивается следующими линей-
ными сигналами:
• контроль исходного состояния;
• блокировка;
• занятие;
• подтверждение занятия;
• ответ или запрос АОН;
• снятие запроса АОН;
• отбой вызывающего абонента (А);
• отбой вызываемого абонента (Б);
• разъединение.
Сигнал контроля исходного состояния извещает встречную АТС
о том, что приборы станции готовы к обслуживанию вызова по дан-
ной СЛ. В случаях, когда по той или иной причине (например, из-за
неисправности линии) требуется исключить соединительную линию
из процесса обслуживания вызовов, с встречной АТС вместо конт-
роля исходного состояния передастся сигнал блокировки. Способ
кодирования сигнала блокировки выбирается таким, чтобы при по-
вреждениях линейного или станционного оборудования происходи-
81
ло автоматическое формирование этого сигнала. Например, в сис-
темах сигнализации по трехпроводным физическим СЛ сигнал бло-
кировки представляет собой снятие потенциала с провода с, так что
при обрыве линии попытки установления соединений по ней совер-
шаться не будут.
Сигнал занятия предназначен для передачи сообщения о начале
установления соединения. Встречная сторона, получив сигнал заня-
тия, должна подготовиться к приему цифр номера и подтвердить
свою готовность сигналом подтверждения занятия. Далее, после пе-
редачи номера вызываемого абонента устанавливается соединение
и ожидается ответ абонента. АТС со стороны вызываемого абонента
может до ответа запросить информацию автоматического определе-
ния номера и категории вызывающего абонента (АОН). Линейные
сигналы ответа вызываемого абонента и запроса АОН совпадают,
однако для запроса АОН по разговорному тракту передается допол-
нительный сигнал тональной частоты.
После окончания разговора формируются линейные сигналы от-
боя вызывающего (А) и вызываемого (Б) абонентов. СЛ освобожда-
ется после передачи со стороны абонента А линейного сигнала разъе-
динения. Сигнал разъединения может передаваться на любом этапе
обслуживания вызова, если вызывающий абонент даст спбой, не дож-
давшись окончания установления соединения.
Линейный сигнал отбоя абонента А используется не всегда. Он
необходим для режима двустороннего отбоя, при котором соеди-
нение нарушается только после того, как вызываемый абонент по-
ложит трубку. Режим двустороннего отбоя необходим для поиска
источника злонамеренного вызова: электромеханик определяет
номер вызывающего абонента на АТС электромеханической сис-
темы по состоянию коммутационных приборов, участвовавших в
соединении. В обычном режиме (режиме одностороннего отбоя)
отбой вызывающего абонента приводит к формированию линей-
ного сигнала разъединения. Это же происходит при отбое вызван-
ного абонента.
На междугородной телефонной сети общего пользования к уже
перечисленным линейным сигналам добавляются следующие:
• абонент свободен;
• абонент занят;
• вызов/сброс.
82
Первые два из них предназначены для уведомления вызывающей
стороны о состоянии абонента Б. Сигнал вызова/сброса позволяет те-
лефонистке междугородного коммутатора вручную управлять посыл-
кой вызова и сбрасывать местное соединение, если вызываемый або-
нент в момент поступления междугородного вызова находился в состо-
янии разговора с другим абонентом той же местной телефонной сети.
Эти специфические сигналы используются на междугородных каналах
и соединительных линиях, связывающих АМТС телефонной сети об-
щего пользования с местными АТС, в том числе с железнодорожными.
Система сигнализации на междугородных каналах ОбТС содер-
жит набор сигналов, соответствующий сигнализации на местных
сетях связи, и не содержит линейных сигналов свободности, заня-
тости абонента и вызова/сброса.
Управляющие сигналы несут информацию, необходимую для оп-
ределения пути установления соединения. Это прежде всего цифры
номера вызываемого абонента. Кроме того, управляющие сигналы
могут обеспечивать передачу других сведений, не связанных с выбо-
ром направления соединения, таких, как категории вызовов и но-
мера вызывающего абонента.
На рис. 3.3 представлен пример взаимодействия двух АТС при
установлении соединения на местной аналоговой телефонной сети.
Необходимо отметить, что при использовании сигнализации по ин-
дивидуальному каналу, после трансляции цифр номера встречная
станция (АТС Б) не передает в обратном направлении никаких ли-
нейных сигналов до ответа абонента Б. Вызывающий абонент узнает
о том, что вызываемый абонент свободен, прослушивая акустический
сигнал «контроль посылки вызова» — КП В, переданный с АТС Б.
Способ передачи линейных и управляющих сигналов по линиям
связи на аналоговой сети, а также при сопряжении аналоговых сетей с
цифровыми, определяется сигнальным кодом. Сигнальный код зависит
от типа соединительной линии или канала связи. По физическим СЛ
сигналы могут передаваться постоянным током, источником которого
является станционная батарея АТС. Очевидно, что постоянный ток не
пригоден для передачи сигналов в каналах ТЧ, образованных аналого-
выми и цифровыми системами передачи. В каналообразующей аппа-
ратуре некоторых типов для этого предусмотрен ы так называемые вы-
деленные сигнальные каналы (ВСК). Для организации выделенного
сигнального канала в аналоговых системах передачи обычно использу-
83
Рис. 3.3. Установление соединения на местной аналоговой телефонной
сети
ется частота 3825 Гц. В приемном тракте каналообразующей аппарату-
ры сигнальная частота выделяется узкополосным фильтром и поступа-
ет в приемник ВСК, который формирует линейный сигнал постоянно-
го тока для оборудования АТС. Большая часть аналоговых систем пере-
дачи, используемых на сетях ОбТС железнодорожного транспорта, не
имеет выделенных сигнальных каналов. В системах без ВСК линейные
и управляющие сигналы передаются переменным током тональных
частот—2100 или 2600 Гц в разговорном тракте.
На российских аналоговых телефонных сетях используются раз-
нообразные сигнальные коды, большинство из которых не соответ-
84
ствуют международным стандартам. Сопряжение участков сетей с
разными системами сигнализации порой представляет собой очень
трудную задачу. К счастью, для аналоговых участков сети ОбТС РЖД
характерно преимущественное использование двух сигнальных ко-
дов. На местных сетях, построенных из двух и более АТС, обычно
применялось коммутационное оборудование декадно-шаговой и
координатной систем, рассчитанное на построение станций сред-
ней емкости. Взаимодействие таких станций наилучшим образом
обеспечивалось посредством трехпроводных соединительных линий,
для которых существует только один сигнальный код. Другой сиг-
нальный код применяется на аналоговой междугородной телефон-
ной сети железных дорог. Этот код и аппаратура для его реализации
были специально разработаны для железнодорожного транспорта и
не встречаются ни на каких других отечественных сетях.
С появлением первых цифровых систем передачи ИКМ-30 и
ИКМ-120 для межстанционной сигнализации стало возможным ис-
пользовать два выделенных сигнальных канала. К сожалению, оте-
чественные сети не пошли по пути внедрения международной сиг-
нализации R2, обеспечивавшей двустороннее использование соеди-
нительных линий. В Советском Союзе был разработан свой, «нацио-
нальный», протокол сигнализации по двум ВСК (2ВСК), фактически
копировавший алгоритмы взаимодействия по трехпроводным СЛ. По-
скольку цифровые системы передачи начали устанавливать на сети, со-
стоящей из декадно-шаговых и координатных АТС, на стыках канало-
образующей аппаратуры с телефонными станциями сигнализация по
двум выделенным сигнальным каналам преобразовывалась специаль-
ными согласующими комплектами в сигнализацию трехпроводных со-
единительных линий. Сигнализация «2ВСК» используется и поныне
для стыковки цифрового коммутационного оборудования с аналого-
вым, но постепенно вытесняется общеканальной сигнализацией.
Сигнальный код для трехпроводных СЛ. Трехпроводные соедини-
тельные линии начали использоваться для организации межстанци-
онной связи с появлением на сетях оборудования декадно-шаговой
системы. Способ передачи сигналов, применяющийся внутри декад-
но-шаговых АТС для сопряжения ступеней искания, был использован
и на соединительных линиях. В появившихся позже координатных
АТС для совместимости со старым оборудованием также пред-
усматривались комплекты реле трехпроводных соединительных ли-
85
ний. Поскольку соединительных линий было построено довольно
много, то и станции всех последующих типов вынуждены были под-
держивать эту систему сигнализации. В настоящее время на сети
осталось мало декадно-шаговых станций, но старый сигнальный код
продолжает использоваться. Отказаться от него удастся только после
завершения перехода на цифровые системы передачи и коммутации.
Передача линейных и управляющих сигналов по трехпровод-
ным соединительным линиям осуществляется постоянным током,
передаваемым от центральной батареи АТС с напряжением —60 В.
При подаче потенциала на один из проводов СЛ для замыкания
электрической цепи в качестве обратного провода используется
«земля». Это можно отнести к недостаткам способа, так как даже
нормативами допускается наличие разности потенциалов между
заземлениями двух АТС до 8 В. При плохом заземлении сигнали-
зация может работать неустойчиво.
Как следует из ее названия, соединительная линия состоит из трех
проводов — а, b и с. По проводам а и b передаются линейные, управ-
ляющие сигналы и разговорные токи. Провод с предназначен толь-
ко для передачи линейных сигналов. Каждому линейному сигналу
соответствует определенная комбинация потенциалов на проводах
СЛ. При этом имеет значение не только передаваемая полярность,
но и величина сопротивления, последовательно включенного в про-
вод. Схема, приведенная на рис. 3.4, иллюстрирует способ передачи
сигналов по трехпроводной СЛ. Сигнал занятия линии передается с
АТС А путем подачи положительного потенциала на провод с кон-
тактом 1. Прием этого сигнала регистрируется на АТС Б срабатыва-
нием реле О. При передаче номера вызываемого абонента декадным
способом пульсируют контакты 2, и на АТС Б работает реле И.
Рис. 3.4. Передача сигналов по трехпроводной СЛ
86
Каждая трехпроводная соединительная линия обеспечивает ус-
тановление соединений только в одном направлении. Поэтому два
ее окончания называют исходящей и входящей сторонами. Исходя-
щая сторона соответствует местоположению вызывающего, а входя-
щая — вызываемого абонента. Для организации двусторонней связи
между АТС организуются два пучка трехпроводных линий.
Сигнальный код для междугородных каналов сети ОбТС. Сигналь-
ный код д ля междугородных каналов ОбТС предусматривает пере-
дачу линейных и управляющих сигналов импульсами тональной ча-
стоты. Особенность этого способа заключается в том, что, во-пер-
вых, недопустимо передавать в канал какие-либо тональные сигна-
лы с момента ответа вызываемого абонента до отбоя, так как они
будут мешать разговору, во-вторых, необходимо обеспечить защиту
приемника сигналов от разговорных токов, так как в разговорных
токах могут возникать составляющие, совпадающие по частоте с сиг-
налами взаимодействия АТС.
Для выполнения указанных требований используется кодирова-
ние сигналов длительностью передаваемых импульсов. Короткие
импульсы, несущие сигнальную информацию, не требуют занятия
разговорного тракта на длительное время и не создают помех або-
нентам. Предотвращение ложных срабатываний приемников линей-
ных и управляющих сигналов от разговорных токов осуществляется
методом частотной защиты. При этом сигнальная частота выбира-
ется в верхней части тонального спектра, где мощность составляю-
щих разговорных сигналов минимальна. Средства частотной защи-
ты основаны на использовании того факта, что в речевом сигнале
преобладают составляющие до 1000 Гц. Если в разговорном тракте
обнаружится частотная составляющая, совпадающая с сигнальной
частотой, но вместе с ней будут передаваться составляющие с часто-
тами из диапазона приблизительно от 300 до 1000 Гц, то приемник
линейных и управляющих сигналов не сработает.
Первоначально для междугородной системы сигнализации была
выбрана частота 2100 Гц. Однако Международный союз электросвя-
зи рекомендовал использовать эту частоту в сигналах выключения
эхозаградителей, которые защищают разговорные сигналы от помех,
вызванных явлением электрического эха в каналах большой протя-
женности. Эхозаградители должны выключаться при использовании
телефонного канала для передачи данных, поэтому составляющая с
87
частотой 2100 Гц содержится в сигналах автоматического ответа мо-
демов и факсимильных аппаратов. Противоречие было разрешено в
1990-е гг., когда магистральные и дорожные междугородные каналы
были переведены на сигнальную частоту 2600 Гц.
Сигнальный код для междугородных каналов телефонной сети ОбТС
приведен в табл. 3.1. Он обеспечивает установление соединений в двух
направлениях, поэтому нет необходимости созд авать отдельные пучки
каналов для исходящих и входящих соединений. В таблице указаны
нормативные значения д лительностей сигналов, формируемых пере-
дающей стороной и регистрируемых принимающей. При передаче по
каналам, образованным аналоговыми системами передачи возможно
возникновение искажений фронтов и срезов импульсов, поэтому диа-
пазон значений длительностей для приемников несколько шире.
Основная особенность рассматриваемого кода заключается в от-
сутствии сигнала разъединения. Освобождение канала происходит
по сигналу отбоя независимо от того, с какой стороны он посылает-
ся: со стороны абонента А или Б.
Необходимо обратить внимание на то, что сигналы контроля ис-
ходного состояния и блокировки были введены в этот код не сразу.
Первые модели комплектов междугородной связи (комплекты ДАТС—
дальней автоматической телефонной связи), построенные с исполь-
зованием электромагнитных реле, работали без этих сигналов, что
нередко привод ило к возникновению состояний безотбойности, ког-
да на одной из сторон канала приборы АТС не приходили в исход-
ное состояние после окончания обслуживания вызова.
Сигнализация по двум выделенным сигнальным каналам. Сигналь-
ный код для двух выделенных сигнальных каналов (2ВСК) преиму-
щественно используется на участках, содержащих стыки аналогово-
го и цифрового оборудования. В отдельных случаях он применяется
также для организации взаимодействия цифровых АТС между собой,
когда по тем или иным причинам не удается использовать сигнали-
зацию по общему каналу.
Информация выделенных сигнальных каналов передается в 16-м
канальном интервале цифрового потока 2048 кбит/с. Поскольку для
передачи речи в потоке выделяется 30 канальных интервалов (КИ) и
для каждого из них необход имо организовать по 2 ВСК, организова-
на сверхцикловая структура. Как показано на рис. 3.5, свсрхцикл
содержит шестнадцать циклов: Ц0...Ц15. В каждом цикле канальный
88
Таблица 3.1
Параметры тонального сигнала £ С 2 « 1 II +1 1 I = О 8 Мр § “ -
Длительность посылки, мс So S о +1 g ч § « +1 Ч" О ОО О к Ч- — ГЛ CN СП В —« ё ё ёй
Передаваемого Длительность интервала, мс +| +| & &+1 й & i 5 ж +| +| о о&ЁНвёй&оЯ ° s s — S
II S гм vn m m < гм •Н -Н 44 +1 +1 +1 Р 8 й . S § 3
Направление передачи из И РЗ $ Т Т lit < < <
Вад сигналов Контроль исходного состояния Занятие Номер вызываемого абонента Ответ Отбой Блокировка
89
16r 125 мкс =2мс
I I
I I
I I
l l
I I
l I
Рис. 3.5. Образование выделенных сигнальных каналов в канале Е1
90
интервал О (КИО) предназначен для цикловой синхронизации, ка-
нальные интервалы с 1 по 15 и с 17 по 31 — для передачи речи, а ка-
нальный интервал 16 — для сверхцикловой синхронизации и сигна-
лизации. В нулевом цикле сверхцикла в КИ16 передается сверхцик-
ловой синхросигнал, представляющий собой комбинацию «0000»
в младших четырех разрядах. В циклах с 1 по 15 восемь бит каждого
шестнадцатого канального интервала разделены на 2 тетрады (груп-
пы по 4 бита — a, b, с, d). Биты а и b несут информацию выделенных
сигнальных каналов, а битам с и d обычно присваиваются значения
соответственно 0 и 1, для того чтобы можно было отличить комби-
нацию, содержащую ВСК, от сверхциклового синхросигнала. Сиг-
нальная информация передается внутри сверхцикла в следующем по-
рядке: КИ16 первого цикла содержит по два выделенных сигналь-
ных канала для разговорных каналов КИ1 и КИ17, во втором цикле
в КИ16 находятся по 2 ВСК для КИ2 и КИ18 и так далее. В послед-
нем цикле (Ц15) располагаются ВСК для КИ15 и КИ31.
Каждому линейному сигналу кода 2ВСК соответствует опреде-
ленная комбинация бит соответствующих сигнальных каналов
(табл. 3.2). Так как рассматриваемая сигнализация обеспечивает
лишь одностороннее использование каналов, в таблице указано
направление передачи всех сигналов, включая сигнал «контроль исход-
ного состояния». Сторона вызывающего абонента—исход ящая—обо-
значена символом «А», сторона вызываемого — входящая — сим-
волом «Б». В строке, описывающей сигнал «разъединение», сим-
волы «X» означают произвольное состояние ВСК входящей сторо-
ны. Причина этого заключается в возможности передачи сигнала
«разъединение» как до, так и после ответа и отбоя абонента Б.
Таблица 3.2
Наименование сигнала Направ- ление передачи А->Б А<-Б
1ВСК 2 ВСК 1ВСК 2 ВСК
Контроль исходного состояния А<-Б 1 1 0 1
Занятие А->Б 1 0 0 1
Подтверждение занятия А<— Б 1 0 1 1
Набор номера декадный А->Б 0 0 1 1
Ответ Б (Запрос АОН) А<— Ь 1 0 1 0
Отбой Б А<—Б 1 0 0 0
Отбой А А—>Б 0 0 1 0
Разъединение А—>Б 1 1 X X
Блокировка А<-Б 1 1 1 1
91
Приведенный в табл. 3.2 линейный код предназначен для исполь-
зования на соединительных линиях местных сетей связи. Для меж-
дугородных линий существует свой код, содержащий сигналы «або-
нент свободен», «абонент занят», «вызов» и «сброс».
Способы передачи управляющих сигналов. На сети ОбТС при исполь-
зовании сигнализации по индивидуальному каналу применяются два
способа передачи управляющих сигналов: декадный и многочастотный.
При декадном код ировании номер вызываемого абонента пере-
дается в виде последовательности серий импульсов, разделенных
межсерийными интервалами. Количество импульсов в каждой се-
рии соответствует одной цифре номера.
Декадный код применяется как на местных, так и на междугород-
ных сетях. Телефонный аппарат, подключенный к аналоговой абонен-
тской линии, формирует импульсы набора номера путем размыкания
шлейфа. В интервалах между импульсами, а также в межсерийном
интервале, который разделяет серии импульсов, соответствующие
передаваемым цифрам, шлейф замыкается. При трансляции номера
декадным способом по трехпроводным линиям, во время импульса
к проводам а и b подключается станционная батарея, как показано
на рис. 3.4. В междугородных каналах аналоговых систем передачи
декадные импульсы представляют собой посылки переменного тока
тональной частоты 2100 Гц или 2600 Гц. При взаимодействии АТС по-
средством цифровых систем передачи с использованием сигнализации
2ВСК импульс декадного кода представляет собой передачу логического
«0» в первом выделенном сигнальном канале, как указано в табл. 3.2.
Требования, предъявляемые к устройствам формирования импуль-
сов декадного кода, зависят от того, были ли цифры номера приняты
от абонента и сохранены в запоминающих устройствах системы уп-
равления АТС, или же станция непосредственно транслирует импуль-
сы, поступающие от номеронабирателя телефонного аппарата. В пер-
вом случае на значения длительностей импульсов накладываются
более жесткие ограничения. Приемники декадного кода должны обес-
печивать распознавание импульсов независимо от способа их форми-
рования, поэтому для них заданы широкие диапазоны значений
длительностей импульсов и интервалов. Эти особенности отражены
в табл. 3.3, где даны нормативные значения параметров декадного кода
для передатчиков и приемников управляющих сигналов. При этом для
соединительных линий и междугородных каналов параметры пере-
92
дающей стороны указаны при условии, что номер, набранный вы-
зывающим абонентом, сохранен в управляющем устройстве АТС.
В таблице использованы следующие обозначения:
4, — длительность импульса;
4НТ — длительность интервала между импульсами в серии;
4с — длительность межсерийного интервала.
Таблица 3.3
Видлинии Параметры импульсов на выходе передатчика Параметры импульсов на входе приемника
tw мс 41НТ’ МС 4лС’ мс 4рМС 4шт>мс 4ис’ МС
Аналоговая абонентская линия 53-69 33-46 2(4i + 4шт) 46—88 28-58 > 150
Соединительная линия или между- городный канал 5О±3 50±3 650 ±25 28-105 28-85 >400
Передача номера декадным кодом занимает довольно большое
время. Из-за этого абонентам приходится долго ожидать установле-
ния соединений, а линии и каналы связи используются непроизво-
дительно. Существенно лучшими характеристиками в этом смысле
обладает многочастотный способ передачи управляющих сигналов.
Для передачи номера вызываемого абонента по аналоговым со-
единительным линиям применяется многочастотный код «2 из 8»
(DTMF), описанный ранее. По соединительным линиям и между-
городным каналам номер может передаваться многочастотным ко-
дом «2 из 6». Этим кодом определены 6 тональных частот:
f0= 700 Гц,/; = 900 Гц,/2= 1100 Гц,Д = 1300 Гц,^= 1500 Гц,/} , = 1700 Гц.
Каждый управляющий сигнал — цифра номера или команда — пере-
дается импульсом тока, содержащим две частотные составляющие
из набора/о.../] j. Существуют 3 способа передачи сигналов много-
частотным способом: импульсный челнок, импульсный пакет и бе-
зынтервальный пакет.
Способ импульсный челнок применяется для передачи номера
вызывающего абонента по соединительным линиям местных сетей,
а также для обмена информацией между регистрами и маркерами
в координатных АТС некоторых типов (в АТСК-У, в некоторых
координатных УАК железнодорожной телефонной сети и др.). При
93
Цифры номера
вызываемого
абонента
Подтверждение
приема
сигнала
Рис. 3.6. Передача сигналов способом «импульсный челнок»
этом способе (рис. 3.6) сторона абонента Б импульсами многочас-
тотного кода последовательно запрашивает цифры номера, причем
при поступлении соответствующих запросов каждая цифра может
передаваться по линии несколько раз. По окончании передачи но-
мера посылается сигнал, информирующий о состоянии вызываемо-
го абонента, прием которого также под тверждается многочастотным
сигналом. Если какую-либо комбинацию не удается распознать, то
запрашивается повторная передача. Способ кодирования управля-
ющих сигналов комбинациями частот приведен в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Номер сигнала Частоты Сигнал
Направление А->Б Направление А«-Б
1 Л>/1 Цифра 1 Запрос первой цифры номера вызыва- емого абонента частотным кодом
2 Ml Цифра 2 Запрос следующей цифры частотным кодом
3 Ml Цифра 3 Запрос ранее переданной цифры частотным кодом
94
Окончание табл. 3.4
Номер сигнала Частоты Сигнал
Направление А->Б Направление А<—Б
4 Цифра 4 Вызываемый абонент свободен
5 /ь/4 Цифра 5 Вызываемый абонент занят
6 /2-/4 Цифра 6 Запрос ранее переданной цифры, принятой с искажением (запрос повтора)
7 м Цифра 7 Сигнал перегрузки (отсутствие свободных путей)
8 ы Цифра 8 Запрос передачи всего номера (начи- ная с первой цифры) декадным кодом
9 fl’fl Цифра 9 Запрос передачи следующей и затем остальных цифр номера вызываемо- го абонента декадным кодом
10 Цифра 0 Запрос повторения ранее передан- ной и затем остальных цифр номера вызываемого абонег гга декадным кодом
11 Ж/ii* Резерв Резерв
12 Подтверждение ПрйеМа Сигнала Резерв
13 4’Ai' Запрос повторения ранее переданного сигнала, принятого с искажением Резерв
14 Резерв Резерв
15 ЛЛ1 Резерв Отсутствие приема информации
Длительность передаваемого импульса должна находиться в пре-
делах 45 ± 5 мс. Передача начинается через 60—90 мс после оконча-
ния встречного сигнала. Время распознавания комбинации много-
частотного кода приемником составляет 20—30 мс.
Импульсный челнок предполагает, что на АТС со стороны вызы-
ваемого абонента известно общее число цифр в набранном номере.
Это условие практически всегда соблюдается на местных сетях, од-
нако при междугородной и международной связи коммутационное
оборудование в пунктах транзита должно принимать и передавать
95
А —Б
Цифры номера
вызываемого
Категория
и цифры номера
Конец
АБ
Запрос
импульсного
пакета
Подтверждение
приема
пакета
Рис. 3.7. Передача сигналов способом «импульсный пакет»
произвольное число цифр. Для таких случаев существует другой спо-
соб многочастотной сигнализации — импульсный пакет.
При сигнализации способом импульсный пакет со стороны вы-
зываемого абонента однократно передается запрос комбинацией
частот/о, после чего начинается передача цифр в виде пакета им-
пульсов многочастотного кода, разделенных интервалами (рис. 3.7).
Внутри пакета сначала располагаются цифры номера вызываемого
абонента (включая междугородный код), за ними следует категория
вызывающего абонента и его номер. Список возможных значений
параметра «категория абонента» приведен в табл. 3.5. Окончание па-
Таблица3.5
Номер категории Характеристика абонента
1 Телефон квартирный, учрежденческий с возможностью вы- хода на автоматическую междугородную и международную сети
2 Телефон гостиницы с возможностью выхода на автоматиче- скую междугородную и международную сети
3 Телефон квартирный, учрежденческий, гостиницы без права выхода на автоматическую междугородную и международную сети и платные службы сервиса
96
Окончание табл. 3.5
Номер категории Характеристика абонента
4 Телефон учрежденческий с возможностью выхода на автома- тическую междугородную и международную сети и платные службы сервиса. Обеспечивается приоритет при установле- нии соединений на внутризоновой и междугородной сетях
5 Телефон учрежденческий для учреждений Минсвязи с воз- можностью выхода на автоматическую междугородную и меж- дународную сети и на платные службы сервиса. Разговоры с телефона не должны тарифицироваться, но должны учиты- ваться
6 Междугородный таксофон и телефон переговорного пункта
7 Телефон квартирный, учрежденческий с возможностью вы- хода на автоматическую междугородную и международную сети и на платные службы сервиса
8 Телефон учрежденческий с подключением устройств переда- чи данных, факсимильных сообщений и сообщений элект- ронной почты и с возможностью выхода на автоматическую зоновую, междугородную и международную сети
9 Местный таксофон
кета отмечается комбинацией f0, f\ j. Принимающая сторона под-
тверждает приеМ пакета импульсом, также содержащим частоты^, j.
Цифрыномера в импульсном пакете кодируются также, как и при
передаче их способом импульсный челнок. Если принимающей сто-
роне не удается распознать пакет, то она может запросить повтор-
ную передачу, послав комбинацию^, Д. Длительность импульсов и
интервалов между импульсами в пакете должна быть равна 45 + 5 мс.
Способ безынтервалъный пакет применяется для передачи инфор-
мации АОН (номера и категории вызывающего абонента) от АТС
местной сети к АМТС или какой-либо платной службе. Передача
безынтервального пакета начинается после передачи линейного
сигнала запроса АОН и дополнительного сигнала с частотой 500 Гц,
передаваемого со стороны вызываемого абонента. Посылка одноча-
стотного сигнала продолжается либо в течение фиксированного вре-
мени 90— 110 мс, либо до начала приема многочастотной информа-
ции (рис. 3.8). Получив сигнал запроса, сторона абонента А начинает
передачу. Безынтервальный пакет, содержащий информацию о вы-
зывающем абоненте, передается циклически до момента окончания
97
7-3936
Начало
следующего
пакета
Начало
пакета
Категория
и цифры номера
вызывающего
сигнал
запроса АОН
Момент
окончания
линейного
сигнала
Рис. 3.8. Передача сигналов способом «безынтервальный пакет»
линейного сигнала запроса АОН. Посылка может начаться как с на-
чала пакета, так и с любого другого импульса в нем. Для того чтобы
принимающая сторона могла выделить пакет из непрерывного пото-
ка импульсов, начало пакета отмечается комбинацией частот^, f\ц
Импульсы длительностью 35—40 мс расположены в пакете вплот-
ную друг к другу, поэтому не допускается, чтобы соседние импуль-
сы содержали одни и те же частотные составляющие. В противном
случае было бы невозможно распознать границу между этими им-
пульсами. Если в номере подряд следуют две одинаковые цифры,
то первая из них будет закодирована так же, как и в предыдущих
двух способах, а вторая — комбинацией fa fa, означающей повто-
рение предыдущей цифры. За комбинацией, отмечающей начало
пакета, следует импульс, указывающий категорию абонента, а за-
тем семь импульсов, соответствующих цифрам абонентского но-
мера, начиная с последней. Кодировка номера категории и цифр
номера соответствует табл. 3.4. Например, номер абонента 233-46-64,
относящийся к первой категории, будет передан последовательно-
стью импульсов Н-1-4-П-6-4-П-3-2, где: Н — комбинация «нача-
ло пакета», П — комбинация «повторение цифры».
98
3.4. Принципы построения
узкополосных цифровых сетей связи
с интеграцией услуг (ISDN)
Предварительные сведения. Долгое время средства связи раз-
вивались на основе создания и совершенствования отдельных сетей
связи, предназначенных для передачи конкретных видов информа-
ции — телефонной и телеграфной связи, передачи данных.
На современном этапе развития телекоммуникаций внедрение
каждого нового абонентского устройства является дорогостоящим
мероприятием. Поэтому развитие и эксплуатация отдельных сетей
связи экономически нецелесообразны. После того как цифровые
сигналы стали основными при передаче информации, возникла идея
создания единой сети для передачи разных сообщений (речи, дан-
ных, видео) в цифровой форме. Концепция универсальной сети,
обеспечивающей передачу и коммутацию различных видов инфор-
мации, реализована в ISDN (Integrated Services Digital Network —
цифровая сеть с интеграцией услуг).
Сеги ISDN строятся на основе цифровых АТС, использующих ком-
мутацию каналов. Абонентскими устройствами такой сети преимуще-
ственно являются цифровые телефонные аппараты. У абонентов мо-
гут устанавливаться персональные компьютеры, видеокамеры, фак-
симильные аппараты 4-й группы (G4) и другие устройства. Вся ин-
формация между абонентскими устройствами в сети ISDN передается
в цифровой форме. Это означает, что при передаче речи в одном теле-
фонном аппарате аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, а в
другом аппарате происходит обратное преобразование.
Доступ к сети ISDN осуществляется через интерфейсы: BRI (Basic Ra-
te Interface—интерфейс базового доступа) или PRI (Primary Rate Interface—
интерфейс первичного доступа). Сети ISDN строятся по единым стан-
дартам, определенным в первую очередь Рекомендациями МСЭ-Т.
Каналы в сети ISDN. В сети ISDN используются цифровые кана-
лы, предназначенные для передачи пользовательской и сигнальной
информации. Все каналы позволяют передавать информацию в двух
направлениях в виде битовых потоков с одинаковой скоростью. Су-
ществуют следующие каналы:
В—пользовательский канал со скоростью потока 64 кбит/с; соответ-
ствует цифровому каналу ЕО; служит для передачи речи, видео и данных;
99
Н — пользовательский канал с установленной скоростью потока,
кратной 64 кбит/с; служит для передачи ввдео и данных;
N* 64 — пользовательский канал со скоростью потока, кратной
64 кбит/с, где N= 1,2, 3...31; служит для передачи ввдео и данных;
D — канал для передачи сигнальной информации со скоростью
потока 16 (BRI) или 64 кбит/с (PRI); допускается использовать для
передачи пользовательских данных в режиме коммутации пакетов.
Среди каналов Н следует отметить: Но — канал со скоростью по-
тока 384 кбит/с (6 каналов В) и Н|2 — канал со скоростью потока
1920 кбит/с (30 каналов В).
Интерфейсы BRIu PRI. Интерфейсы BRI и PRI предназначены
для организации доступа пользователей к сети ISDN.
На интерфейсе базового (основного) доступа BRI можно органи-
зовать два канала В и один канал D со скоростью потока 16 кбит/с.
Такая структура получила обозначение 2B+D. К интерфейсу можно
подключить от 1 до 8 терминалов пользователей. Интерфейс имеет
шинную структуру, так как терминалы подключаются параллельно
к одной линии. Канал В может быть занят любым пользователем. При
передаче видеоинформации одновременно могут быть заняты оба ка-
нала В одним пользователем. При подключении более двух термина-
лов интерфейс BRI выполняет функции концентратора нагрузки.
Интерфейс первичного доступа имеет структуру 30B+D с
конфигурацией «точка—точка». По каналу D информация пере-
дается со скоростью 64 кбит/с. На физическом уровне для организа-
ции PRI используется цифровой канал Ер в котором 30 каналов В
занимают канальные интервалы с 1 по 15 и с 17 по 31, а канал D — 16-й
канальный интервал. При организации каналов Н могут использо-
ваться следующие виды структур PRI: 5H0+D и H12+D. Кроме того,
определена комбинированная структура PRI, при которой скорость
цифрового потока произвольно подразделяется на В- и Н0-каналы:
(их В) + (Лх Но) + D, где 1 < к< 4,1 < п < 24.
Функциональные устройства и стандартные точки. Подключение
терминалов к сети ISDN может происходить по разным схемам, на-
прямую в АТС либо через ряд устройств сети доступа.
На рис. 3.9, а показаны функциональные устройства сети ISDN и
доступа к ней. На этом рисунке также приведена схема соединения
функциональных устройств и стандартные точки, образованные меж-
ду ними.
100
a
Сеть пользователя
Сеть ISDN
Рис. 3.9. Функциональные устройства и стандартные точки
У пользователей устанавливаются терминалы ТЕ (Terminal Equip-
ment — терминальное оборудование), которые могут быть двух ти-
пов: ТЕ1 — цифровой терминал ISDN и ТЕ2 — терминал, не относя-
щийся к сети ISDN. Терминалы ТЕ1 — это цифровые телефонные
аппараты, персональные компьютеры с платами ISDN, факсимиль-
ные аппараты G4. Терминалы ТЕ2 представляют собой традиционные
абонентские устройства телефонных сетей: аналоговые телефонные
аппараты, факсимильные аппараты G3, персональные компьютеры
с модемами и другие устройства. Терминалы ТЕ1 подключаются непо-
средственно к линии со стандартной точкой S, а терминалы ТЕ2 —
подключаются к этой линии через терминальный адаптер ТА (Ter-
minal Adapter).,..
Подключаемые терминалы могут быть либо однотипными, напри-
мер несколько телефонных аппаратов, либо представлять собой ком-
бинацию разнотипных устройств, например устройств передачи речи
и данных.
101
С сетевой стороны линия доступа включается в АТС сети ISDN —
LE (Local Exchange — местная АТС). Внутри АТС выделяют два функ-
циональных устройства: LT (Line Termination) — линейное окончание
и ЕТ (Exchange Termination) — станционное окончание. Между LT и
ЕТ находится стандартная точка V. Устройство LT обеспечивает со-
гласование с линией и преобразование цротоколов физического уров-
ня между точками V и U. Устройство ЕТ выполняет функции комму-
тации и сигнализации. Выделение внутри АТС устройств LT и ЕТ,
а также стандартной точки V, связано с тем, что на сети устройства LT
и ЕТ могут находиться в разных местах, могут быть произведены раз-
ными производителями и тогда их взаимодействие осуществляется по
стандартному протоколу точки V: V5.1 или V5.2 (см. подраздел 3.5).
Между терминалами и АТС могут находиться устройства NT1 и
NT2, являющиеся сетевыми окончаниями (NT — Network Termi-
nation) типов 1 и 2.
Or терминала до АТС функциональные устройства соединены ли-
нией, имеющей три стандартные точки S, Т и U. Их также называют
интерфейсами S, Т и U. На интерфейсе BRI практическое примене-
ние нашли точки S и U. В точке S линия четырехпроводная, причем
по двум проводам цифровой поток передается в одном направлении,
по двум другим — в обратном направлении. Линия в точке U —
двухпроводная и позволяет передавать битовые потоки в двух направ-
лениях.
Сетевое окончание NT1 выполняет функции преобразования про-
токолов физического уровня от точки L к точке S и наоборот, согла-
сование по электрическим параметрам с линией, контроль состоя-
ния линии, а также электропитание терминала.
Сетевое окончание NT2 является более сложным устройством по
сравнению с NT1. Оно выполняет функции коммутации, мульти-
плексирования и концентрации нагрузки для группы терминалов,
подключенных через интерфейс S. Это окончание работает с прото-
колами уровней 1,2 и 3. Примерами NT2 являются УАТС, мульти-
плексоры, хост-компьютеры, связевые серверы и другие устройства.
При использовании УАТС или мультиплексора в качестве NT2 в них
могут включаться как абонентские линии ISDN (точка S), так и ана-
логовые абонентские линии.
На сети окончание NT2 может отсутствовать и тогда линии в сто-
рону терминалов включаются в NT1, а стандартная точка зачастую
102
называется S/Т (рис. 3.9, а). Такая конфигурация нашла широкое
применение на интерфейсе BRI.
Рассмотренные конфигурации функциональных устройств
(см. рис. 3.9) в основном соответствуют интерфейсу BRI. Как пра-
вило, этот интерфейс используется для образования абонентских
линий. Интерфейс PRI предназначен для организации соединитель-
ных линий, например между УАТС и вышестоящей АТС. В этом слу-
чае используется конфигурация из NT2 и LE, соединенных напрямую.
В соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т, все устройства от ТЕ
до NT1 относятся к сети пользователя, а сеть ISDN начинается с NT1.
Услуги ISDN. Сеть ISDN предоставляет пользователям различные
услуги: телефонной и видеосвязи передачи данных и других. Чтобы
предоставить пользователю ту или иную услугу на сети ISDN в про-
цессе установления соединения по каналу D в сигнальных сообще-
ниях передаются параметры, характеризующие каждую из затребо-
ванных пользователями услуг.
Услуги сети ISDN классифицируются в зависимости от области
их действия и от источника услуг. На сети ISDN выделены три вида
услуг: услуги переноса (bearer services), телеуслуги (teleservices) и до-
полнительные услуги (supplementary services). На рис. ЗЛО показаны
области действия этих услуг.
Дополнительные
услуги
Дополнительные
услуги
Рис. 3.10. Услуги и атрибуты доступа
103
Услуги переноса позволяют пользователю передавать информа-
цию от одного терминала к другому терминалу. При передаче такой
информации в зависимости от услуги используются нижние уровни
модели OSI от 1-го до 3-го. Например, услуга переноса действует
только на уровне 1 (физический уровень), когда между цифровыми
терминалами образовано полупостоянное соединение и между ними
через сеть в каждом направлении передаются битовые потоки с за-
данной скоростью (например, 64 кбит/с). Такая передача называет-
ся прозрачной. Если между цифровыми терминалами соединение
устанавливается при вызове от одного из абонентов, то между тер-
миналами через сеть ISDN передаются битовые потоки, несущие ре-
чевую и сигнальную информацию. В этом случае услуга переноса ис-
пользует три нижних уровня.
При установленном соед инении обмен информацией между тер-
миналами пользователей может происходить с использованием вер-
хних уровней с 4-го по 7-й. Сеть ISDN не занимается обработкой
протоколов этих уровней.
Телеуслуги обеспечивают полную возможность, включая функ-
ции терминалов, для связи между пользователями согласно установ-
ленным протоколам. При этом исходная информация пользовате-
лей может быть сохранена, прежде чем быть посланной через сеть,
или может быть перекодирована. Телеуслуги характеризуются атри-
бутами нижних и верхних уровней. Телефонная связь является од-
ним из видов телеуслуг. Телеуслуги предоставляются при факсимиль-
ной связи, при пользовании электронной почтой (e-mail) и других
видах связи.
К атрибутам верхних уровней относятся: тип информации пользо-
вателя — речь, звук, текст (телетекст), факс G4, интерактивный текст
(телекс), видеотекс, видео; протоколы уровней с 4-го (транспортно-
го) по 7-й (прикладной).
С услугами переноса и телеуслугами связаны дополнительные
услуги. Они расширяют возможности услуг переноса. Дополнитель-
ные услуги предоставляют такие возможности, как переадресация
вызова, передача вызова на другого абонента, конференц-связь и
многие другие. Обычно дополнительные услуги бывают затребова-
ны терминалом ISDN у АТС, однако могут действовать и между тер-
миналами. Услуги переноса характеризуются атрибутами доступа, пе-
редачи информации и общими атрибутами.
104
Услуги доступа описывают возможности пользователя по досту-
пу к сети. Сюда входит информация о типе канала (В, Н или D) и
протоколах, которые нужны пользователю для получения соответ-
ствующей услуги.
Общие атрибуты необходимы для того, чтобы определить харак-
теристики услуг переноса. Такие характеристики касаются дополни-
тельных услуг, качества услуг, межсетевого взаимодействия и других
аспектов.
Атрибуты передачи информации характеризуют соединения меж-
ду пользователями через сеть ISDN. Рассмотрим некоторые из этих
атрибутов, связанных в первую очередь с передачей речи.
Режим передачи информации указывает на коммутацию каналов,
пакетов или кадров. Скорость передачи информации определяет ско-
рость битового потока: 64 кбит/с, 2 х 64 кбит/с, 384 кбит/с, 1920 кбит/с
или иную скорость; этот показатель пересылается при установлении
соединения через сеть. Скорость 2 х 64 означает, что оба канала В на
интерфейсе BRI занимаются одним соединением.
Способность передачи информации указывает на вид информации,
которая должна быть передана по сети. Этот атрибут включает так-
же информацию о требованиях со стороны пользователей по пере-
дачеинформации. Если сеть не может выполнить эти требования,
передача информации не производится. Существуют следующие
виды информации:
— неограниченный цифровой поток — информация перед ается с лю-
быми битовыми комбинациями в байтах. Такой режим является ис-
ходным для передачи пакетов;
—речь и 3,1 кГц аудио — передача речи по стандартному каналу с
частотной полосой 3,1 кГц. Разница между услугами речь и 3,1 кГц аудио
состоит в том, что информация типа «речь» допускает использование
техники сжатия речи. В этом случае передача неречевой информации
(например, передача данных с помощью модема) из-за влияния сжа-
тия сигнала может оказаться невозможной. Информация типа «3,1 кГц
аудио» позволяет использовать модемы в каналах связи;
— 7кГц аудио и 15 кГц аудио — передача качественной аудиоин-
формации такой, как моно (AM) и стерео (FM) передач радиостан-
ций, соответственно;
видео — передача видеоинформации; существуют ограничения по
организации телеконференций и передачи видео со сжатием.
105
В атрибутах передачи информации MOiyr содержаться данные: о
предоставлении услуг по требованию пользователя или с организаци-
ей полупостоянного соединения; о предоставлении пользователю ка-
нала с одним или двумя направлениями передачи; о конфигурации
соединения — отточки к точке (соединение между двумя абонента-
ми), многоточечное соединение (используется для конференц-связи)
или широковещательное соединение (один пользователь передает
информацию к группе пользователей; возможно только одно направ-
ление передачи).
Протоколы физического уровня для BRI. Протокол уровня 1 для BRI
описан Рекомендациями 1.430 МСЭ-Т, которые определяют связь
между оборудованием ТЕ и NT на интерфейсе S/T ISDN.
Конфигурации интерфейса S/Т. Базовый доступ может использо-
вать конфигурацию «точка—точка» или «точка—многоточие». При
конфигурации «точка—точка» к NT (NT1 или NT2) подключается
только один ТЕ. Прй этом длина четырехпроводной линии не пре-
вышает одного километра (рис. 3.11, а).
В зависимости от расстояния от NT до оконечных терминалов
пользователей конфигурация «точка—многоточие» может быть двух
видов: короткая пассивная и удлиненная пассивная шина. При обе-
их конфигурациях с пассивными шинами сеть управляет одно-
временно несколькими оконечными терминалами, подключенными
к одному NT.
Короткая пассивная четырехпроводная шина имеет длину до 200 м,
причем к ней могут быть подключены до восьми ТЕ. Оборудование
ТЕ и NT может подключаться к шине как угодно относительно друг
друга (рис. 3.11, б). При конфигурации с удлиненной пассивной че-
тырехпроводной шиной до восьми ТЕ могут быть сгруппированы в
одном конце линии на расстоянии до 1 км от NT (рис. 3.11, в). Типы
конфигурации не содержат никаких активных составляющих (уси-
лителей или ретрансляторов). Протяженность шины для всех кон-
фигураций ограничена временем распространения сигнала на учас-
тке и затуханием. При конфигурации «точка—точка» затухание, из-
меренное на частоте 96 кГц, должно быть в пределах 6 дБ, а время рас-
пространения сигнала по шлейфу NT—ТЕ—NT должно быть от 10
до 42 мкс. В случае применения конфигурации «точка—многоточие»
с короткой пассивной шиной время прохождения сигнала по шлей-
фу NT—ТЕ—NT должно составлять от 10 до 14 мкс. При использо-
106
Рис. 3.11. Конфигурация интерфейса S/T
вании конфигурации с удлиненной пассивной шиной время распро-
странения сигнала по шлейфу NT—ТЕ—NT для всех оконечных тер-
миналов должно отличаться друг от друга не более, чем на 2 мкс. По
этой причине ТЕ при такой конфигурации группируются в одном
конце шлейфа на расстоянии друг от друга 25—50 м. С помощью NT
можно реализовать и другие конфигурации, например, типа «звез-
да» или «активная шина».
Линейные цепи интерфейса S/Т должны использовать кабель
местной связи с витыми жилами.
Электропитание терминалов. Терминалы могут получать элект-
ропитание от источника постоянного тока по одному из трех вари-
антов, приведенных на рис. 3.12.
Для подключения терминала в линию используется соединитель
(розетка) типа RJ-45, имеющий 8 выводов, обозначаемых буквами
от а до h. Линия, служащая для передачи и приема информации,
включается в выводы c,d,evif
Наибольшее распространение получила схема питания по фан-
томным цепям передачи и приема информации ( на рисунке: источ-
ник 1 и потребитель 1). Напряжение питания на выходе NT при этом
составляет 40 В. В обычном режиме мощность, потребляемая одним
или несколькими ТЕ, не должна превышать 1 Вт, а при аварийном
режиме — 380 мВт.
107
Рис. 3.12. Электропитание оконечных устройств
Также возможно питание ТЕ по отдельной паре жил (выводы gn И),
используя источник типа 2. Источник питания 2 обеспечивает на-
пряжение питания 40 В. ТЕ обеспечивается электропитанием при
обычном режиме мощностью до 7 Вт и при аварийном режиме —
мощностью до 2 Вт.
Источник питания 3 не определен в рекомендациях ITU-T, одна-
ко может применяться для подачи питания от одного терминала к
другому терминалу. В этом случае питание осуществляется по паре
жил, подключенных к выводам а и Ь. Терминал, являющийся источ-
ником питания, должен быть подключен к местной энергосети пе-
ременного тока.
NT получают питание в месте их установки от энергосети пере-
менного тока или первичного источника питания постоянного тока
(например, 48 В).
Линейный код. В трактах приема и передачи линии битовая ин-
формация передается квазитроичным кодом AMI (Alternate Mark
Inversion) — рис. 3.13.
Логический «0», сформированный в двоичном коде, в AMI представ-
ляется с помощью импульса напряжением приблизительно 750 мВ,
положительной или отрицательной полярности. Пауза в коде AMI
108
представляется «1». В линейном коде формируется сигнал биполяр-
ного нарушения, представляющий собой два следующих друг за дру-
гом сигнала «О» одинаковой полярности. Появление сигнала нару-
шения еще не означает ошибки: эти сигналы несут информацию о
синхронизации потоков на интерфейсе BRI. Для цикловой синхро-
низации используется двойной сигнал нарушения.
Структура цикла. Структура цикла для битовых потоков, пере-
даваемых от NT к ТЕ и от ТЕ к NT, показана на рис. 3.14. Все сигна-
лы управления и информационные сигналы передаются в обоих на-
правлениях с использованием временнбго разделения в рамках цикла
(250 мкс), содержащего 48 бит. Скорость цифрового потока равна
192 кбит/с. На рис. 3.14 приведены возможные квазитроичные уров-
ни сигнала для каждого бита.
В течение одного цикла осуществляется передача 16 бит каждого
В-канала и 4 бит D-канала. Схема чередования битов В- и D-канала
в одном цикле на S/Т интерфейсе следующая:
Канал: Bl D В2 D Bl D В2 D
Число битов: 8 18 18 18 1
Как правило, BRI содержит два В-канала и один D-канал (2B+D).
Однако возможно компоновать BRI как 1B+D или как 0B+D, т.е. D.
Тогда временное отрезки для передачи битов В-канала остаются
незанятыми и заполняются логическими «1».
Момент начала цикла, передаваемого от ТЕ к NT, всегда смещен
на два бита относительно начала цикла, посланного от NT к ТЕ. Та-
ким образом, NT управляет синхронизацией всех ТЕ. Структуры
циклов, передаваемых от ТЕ к NT и в обратном направлении, в ос-
новном одинаковые, за исключением того, что структура цикла от
NT к ТЕ содержит эхо-биты D-канала (Е-биты).
Рассмотрим назначение эхо-битов D-канала.
109
Цикл 48 бит (250 мкс)
Скорость передачи 192 кбит/с
Рис. 3.14. Структура цикла BRI
110
Любой вызов со стороны терминала ТЕ начинается с сигнализа-
ции по D-каналу. Для того чтобы в случае шинной конфигурации
«точка—многоточие» (два и более терминалов) терминалы не меша-
ли друг другу при передаче сигналов по D-каналу, должна выпол-
няться определенная процедура доступа к этому каналу. В каждый
момент времени только один терминал передает и принимает ин-
формацию по D-каналу.
Механизм доступа к D-каналу основан на использовании прин-
ципа эхо-D-канала. Эхо-информацией D-канала являются биты Е.
Любой сигнальный бит, переданный от ТЕ по D-каналу в NT, транс-
лируется обратно в ТЕ в виде битов Е. ТЕ воспринимает D-канал
как свободный, если он получает по эхо-D-каналу (биты Е) задан-
ное число X следующих друг за другом «1». Для каждого ТЕ число
последовательно поступающих «1» определяется исходя из протоко-
ла канала D и в соответствии с приоритетом самого ТЕ. В соответ-
ствии с протоколом канала в его рабочем (занятом) состоянии мо-
жет передаваться последовательно максимально шесть логических «1»,
которые входят в состав флага структуры блока сигнальной инфор-
мации. Аварийный сигнал передается по D-каналу семью последо-
вательными единицами. Из вышесказанного ясно, что самый при-
оритетный ТЕ должен иметь значение X=8.
Если D-канал свободен, то ТЕ немедленно начинает сигнализа-
цию по D-каналу. В дальнейшем ТЕ следит за эхо-D-каналом, т.е. за
битами Е. Принятые значения битов Е оконечный терминал ТЕ
сравнивает с переданными значениями соответствующих битов по
D-каналу. Отсутствие полного совпадения, возможно, означает воз-
никновение конфликтной ситуации — другой ТЕ также пытается
занять канал. Поэтому ТЕ прекращает передачу сигнальной инфор-
мации и пытается вновь занять D-канал. После успешной переда-
чи информации по D-каналу ТЕ снижает свой приоритет, увеличи-
вая значение X на единицу и давая возможность другим ТЕ занять
D-канал. Длительность ожидания занятия канала D зависит от при-
оритета информации, которую нужно передать, и оттого, была ли
уже у данного ТЕ перед этим успешная попытка передачи. Сигналь-
ная информация обладает высшим приоритетом, а данные от пользо-
вателей — низшим приоритетом. Внутри каждой группы информа-
ции с одинаковым приоритетом более низким приоритетом облада-
ют те ТЕ, которые недавно уже осуществили успешную передачу по
111
D-каналу. Таким образом, выравниваются возможности всех ТЕ,
включенных в NT по установлению соединений.
Бит F в начале каждого цикла необходим для цикловой синхро-
низации и является признаком начала цикла. F-бит всегда имеет
положительную полярность.
L-бит служит для балансировки постоянного тока, которая со-
стоит в том, чтобы свести до минимума протекание постоянного тока
по линии. Полярность бита L, следующего за битом F, всегда проти-
воположна полярности бита цикловой синхронизации.
В Рекомендациях 1.430 МСЭ-Т определяется возможность обра-
зования сверхцикла из 20 циклов по 250 мкс с помощью соответству-
ющих сигналов, передаваемых во временнь'к интервалах М и Fa. Кро-
ме того, Fa-биты используются для дополнительного контроля за цик-
ловой синхронизацией. В направлении передачи от NT к ТЕ, вместе с
Fa используется N-бит, который всегда устанавливается в инверсное
положение по отношению к Fa (если Fa = 1, то N = 0, и наоборот).
A-бит используется при процедуре активизации интерфейса BRI.
Интерфейс считается активным, т.е. может быть использован для
передачи полезной информации, когда по A-биту передается «1».
S-бит зарезервирован для возможного в будущем расширения
функций BRI (в настоящее время равен 0).
Таким образом, из 48 бит цикла 12 бит — служебные. Скорость
битового потока, переносящего сигнальную и пользовательскую
информацию на интерфейсе BRI составляет 144 кбит/с (2B+D: 2 х
х 64 кбит/с+16 кбит/с).
Интерфейс U. Рекомендации ITU-T описывают технические
требования к BRI только на интерфейсе S/Т, т.е. между ТЕ и NT.
Функционирование BRI сточкой U между NT и LT определяется не-
сколькими стандартами, из которых наибольшее распространение
получил стандарт Т1.601 ANSI (American National Standards Institute —
Институт национальных стандартов США). В этом стандарте точка
получила название Ц^.
Двухпроводная линия с интерфейсом подключается к сетево-
му оконечному устройству NT1 через соединитель (розетку) RJ-11.
Соединение между NT и LT осуществляется по телефонной абонен-
тской линии с витой парой жил кабеля на расстоянии до 5,5 км.
Организация дуплексной связи. Существует два способа организаци и
дуплексной связи по двухпроводной абонентской линии: способ под
112
названием «нинг-понг» и способ, основанный на использовании диф-
ференциальной системы. При организации дуплексной связи по спо-
собу «пинг-понг» между NT и LT осуществляется поочередный обмен
цифровыми блоками информации. Этот способ не требует больших
затрат на аппаратную реализацию. Однако практика показала, что
способ, основанный на использовании дифсистемы, дает лучшее ка-
чество связи по сравнению со способом «пинг-понг».
В стандарте Т1.601 ANSI для интерфейса С^о описан способ орга-
низации дуплексной связи с использованием дифференциальной
системы. В этом способе дифференциальная система требуется для
того, чтобы перейти с двухпроводной линии на четырехпроводную
линию и наоборот. Таким образом, при использовании дифсисте-
мы передача цифровых потоков в обоих направлениях осуществ-
ляется одновременно. Однако из-за несовершенства дифсистемы
и невозможности точного согласования электрических сопротив-
лений при подключении к линии, возникает отраженный сигнал,
так называемое «эхо».
Для компенсации сигнала «эхо» используется эхокомпенсатор
ЕС, имеющий в своем составе специальный адаптивный фильтр
(рис. 3.15). Принцип работы эхокомпенсатора состоит в том, что в
устройстве вычитания с помощью ЕС удаляется отраженный сиг-
нал, содержащийся в общем сигнале, поступившем из линии через
дифсистему Н.
Рис. 3.15. Эхокомпенсация
113
Линейный код. На интерфейсе используется линейный код 2B1Q
(2 Binary 1 Quandary). Для формирования линейного кода битовый по-
ток, передаваемый в линию, делится на кодовые группы по два бита в
каждой. Одной комбинации из двух битов кодовой группы ставится в
соответствие один из четырех кодовых символов, каждому из которых,
в свою очередь, соответствует один уровень напряжения (табл. 3.6).
Таблица 3.6
Кодовая группа Кодовый символ Уровень напряжения
00 -3 -2,5 В
01 -1 -0,833 В
10 +3 2,5 В
11 +1 0,833 В
Поскольку в линейном коде 2B1Q двум битам сигнала ставится в
соответствие один кодовый символ, то информационная скорость
вдвое превышает символьную скорость.
Пример линейного кода 2В1Q приведен на рис. 3.16.
Структура цикла. Номинальная скорость передачи информации
на интерфейсе BRI составляет 144 кбит/с. Однако информационная
скорость передачи на интерфейсе выше и составляет 160 кбит/с
за счет информации синхронизации и управления. При использова-
нии линейного кода 2B1Q символьная скорость передачи равна 80 кБод
(80 000 символов в секунду).
На рис. 3.17 приведена цикловая структура интерфейса Ц^.
Цикл передачи содержит три поля:
— синхрослово (SW) — используемое для цикловой синхрониза-
ции и включающее в себя 9 символов (18 бит);
Кодовый
символ
+3 —
+1 —
-1 —
-3 —
01 10 00 11 01 11 10
-1 +3 -3 +1 -1 +1 +3
Линейный
сигнал
Рис. 3.16. Пример линейного K0fla2BlQ
114
SW 12x(2B + D) М
Назначение Синхро- 12 групп 2B+D Служебные
слово биты
Символов 9 108 3
Бигов 18 216 6
Рис. 3.17. Цикловая структура интерфейса UA0
— информация 12х (2B + D) — передаваемая по В- и D-каналам,
сосредоточенная в 12 группах 2B+D и содержащая 108 символов
(216 бит), причем каждая группа состоит из 8 бит первого В-канала,
8 бит второго В канала и 2 бит D-канала;
— М-поле служебных бит, которые используются для обнаруже-
ния ошибок и индикации состояния питания (6 бит или 3 символа).
На интерфейсе Цед организуется сверхцикл, состоящий из вось-
ми циклов. В первом цикле передается инверсное слово синхрони-
зации (ISW), а в остальных семи — слова SW. ВISW полярность би-
тов противоположная по отношению к SW.
Протокол канального уровня D-канала. Обмен сигнальной инфор-
мации между пользователем и сетью осуществляется по D-каналу
в пакетном режиме в соответствии с требованиями протокола ка-
нального уровня LAPD. Протокол LAPD описан в Рекомендации
Q.9211.440 ITU-T. Информация, переданная от пользователя по
каналу D, выделяется в узле ЕТ АТС и в виде кадра собирается в
буфере. На рис. 3.18 приведена структура кадра.
В структуре кадра предусматривается использование флага в виде
последовательности 01111110, а также контрольной суммы цикли-
ческого кода CRC (Cyclic Redundancy Check) — 16 бит ддя обнару-
жения битовых ошибок в принятом кадре. Кроме того, кадр содер-
жит поля: адресное, управления и информационное. Как следует из
рисунка, поля: управления, адресное, флага и CRC, относятся к про-
токолу канального (второго) уровня. Информационное поле несет
Уровень 2 Уровень 3 Уровень 2
Флаг CRC Информационное поле Поле управления Адрес Флаг
Рис. 3.18. Структура кадра LAPD
115
информацию протокола D-канала сетевого (третьего) уровня и опи-
сывается в Рекомендациях Q.931 МСЭ-Т.
Флаг служит для разделения соседних кадров и под держки син-
хронизации. Каждый флаг имеет постоянную комбинацию —
01111110. Когда два кадра передаются друг за другом, флаг конца
одного кадра является флагом начала следующего. Так как комби-
нация флага содержит шесть логических «1» подряд, то между фла-
гами не должны встречаться комбинации, имеющие более пяти ло-
гических «1» подряд. Это достигается путем добавления на передаю-
щем конце логического «0» после пяти подряд идущих логических
«1» и удалением этих логических «0» на приемном конце. Процесс
добавления нулей получил название — стаффинг (staffing), а их уда-
ление — дестаффинг (destaffing).
Например, необходимо передать следующую последовательность
бит: 011111111110111110. Фактически эта последовательность будет
передана как: 011111 <71111160111110, т.е. будут вставлены два нуля.
Процедура добавления и удаления логического «0» выполняется с
помощью аппаратных средств.
Непрерывная последовательность логических «1» может исполь-
зоваться для нескольких сообщений: шесть последовательных еди-
ниц представляют флаг; семь последовательных единиц — аварий-
ный сигнал; восемь и более последовательных единиц указывают на
незанятый канал D.
Поле управления идентифицирует тип кадра. Структура поля пред-
ставлена на рис. 3.19.
Байты:
Биты: 8 7 6 5 4 3 2 1
Информационный кадр N(S) N(R) 0 р
Кадр-супервизор _Х__Х_Х^_Х_| N(R) 2_s_ 1 P/F
Ненумерованный кадр M M M P/F м м 1 1
Рис. 3.19. Структура поля управления LAPD
116
Различают три типа кадров: информационный, супервизор и не-
нумерованный. Длина поля управления кадров двух первых типов
составляет два байта (4-й и 5-й байты), а последнего — один байт
(4-й байт).
Информационные кадры (Information frames) используются для пе-
редачи сигнальной информации третьего уровня, а значит, содержат
информационное поле. Эти кадры обеспечивают сигнальный обмен
между пользователем и сетью и между пользователями в режиме «из
конца в конец» (от терминала к терминалу). Передача информаци-
онного кадра всегда осуществляется с подтверждением его приема
на противоположной стороне. Подтверждение передается в кадре-
супервизоре. Для контроля за последовательностью передаваемых
кадров в информационный кадр вставляются порядковые номера
N(S) и N(R), изменяющиеся от 0 до 127. Номер N(S) присваивается
посылаемому кадру, a N(R) соответствует номеру ожидаемого кадра
от другой стороны. В случае обнаружения в информационном кадре
битовой ошибки Или потери кадра на стороне приема выполняется
процедура восстановления информации. От этой стороны передает-
ся кадр с запросом повторения кадра, содержащего ошибку или по-
терянного кадра. Д ля управления обменом информации использу-
ется бит P/F. Бит Р содержит запрос для получения ответа приемно-
го устройства. Бит Р имеет значение «1» только в последнем кадре.
Это означает, что инициатор обмена закончил передачу информа-
ции. Бит F, в кадре ответа, аналогичен биту Р и используется для ин-
дикации ответа на запрос. Такое же назначение бит P/F имеет в кад-
рах-супервизорах и ненумерованных кадрах.
Кадры-супервизоры (Supervisory frames) не имеют информационного
поля и используются для выполнения супервизорных функций
управления, таких как: подтверждение приема, запрос передачи, за-
прос на временную приостановку передачи, т.е. для реализации про-
цедур управления обменом информации по каналу. Применяются
три типа кадра-супервизора: RR — готовность приема: для подтвер-
ждения о приеме одного или 1руппы информационных кадров, при-
чем N(R) указывает номер ожидаемого кадра; RNR — нет готовно-
сти приема: для передачи информации о невозможности приема
информационных кадров из-за занятости, когда N(R) указывает на
номер ожидаемого кадра после выхода из состояния занятости; RET —
нарушение: для повторной передачи кадров, начиная с номера,
117
указанного в N(R). Биты S определяют тип кадра-супервизора. Биты
X являются зарезервированными и устанавливаются в «О».
Ненумерованные кадры ( Unnumbered frames) могут обладать инфор-
мационным полем, но не имеют порядковых номеров, присущих
вышеописанным кадрам. Поэтому они и называются ненумерован-
ными. Данные кадры используются для выполнения вспомогатель-
ных функций управления обменом кадрами. К таким функциям от-
носятся: установление двухстороннего логического канала; измене-
ние режима передачи кадров; отключение оборудования; обработка
особых ситуаций, возникающих, например, при слишком длинных
информационных кадрах, превышающих емкость буфера узла ком-
мутации. Биты модификации М определяют тип сообщения ненуме-
рованного кадра.
Тип кадра определяется первым (информационный кадр) или
первым и вторым би гами (кадр-супервизор, ненумерованный кадр)
четвертого байта, относящегося к полю управления (см. рис. 3.19).
Адресное поле идентифицирует устройство пользователя на интер-
фейсе BRI или PRI и всегда содержит два байта. Адресное поле со-
стоит из двух частей — идентификатора терминала TEI (Terminal
Endpoint Identifier) и идентификатора доступа к услугам SAPI (Service
Access Point Identifier) (рис. 3.20). Совместно эти два идентификато-
ра создают уникальный адрес, определяющий доступ к конкретным
услугам и терминалам ISDN. Адресное поле LAPD отличается от
подобного поля протокола Х25, рекомендованного МСЭ-Т для сети
с коммутацией пакетов. Отличие заключается в том, что протокол
Х25 используется для конфигурации «точка—точка», а протокол
LAPD — для конфигурации «точка—многоточие», так как BRI по-
зволяет нескольким терминалам ISDN быть соединенными в такой
Байт 2 Байт 1
TEI ЕА=1 SAPI C/R ЕА=0
Рис. 3.20. Структура адресного поля
Количество
битов
118
конфигурации. LAPD обеспечивает мультиплексирование несколь-
ких логических каналов в одном D-канале.
Идентификатор SAPI определяет вид передаваемых данных.
Поле SAPI состоит из 6 бит, которые передаются в первом байте
адресного поля. Это позволяет организовать до 64 SAPI, однако в
настоящее время МСЭ-Т определяет только 4 SAPI, обеспечиваю-
щие следующие услуги: процедуры управления вызовом (SAPI = 0),
передача пакетов по Рекомендации 1.451 МСЭ-Т (SAPI= 1), пере-
дача пакетов по стандарту Х.25 (SAPI=2) и техническая поддержка
на уровне 2 (SAPI=3).
Идентификатор TEI указывает на конкретный терминал из под-
ключенных к интерфейсу. TEI состоит из 7 бит, передаваемых во вто-
ром байте адресного поля. Возможна организация до 127 индивиду-
альных TEI, что значительно превышает максимальное число тер-
миналов на интерфейсе (на интерфейсе BRI допустимо до 8 ТЕ).
Большое число идентификаторов TEI заложено для того, чтобы была
возможность одному терминалу присваивать несколько идентифи-
каторов TEL Такая необходимость возникает, если один терминал
одновременно работает с несколькими одинаковыми приложения-
ми на уровне 3. Например, в терминале активизированы два прило-
жения, в каждом из которых происходит обмен данных по протоко-
лу Х.25. Кроме того, почти половина идентификаторов отдана для
терминалов, позволяющих устанавливать параметры со стороны
сети, а другая половина — для терминалов, не имеющих такой воз-
можности. Идентификатор TEI = 127 служит д ля широковещатель-
ной передачи данных терминалам интерфейса.
В адресное поле также входят биты:
— ЕА (Address Extension bit), бит расширения адреса. ЕА= 0 озна-
чает, что следующий байт принадлежит адресному полю. ЕА= 1 сви-
детельствует о последнем байте адресного поля.
—C/R (Command Response bit), бит, идентифицирующий коман-
ду или ответ. Значения C/R зависят от направления передачи и мо-
гут быть «0» или «1».
Протокол сетевого уровня канала D. На сети ISDN протокол сете-
вого уровня (уровня 3) канала D создан для сигнализации «пользова-
телъ—сеть», используемой для управления базовым вызовом и допол-
нительными услугами. Протокол получил название DSS1 (Digital Sub-
scriber Signaling — цифровая абонентская сигнализация). Европейский
119
вариант такого протокола имеет обозначение — EDSS1. Для прото-
кола DSS1 приняты Рекомендации МСЭ-Т: Q.93O(I.45O) — содержит
основные принципы сигнализации пользователь-сеть, Q.931(1.451) —
описывают сообщения «пользователь—сеть» для управления базо-
вым вызовом, Q.932(L452) — представляют сообщения для допол-
нительных услуг.
С помощью протокола DSS1 обеспечиваются процедуры обмена
сигнальными сообщениями по каналу D от пользовательского тер-
минала к LE и в обратном направлении. Для интерфейсов BRI и PRI
процедуры сигнализации одинаковы. Сигнализация DSS1 предна-
значена только для доступа к сети ISDN. Внутри сети ISDN исполь-
зуется межстанционная сигнализация типа ОКС№ 7 и/или QSIG.
Формат сообщений. Сигнальные сообщения передаются в инфор-
мационном поле кадра протокола LAPD. Сообщения состоят из по-
следовательности блоков данных, названных информационными
элементами. Все сообщения имеют одинаковый формат и включа-
ют в себя: дискриминатор протокола — идентифицирует протокол,
которому принадлежит это сообщение; метку соединения CR (Call
Reference) — идентифицирует конкретное соединение, к которому
относится данное сообщение; тип сообщения — идентифицирует тип
сообщения; дополнительные информационные элементы — несут
дополнительную информацию в зависимости от типа сообщения
(рис. 3.21).
Биты :87654321
Дискриминатор протокола
0 0 0 0 Длина CRV
CRF CRV
0 Тип сообщения
Дополнительные информационные элементы
Рис. 3.21. Структура сообщения DSS1
120
Дискриминатор протокола. По значению дискриминатора опре-
деляется, к какому протоколу относится сообщение. Если это сиг-
нальное сообщение, передаваемое по протоколу DSS1, то в поле дис-
криминатора записывается число 00001000. Когда происходит обмен
данными по каналу D напрямую между терминалами пользователей,
дискриминатор имеет значение 00000000. При других значениях дис-
криминатора возможно применение иных сигнальных протоколов.
Метка соединения. Метка соединения имеет два поля: длины и зна-
чения метки (CRV — Call Reference Value). Поле д лины метки состоит
из четырех бит. В нем отмечается количество байт, входящих в поле
значения метки. Для BRI длина CRV составляет один байт, для PRI
обычно два байта. Значение метки представляет собой двоичное чис-
ло, которое назначается перед установлением соединения и остается
неизменным до окончания соединения (за исключением случаев при-
остановки обслуживания вызовов). Чтобы исключить возмож-
ность одновременного присвоения двум разным соединениям одного
значения метки, в поле CRV используется старший бит с флагом справ-
ки о вызове (CRF). Сторона, инициирующая вызов, вставляет в этот
бит «0», а от другой стороны в этом бите передается «1».
Тип сообщения. Данный информационный элемент отмечает тип
передаваемого сообщения уровня 3. На различных этапах обслужи-
вания вызова используются различные типы сообщений. В сети
ISDN используются 32 сообщения, которые делят на четыре класса:
установления соединения, информация о вызове, разьединения и до-
полнительные сообщения. Основные типы сообщений 3-го уровня
представлены в табл. 3.7.
Таблица 3.7
Тип сообщения (двоичный код) 8 7 6 5 4 3 2 1 Наименование сообщения Назначение
ооо 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 Установление соединения ALERTing CALL PROceeding Абонент свободен и ему посылается вызов Вся информация для ус- тановления соединения принята и соединение устанавливается дальше
121
Продолжение табл. 3.7
Тип сообщения (двоичный код) 8 7 6 5 4 3 2 1 Наименование сообщения Назначение
0 0 111 0 1111 0 0 10 1 0 110 1 0 0 0 1 1 CONNect CONNect Acknowledge SETUP SETUP Acknowledge PROGRESS Абонент ответил на вызов Подтверждение CONNect Требование на установле- ние соединения Подтверждение SETUP Соединение устанавлива- ется
0 0 1 0 0 110 0 1110 0 0 0 10 0 0 10 1 0 110 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 Информация о вызове RESume RESume Acknowledge RESume REJect SUSPend SUSPend Acknowledge SUSPend REJect USER INFOrmation HOLD HOLD Acknowledge HOLD REJect Требование на возобновле- ние вызова, обслуживание которого было приоста- новлено Подтверждение RESume Отказ в требовании на во- зобновление вызова Требование на приостано- вление обслуживания вы- зова Подтверждение на SUSPend Отказ в требовании на приостановление обслуживания вызова Информация от пользо- вателя к пользователю, пе- редаваемая по сигнальному каналуD Требование на удержание вызова Подтверждение HOLD Отказ в требовании на удер- жание вызова
0 10 0 0 110 0 1110 0 0 10 1 0 110 1 110 10 Разъединение REStait REStart Acknowledge Disconnect RELease RELease COMplete Требование на возобновле- ние соединения Подтверждение REStart Отбой Разъединение Подтверждение на RELease и освобождение ресурсов, занятых при соединении
122
Окончание табл. 3.7
Тип сообщения (двоичный код) 8 7 6 5 4 3 2 1 Наименование сообщения Назначение
0 1 1 0 0 0 0 0 110 0 1 0 0 0 1 0 0 1110 110 11 1110 1 10 10 1 Прочие сообщения SEGmcnt CONgcstion CONtrol FACility NOTify INFOrmation STATUS STATUS INQuiry Сегментация сообщения Индикация начала или окончания управления потоками при передаче пользовательской инфор- мации Требование на предостав- ление дополнительных услуг Уведомление: отмечается информация, имеющая отношение к вызову Информация, передавае- мая в процессе установле- ния соединения Статус Запрос статуса
Дополнительные информационные элементы. В сигнальное сообще-
ние может входить разное количество дополнительных информаци-
онных элементов, имеющих различную длину. Информационный
элемент имеет формат двух вадов: постоянной (рис. 3.22, а, б) и пе-
ременной длины (рис. 3.22, в). Старший бит первого байта инфор-
мационного элемента указывает на его вид. Длина элементов посто-
янной длины равна одному байту. Такие элементы бывают двух ти-
пов. Элементы типа 1 имеют 3-битовый идентификатор и 4 бита,
включающие содержание информационного элемента. В элементах
типа 2 в 7-ми битах записывается идентификатор элемента. Инфор-
мационные элементы переменной длины содержат поле длины, в
котором указывается число байтов с содержанием информационно-
го элемента. В зависимости от передаваемой информации длина
информационного элемента может изменяться в широких пределах.
Например, в сообщение SETUP могут входить следующие допол-
нительные информационные элементы:
— Bearer Capability (средства доставки информации), содержащий
различные атрибуты, характеризующие запрашиваемую услугу, в час-
123
тности, атрибуты передачи информации; длина составляет от 4 до 13
байтов;
— Channel Identification (идентификатор канала), указывающий
на канал В, выбранный для обслуживания вызова; длина составляет
два и более байтов;
— Calling Party Number, определяющий номер вызывающего або-
нента; длина составляет два и более байтов;
— Called Party Number, определяющий номер вызываемого або-
нента; длина составляет два и более байтов.
Процессы обслуживания вызовов. Рассмотрим процессы установ-
ления соединения и разъединения между терминалами типа ТЕ1 сети
ISDN с применением сигнализации DSS1 (рис. 3.23).
Установление соединения. Получив доступ к D-каналу, вызываю-
щий терминал посылает в сеть сообщение SETUP. В рассматривае-
124
Вызывающий
Вызываемый
Рис. 3.23. Установление соединения по протоколу DSS1
мом примере сообщение SETUP включает в себя: номер вызываю-
щего абонента; атрибуты передачи информации: режим передачи —
коммутация каналов, скорость передачи составляет 64 кбит/с, спо-
собность передачи информации — 3,1 кГц аудио; номер канала В на
данном интерфейсе и другие. Сеть на сообщение SETUP отвечает
сообщением SETUP АСК, подтверждающим прием сообщения
SETUP. Далее от вызывающего терминала передается сообщение
INFO, содержащее номер вызываемого абонента. Теперь в ответ пе-
редается сообщение CALL PROC, извещающее, что сетью принята
вся информация, необходимая для дальнейшего соединения. Через
сеть ISDN устанавливается соединение с использованием сигнали-
зации ОКС №7 или QSIG. От сети в сторону вызываемого абонента
передается сообщение SETUP, содержащее номер вызывающего або-
нента, номер канала В, выбранного на интерфейсе вызываемого або-
нента, атрибуты передачи информации и другую информацию. Если
абонент свободен, то вызываемому абоненту посылается сигнал вы-
зова, а от вызываемого терминала передается сообщение ALERT,
транслируемое через сеть ISDN и принимаемое в вызывающем тер-
минале. Вызывающий абонент получает от терминала сигнал конт-
роля посылки вызова. Когда вызываемый абонент ответит на вызов,
от его терминала передается сообщение CONN, которое достигает
терминала вызывающего абонента. На каждом звене в обратном
125
направлении передается сообщение CONN АСК, подтверждающее
прием сообщения CONN. Соединение установлено и абоненты мо-
гут вести разговор.
В отличие от рассмотренной процедуры соединения номер вы-
зываемого абонента от вызывающего терминала может передавать-
ся в сообщении SETUP. Тогда сообщения SETUP АСК и INFO не
посылаются.
Разъединение. В любой момент времени независимо друг от дру-
га терминалы вызывающего и вызываемого пользователей могут по-
слать сообщение DISC, извещающее, что абонент передал отбой
(рис. 3.24).
Инициирующий Сеть ISDN Другой
терминал терминал
Рис. 3.24. Разъединение по протоколу DSS1
Терминал, инициирующий посылку сообщения DISC, освобож-
дает на своем интерфейсе канал В. В .ответ на сообщение DISC, сеть
посылает терминалу сообщения REL, транслирует отбой и посылает
сообщение DISC другому терминалу. Инициирующий терминал по-
сылает в сторону сети сообщение REL СОМ и сеть освобождает ка-
нал В. На интерфейсе другого терминала также посылаются сооб-
щения REL и REL СОМ, в результате чего освобождается канал В
этого интерфейса.
Принципы адресации и нумерации в сети ISDN. В основу системы
адресации и плана нумерации абонентов сети ISDN положены систе-
ма адресации и план нумерации, принятые в телефонной сети. Адрес
ISDN состоит из следующих составляющих (рис. 3.25): код страны,
126
Рис. 3.25. Нумерация ISDN
национальный код назначения, номер абонента и подадрес ISDN.
На рис. 3.25 показаны национальный и междугородный номера. Код
страны имеет от одной до трех цифр (код России — 7). Национальный
код назначения определяет внутри страны сеть или узел сети. Меж-
дународный номер ISDN имеет, как правило, до 15 десятичных цифр,
но допускается» 16—17 цифр.
Подйдрес ISDN может включать до 40 десятичных цифр и пред-
ставляет собой адрес одного из компонентов, включенных в терми-
нал. Например, это может быть адрес порта одного из приложений
персонального компьютера, играющего роль терминала. На телефон-
ной сети подадрес может использоваться для выбора абонента УАТС
малой емкости (офисной АТС), включенной в сеть общего пользо-
вания на правах абонентской установки.
Дополнительные виды услуг в сети ISDN. На сети связи в первую
очередь предоставляются основные услуги, позволяющие передавать
между абонентами информацию соответствующего вида, например
речь. Дополнительные услуги, по сравнению с основными, позво-
ляют абонентам сети связи с цифровыми АТС получить новые фун-
кциональные возможности. Реализация дополнительных услуг до-
стигается главным образом программными средствами. Некоторые
из таких услуг требуют обязательного использования общих кана-
лов сигнализации. Часть дополнительных услуг доступна только або-
нентам с терминалами сети ISDN (цифровыми телефонными аппа-
127
ратами). Набор предлагаемых дополнительных услуг и алгоритм их
выполнения зависят от каждого типа АТС. С целью предоставления
дополнительных услуг на цифровой сети с коммутационными стан-
циями разных типов МСЭ-Т были приняты рекомендации, которых
должны были придерживаться все производители коммутационно-
го оборудования. Эти рекомендации предназначены для узкополос-
ных сел ей ISDN. Все дополнительные услуги разделены на 7 ipynn.
Ниже приводится описание наиболее часто используемых дополни-
тельных услуг.
Группа 1. Дополнительные услуги по идентификации номе-
ра, к которым относятся следующие.
Прямой набор (DDI). Услуга позволяет вызывать абонента учреж-
денческой цифровой АТС с функциями ISDN без участия операто-
ра входящей связи. Услуга предназначена для входящей связи от
сети общего пользования к абоненту учрежденческой АТС. Сеть
общего пользования и учрежденческая АТС должны выполнять
функции ISDN.
Множественный абонентский номер (MSN). Услуга позволяет за-
креплять за одним интерфейсом ISDN множество номеров. Исполь-
зуется на базовом доступе ISDN для предоставления каждому тер-
миналу одного или нескольких абонентских номеров.
Идентификация линии вызывающего абонента (СЫР). При уста-
новлении соединения на сети ISDN номер вызывающего абонента
передается в сообщении SETUP вызываемой стороне. Этот номер
может отображаться на дисплее цифрового телефонного аппарата
вызываемого абонента.
Запрет идентификации линии вызывающего абонента (CLIR). Вы-
зывающий абонент может воспользоваться этой дополнительной
услугой для предотвращения передачи своего номера вызываемой
стороне. Заявка на услугу передается от аппарата вызывающего або-
нента по каналу D в сообщении SETUP. Запрет может действовать
постоянно или в течение заданного времени.
Идентификация линии вызываемого абонента (COLP). Услуга по-
зволяет на сети ISDN вызывающей стороне знать, с каким абонен-
том произошло соединение. При установлении соединения номер
вызываемого терминала передается по каналу D в сообщении
CONNECT. Эта услуга полезна при передаче или пересылке вызова
на входящей стороне другому абоненту.
128
Запрет идентификации линии вызываемого абонента (COLR). На
сети ISDN происходит запрет на отображение у вызывающего або-
нента номера вызываемого абонента. Данные о запрете передаются
от терминала ISDN в сообщении CONNECT.
Идентификация злонамеренного вызова (MC1D). Услуга позволяет
вызванному абоненту идентифицировать и зарегистрировать номер
вызывающего абонента на коммутационных станциях в случаях зло-
намеренных вызовов. При поступлении злонамеренного вызова вы-
званный абонент до разъединения должен передать со своего аппа-
рата заявку на идентификацию злоумышленного вызова. На АТСЦ
будет зарегистрирован номер вызывающего абонента, а также но-
мер вызванного абонента, время и дата вызова.
Подадресация (Subaddresing). Определяется полный адрес ISDN
вызывающей стороны, включая подадрес (дополнительный номер
для выбора абонента внутри УАТС).
Группа 2. Дополнительные услуги по обслуживанию вызовов,
связанные с установлением соединений и с маршрутизацией вызо-
вов. Такими услугами являются следующие.
Безусловная переадресация вызова (CFU ). При установлении соеди-
нения на cem ISDN все поступающие вызовы к абоненту пересылают-
ся другому абоненту. Терминал другого абонента может быть включен в
любую АТС сети ISDN. Пересылка вызова в сети ISDN производится с
использованием сообщения SETUP. Вызывающий абонент и абонент,
которому первоначально пред назначался вызов, получают уведомле-
ние о пересылке вызова.
Пересылка вызова при занятости абонента (CFB). Процедура вы-
полнения услуги аналогична безусловной пересылке вызова, но пере-
сылка вызова выполняется в случае занятости вызываемого абонента.
Пересылка вызова при неответе абонента (CFNR). Процедура вы-
полнения услуги аналогична безусловной пересылке вызова, но пе-
ресылка вызова выполняется в случае отсутствия вызываемого або-
нента. Пересылке вызова предшествует посылка вызова в течение
заданного времени.
Передача вызова на другого абонента (CD). Обеспечивается меха-
низм, при котором все вызовы, направленные к одному абоненту,
автоматически передаются на другой номер. Используется в том слу-
чае, когда вызываемый абонент может перейти со своего рабочего
места в другое помещение.
9-3936
129
Группа 3. Дополнительные услуги по завершению вызова, свя-
занные с завершением обслуживания входящего вызова. Эти услуги
включают следующие.
Ожидание вызова (CW). Когда вызываемый абонент занят, он мо-
жет быть извещен о новом входящем вызове. Сообщение о новом
вызове появляется на дисплее с указанием номера вызывающего або-
нента. Вызываемый абонент также может получить тональный сиг-
нал уведомления о новом вызове от своего терминала. По своему
усмотрению вызываемый абонент может продолжить текущий раз-
говор или ответить на новый вызов. При ответе на новый вызов пре-
жний разговор может быть поставлен на удержание. Вызывающий
абонент получает на дисплее подтверждение о том, что вызываемый
им абонент извещен о новом вызове.
Удержание вызова (СИ). При поступлении нового вызова абонент
сети ISDN может перевести существующее соединение на удержа-
ние. При этом соединение не нарушается, а занятый этим соеди-
нением канал В базового доступа освобождается. Абонент переклю-
чается на новый вызов, а затем возвращается к прерванному со-
единению.
Группа 4. Дополнительные услуги с множеством участников,
которые обеспечивают связь между тремя и более абонентами. К ним
относятся следующие услуги.
Конференц-связь (CONF). Множество абонентов могуг быть собра-
ны в одной конференции. Сбор участников конференции происхо-
дит с телефонного аппарата организатора конференции путем набо-
ра соответствующих номеров. Во время конференции организатор
может выводить участников из конференции или добавлять новых
участников. Эта дополнительная услуга требует дополнительных ап-
паратных средств, называемых комплектами, мостами или сервера-
ми конференц-связи. В этих устройствах происходит цифровое сум-
мирование разговорных сигналов, что позволяет реализовать режим
разговора по принципу: один говорит, все слышат. Обычно в цифро-
вых АТС в одной конференции могут участвовать до 8 абонентов. При
использовании специальных мостов конференц-связи число участ-
ников может составлять 30 и более.
Трехсторонняя связь (3PTY). Услуга позволяет организовать конфе-
ренц-связь с тремя участниками, один из которых является органи-
затором конференции. Во время конференции организатор может:
130
попеременно разговаривать с каждым из участников, ставя соедине-
ние с другим участником на удержание; отключить одного из участ-
ников и разговаривать с оставшимся участником; закончить конфе-
ренцию. Каждый из участников может самостоятельно выйти из кон-
ференции. Услуга требует дополнительных аппаратных средств.
Группа 5. Дополнительные услуги по общим интересам, обес-
печивающие создание «частных» сетей внутри общей сети ISDN.
К этим услугам относятся следующие.
Замкнутая группа пользователей (CUG). Позволяет группе абонен-
тов создавать выделенную логическую сеть, в которой абоненты со-
единяются только между собой. На сети ISDN абоненты одной груп-
пы могут относиться к разным АТСЦ. Один или множество абонен-
тов этой группы могут использовать входящую и исходящую связь с
абонентами вне данной группы. Один абонент может входить более
чем в одну группу.
Выделенный план нумерации (PNP). Обеспечивается создание вы-
деденного плана нумерации внутри виртуальной выделенной сети
ВДОД1«вдюльзующей ресурсы общей сети.
Мноеоуровневое обслуживание с приоритетами и с прерываниями
(Л/£Р/).Обеспечивается обслуживание вызовов с приоритетами. За
каждым вызовом закрепляется уровень приоритета (precedence).
Прерывание (preemption) — это свойство передавать ресурсы, кото-
рые используются вызовом с низким приоритетом, вызову с высо-
ким приоритетом, если нет иных доступных ресурсов.
Приоритетное обслуживание {priority service). Услуга позволяет
обслуживать на сети вызовы с приоритетами, адресованные к задан-
ным терминалам, в соответствии с установленным порядком выбо-
ра пути (маршрута).
Запрет исходящей связи (outgoing call barring). Членам замкнутой груп-
пы пользователей запрещается связь вне данной группы.
Группа 6. Дополнительные услуги об оплате, которые доводят
до абонентов информацию о текущей плате за сетевые услуги или
позволяют пользоваться кредитными картами.
Группа 7. Дополнительные услуги по передаче дополнительной
информации, связанные с передачей между пользователями дополни-
тельной по отношению к основному вызову информации. Главной ус-
лугой здесь является сигнализация от пользователя к пользователю
(UUS). Услуга позволяет передавать короткие текстовые сообщения
131
по сети ISDN от одного терминала к другому. Набор текста произво-
дится с помощью кнопочного пульта телефонного аппарата. На при-
нимающей стороне текст coo6i цения появляется на дисплее телефон-
ного аппарата и сохраняется в памяти аппарата. Длина одного сооб-
щения может достигать 128 байт. Текстовые сообщения передаются
по сигнальным каналам D базового и первичного доступов и поэто-
му могут быть переданы при занятости или отсутствии абонента. Тек-
стовые сообщения могут быть вставлены в разные сигнальные сооб-
щения или в специальное сигнальное сообщение — USER INFOR-
MATION (Пользовательская информация).
К дополнительным услугам следует также отнести широко рас-
пространенную Речевую почту (Voice Mail). Такая услуга дает воз-
можность абонентам пользоваться индивидуальными «речевыми по-
чтовыми ящиками» для записи речи абонентов при входящей связи,
если вызываемый абонент не отвечает на вызов или он переадресо-
вал свои вызовы на Речевую почту. Наличие сообщения в «почтовом
ящике» индуцируется на дисплее цифрового телефонного аппарата
или передается в виде специального тонального сигнала при снятии
абонентом трубки аналогового аппарата. Эта услуга не стандартизо-
вана. Она требует специальных аппаратных средств. Для записи ре-
чевых сообщений используется накопитель на жестком диске или
флэш-память.
3.5. Системы межстанционной сигнализации
на цифровых сетях ISDN
Виды систем сигнализации по общему каналу и их основные харак-
теристики. Создание систем коммутации с программным управ-
лением, сопровождавшееся расширением функций АТС, повлекло
за собой разработку новых протоколов межстанционной сигнализа-
ции. Системы сигнализации по индивидуальным каналам, использо-
вавшиеся на аналоговых телефонных сетях, характеризовались низкой
скоростью передачи линейных и, особенно, управляющих сигналов.
Они могли обеспечить выполнение практически только одной
основной функции — установления разговорных соединений между
двумя абонентами. Концепция создания сетей ISDN потребовала
существенного расширения информационного обмена, так как
новые сети предусматривали передачу не только речи, но и данных,
132
а также предоставление абонентам разнообразных дополнительных
услуг. Работы по созданию новых систем сигнализации проводились
как в рамках исследовательских комиссий МСЭ-Т, так и труппами
разработчиков фирм-производителей коммутационного оборудова-
ния. Поэтому, несмотря на появление в 1980 г. спецификаций Меж-
дународного стандарта сигнализации по общему каналу ОКС№ 7
(SS 7 — Signalling System No. 7), к концу XX века на телефонных се-
тях использовалось множество различных нестандартных протоко-
лов общеканальной сигнализации. Последние, часто называемые
«фирменными» протоколами, постепенно вытесняются стандартны-
ми системами сигнализации, обеспечивающими возможность сопря-
жения аппаратуры разных производителей. Отечественные цифро-
вые сети, интенсивное развитие которых началось несколько позже
по сравнению с сетями развитых зарубежных стран, к счастью, из-
бежали широкого применения нестандартных протоколов.
Все современные системы сигнализации для цифровых ISDN-се-
тей относятся к классу сигнализаций по общему каналу. По сравне-
нию с системами сигнализации по индивидуальным каналам, они
обесценивают ряд важных преимуществ, таких, как:
-'«т^шамовскорость установления соединений;
лтадаухстороннее использование линий пучка;
— обслуживание вызовов как на местной, так и на междугород-
ной сети;
— реализация разнообразных дополнительных услуг;
— снижение числа ошибок при установлении соединений.
На сети телефонной связи общего пользования используются ре-
комендованные МСЭ-Т и Европейским институтом стандартов в
области телекоммуникаций (ETSI) сигнализации EDSS1, ОКС№7,
V5.1 и V5.2. Как показано на рис. 3.26, протокол EDSS1 применяет-
ся на цифровых абонентских линиях, а также на линиях, связываю-
щих опорные станции (ОПС) городских сетей с учрежденческо-про-
изводственными телефонными станциями (УПАТС) технологичес-
ких сетей небольшой емкости. Сигнализация ОКС№ 7 предназна-
чена для организации взаимодействия коммутационных узлов
местных, междугородных и международных сетей. Она может быть
использована также на соединительных линиях, связывающих
УПАТС с транзитной (ТС) или опорно-транзитной станцией (ОПТС)
общегосударственной сети (см. рис. 3.26).
133
Назначением протоколов V5.1 и V5.2 является сопряжение муль-
типлексоров и концентраторов с опорной телефонной станцией.
В мультиплексор включаются абонентские линии, за каждой из ко-
торых закрепляется ОЦК в цифровом канале EI, связывающем этот
мультиплексор с ОПС или ОПТС. Управление установлением со-
единений в этом случае целиком возложено на опорную станцию,
которая получает информацию о действиях абонентов в сообще-
ниях сигнализации V5.1. Число абонентских линий, включаемых в
концентратор, превышает число ОЦК в каналах Е1, связывающих
последний с опорной АТС. Поэтому закрепление канала за абонен-
тской линией производится в концентраторе только на время об-
служивания вызова. Такой способ взаимодействия поддерживает-
ся сигнализацией V5.2.
На соединительных линиях и междугородных каналах техноло-
гических (корпоративных) сетей получила распространение обще-
канальная сигнализация QSIG. Протокол QSIG во многом совпада-
ет с EDSS1, поскольку он создавался на основе тех же рекомендаций
МСЭ-Т. Тем не менее между упомянутыми сигнализациями суще-
ствуют принципиальные различия. Если для сигнализации EDSSI,
предназначенной для организации абонентского доступа, характерно
наличие различных требований к функционированию интерфейсов
со стороны пользователя (U) и со стороны сети (N), то сигнализаци-
ей QSIG предусмотрены одинаковые права двух взаимодействующих
134
коммутационных узлов. Кроме того, протокол QSIG отличается от
EDSS1 в области организации дополнительных услуг и способа вво-
да новых услуг. Полные спецификации QSIG содержатся в докумен-
тах ETSI. Широкое распространение этого протокола объясняется
тем, что предназначенная для тех же целей сигнализация ОКС № 7
является чрезвычайно сложной в реализации из-за наличия множест-
ва подсистем, большая часть которых не востребована на технологи-
ческих сетях. Подавляющее большинство производителей оборудо-
вания современных цифровых УПАТС включают в свою продукцию
поддержку протокола QSIG и лишь немногие из них поддерживают
ОКС №7.
Система сигнализации ОКС № 7. Для организации общего канала
сигнализации ОКС№ 7 на физическом уровне в цифровых каналах
Е1, связывающих телефонные станции, выделяется один или несколь-
ко канальных интервалов, которые используются исключительно для
передачи сигнальной информации. Число канальных интервалов ОКС
определяется в зависимости от интенсивности потока вызовов, об-
служиваемого в соответствующем направлении связи. Один канал сиг-
налиавпиисо скоростью передачи информации 64 кбит/с обычно спо-
собен обслуживать примерно 300 разговорных каналов. Таким обра-
3OW;b цифровых каналах Е1, не содержащих ОКС, для передачи речи
можно использовать не 30, а 31 канал. Спецификациями протокола
сигнализации не предписывается выделение какого-либо определен-
ного канального интервала для организации звена сигнализации. Ча-
сто для этой цели используется КИ1.
Структура системы сигнализации ОКС№7 представлена на рис. 3.27.
В левой части рисунка указано соответствие подсистем ОКС№ 7 семи
уровням модели взаимодействия открытых систем. Модель ОКС №7
состоит из двух основных частей: подсистемы передачи сообщений
МТР и подсистем пользователей и приложений. К подсистемам
пользователей и приложений относятся: TUP — подсистема теле-
фонных пользователей; ISUP — подсистема пользователей сети
ISDN; MUP — подсистема пользователей подвижной связи (стан-
дарт NMT); HUP — подсистема передачи сигналов управления в про-
цессе разговора на сети мобильной связи стандарта NMT; SCCP —
подсистема управления соединением сигнализации; ТСАР — под-
система обработки транзакций; МАР — подсистема пользователей
мобильной связью станарта GSM; ОМАР — подсистема техобслу-
135
Рис. 3.27. Структура системы сигнализации ОКС № 7
живания и эксплуатации; INAP — подсистема пользователей интел-
лектуальной сети.
Не все подсистемы находят применение на современных сетях
связи. Подсистемы MUP и HUP утратили свою актуальность, по-
скольку устарел стандарт аналоговых сетей подвижной связи NMT.
Технологии интеллектуальных сетей, для которых создавалась под-
система INAP, напротив, пока еще не получили широкого распро-
странения. Функции подсистемы технического обслуживания и эк-
сплуатации востребованы мало прежде всего из-за ограничений, свя-
занных с низкой пропускной способностью ОКС. Техническая экс-
плуатация оборудования связи сегодня базируется не на ОМАР, а на
системах мониторинга и администрирования, организованных с ис-
пользованием высокоскоростных сетей передачи данных. На россий-
ской общегосударственной сети телефонной связи было принято ре-
шение не применять также подсистему TUP, поскольку ее функции
реализуются средствами ISUP. Подсистема SCCP вместе с МТР обес-
печивает выполнение сетевых функций. Средствами SCCP органи-
зуются логические соединения для передачи блоков данных, кото-
рые могут быть непосредственно не связаны с конкретными соеди-
нениями разговорных каналов. Для первого знакомства с системой
136
сигнализации ОКС № 7, имея в виду ее применение на технологи-
ческих сетях связи, достаточно рассмотреть протоколы МТР и 1SUP.
Подсистема Л/ТРвыполняет функции транспортной платформы,
общей для всех пользователей и приложений. Ее задачей является обес-
печение перед ачи информации между пунктами сети в нужной после-
довательности с заданной достоверностью. Необходимо подчеркнуть,
что в МТР реализованы функции не только канального, но и сетевого
уровней. Это означает, что данная подсистема способна обеспечивать
доставку информации по маршрутам, включающим в себя более двух
коммутационных узлов.
Сигнальные сообщения передаются в виде пакетов перемен-
ной длины, называемых сигнальными единицами. Существуют
три вида сигнальных единиц: значащая сигнальная единица (MSU),
предназначенная для передачи сигнальных сообщений, сформи-
рованных в подсистемах пользователей и приложений; сигналь-
ная единица состояния звена (LSSU), служащая для контроля со-
стояния звена сигнализации; заполняющая сигнальная единица
(FISU), обеспечивающая синхронизацию на звене при отсутствии
сигнальной информации.
5 LSSU используются лишь на этапе установления соединения в
ЗДенеФигнадрзации при запуске оборудования в эксплуатацию, а
Также при восстановлении канала после аварии. Путем передачи/
приема определенного количества LSSU стороны определяют каче-
ство сигнального канала и, если оно соответствует нормативному
значению, канал включается в работу. В установившемся режиме пе-
редаются только MSU и FISU.
Как показано на рис. 3.28, каждая сигнальная единица начинается
и оканчивается флагом вида 01111110. Формирование и использова-
ние флага такое же, как в протоколе LAPD ISDN (см. главу 3.4). При-
ем семи и более единиц подряд означает, что информация искажена
при передаче.
Достоверность информационного обмена обеспечивается исполь-
зованием корректирующего циклического кода. Остаток от деления
содержимого сигнальной единицы на образующий полином вида
х16+х12+х5+1 размещается в двухбайтовом поле FCS. Применяе-
мый корректирующий код позволяет обнаруживать, но не исправ-
лять ошибки, поэтому искаженные сигнальные единицы при при-
еме отбрасываются.
137
138
В процедуре обнаружения и исправления ошибок используются
поля прямого (FSN) и обратного (BSN) порядкового номера, а так-
же прямой (FIB) и обратный (BIB) бит-ивдикаторы. Обмен инфор-
мацией происходит в следующем порядке. Каждой последующей
MSU присваивается FSN, значение которого на единицу больше зна-
чения FSN, назначенного предыдущей MSU. Поскольку поле по-
рядкового номера состоит из 7 разрядов, FSN изменяется в диапазо-
не от 0 до 127 циклически, так что за сигнальной единицей с номе-
ром 127 следует сигнальная единица с номером 0. Если новых MSU
для передачи нет, то в канал отправляются FISU с одинаковыми зна-
чениями FSN, равными прямому порядковому последней передан-
ной MSU. Поле BSN сигнальных единиц, передаваемых в обратном
направлении, несет номер последней правильно принятой MSU.
При этом, например, за сигнальной единицей со значением BSN=68
может следовать сигнальная единица с значением BSN = 75, свиде-
тельствующая о правильном приеме всех MSU, начиная с FSN = 69
до FSN = 75 включительно. Если ошибки отсутствуют, значения бит-
индикаторов FIB, передаваемого в прямом направлении, и BIB, пе-
редаваемого в обратном, одинаковы. При обнаружении ошибки при-
ема значение BIB обратного направления будет проинвертировано.
Обнаружив это, передающая сторона начнет повторно передавать все
MSU, начиная с той, которая следует за последней принятой пра-
вильно. При повторной передаче значение FIB также инвертирует-
ся, после чего FIB и BIB, отправляемые навстречу друг другу, вновь
оказываются одинаковыми. В каналах с бдльшим временем распро-
странения сигнала, например в каналах спутниковой связи, приме-
няется другой способ взаимодействия — способ с превентивным цик-
лическим повторением. Поскольку на технологических сетях он
встречается редко, его подробное описание здесь не приводится.
Вид сигнальной единицы и длину ее содержимого определяет зна-
чение индикатора длины LI. Не имеющая содержимого, FISU несет
значение LI=0. Индикатор длины сигнальной единицы состояния
звена LSSU равен 1 или 2. Значения LI от 3 до 63 соответствуют MSU.
Величина LI равна числу байт содержимого сигнальной единицы в
тех случаях, когда это число не превышает 62. Значение LI=63 гово-
рит о том, что в сигнальной единице содержится от 63 до 272 байт.
В значащей сигнальной единице содержатся байт служебной ин-
формации SIO и поле сигнальной информации SIF. Внутри SIO на-
139
холятся индикатор службы и поле подвида службы. Индикатор служ-
бы, занимающий 4 бита, отмечает к какой подсистеме относится дан-
ная сигнальная единица: ООН — SCCP, 0100 — TUP, 0101 — ISUP.
Индикатор службы может также указывать, что сигнальная единица
несет информацию по управлению сетью сигнализации (0000) или
предназначена для тестирования звена сигнализации (0001). В поле
подвид а службы, также состоящем из 4 бит, используются только два
старших разряда, указывающих через какую сеть устанавливается со-
единение: 00 — международная сеть; 01 — резерв для международ-
ной сети; 10 — междугородная сеть; 11 — местная сеть.
Функции сетевого уровня реализуются в подсистеме МТР с по-
мощью адресной информации, содержащейся в значащих сигналь-
ных единицах. Каждому пункту сигнализации, в качестве которого
обычно выступает коммутационный узел, присвоен 14-битовый код.
Такие коды, будучи размещены в полях DPC и ОРС, позволяют под-
системе определить соответственно получателя и отправителя сооб-
щения. В пункте транзита выбор маршрута Доставки сигнальной еди-
ницы осуществляется средствами МТР без обращения к подсисте-
мам верхних уровней. Если маршрут от отправителя к получателю
может быть проложен через два или более звеньев сигнализации, под-
система передачи сообщений стремится равномерно распределить
нагрузку между звеньями. При этом сигнальные единицы, относя-
щиеся к обслуживанию одного вызова, должны направляться по од-
ному и тому же пути. Для решения этой задачи используется поле
выбора звена сигнализации SLS, идентифицирующее используемый
маршрут.
Подсистема ZSZZP обеспечивает установление соединений на се-
тях с цифровыми АТС, в которые включаются как цифровые, так и
аналоговые абонентские установки. С помощью этой подсистемы
также возможна организация разнообразных дополнительных услуг,
предоставляемых абонентам. На рис..3.29 показан пример обмена
сообщениями ISUP при установлении соединения между абонента-
ми двух АТС. После того как вызывающий абонент занимает свою
абонентскую линию и, услышав сигнал ответа АТС, набирает номер,
АТС 1 определяет направление установления соединения и посыла-
ет на встречную станцию начальное адресное сообщение — IAM
(Initial Address Message). При условии, что в этом сообщении содер-
жится полный номер вызываемого абонента, АТС 2 отправляет со-
140
Абонент А АТС 1
— Занятие АЛ
Ответ АТС
---Цифра----*-
АТС 2
Абонент Б
Цифра --►
—Цифра---*•
IAM--------
-АСМ
кпв----
кпв----
Посылка
вызова
Посылка
вызова-
-ANM-
Рис. 3.29. Пример обмена сообщениями ISUP в системе ОКС № 7
общение «адрес полный» — ACM (Address Complete Message). Если
вызываемый абонент оказывается свободным, ему посылается вы-
зывной сигнал. В это время вызывающий слышит сигнал контроля
посылки вызова (КПВ). Ответ вызываемого абонента инициирует
передачу со стороны АТС 2 сообщения «ответ» — ANM (Answer
Message), после чего обеими сторонами устанавливается разговор-
ное соединение. Отбой любого из абонентов сопровождается посыл-
кой сообщения об освобождении канала — REL (Release). Встреч-
ная сторона, освободив канал, использовавшийся в соединении, ин-
формирует об этом сообщением «освобождение завершено» — RLC
(Release Complete).
Сообщения подсистемы ISUP переносятся в поле SIF значащей
сигнальной единицы (область «Содержимое MSU» на рис. 3.28).
Структура сообщения показана на рис. 3.30. Каждое сообщение свя-
141
8 7 6 5 4 3 2 1
Необязательная часть Обязательная часть ( У ( > Идентификатор канала CIC 1 2
0 0 0 0
Тип сообщения
Содержимое первого фиксированного информационного элемента
• ••
Содержимое последнего фиксированного информационного элемента
Указатель первого информационного элемента переменной длины —
•••
Указатель последнего информационного элемента переменной длины
Указатель начала необязательной части
Длина первого информационного элемента переменной длины
Сод ержимое первого информационного элемента переменной длины
а.
Длина последнего информационного элемента переменной длины
Содержимое последнего информационного элемента переменной длины
Тип первого необязательного информационного элемента
Длина первого необязательного информационного элемента
Содержимое первого необязательного информационного элемента
•••
Тип последнего необязательного информационного элемента
Длина последнего необязательного информационного элемента
Содержимое последнего необязательного информационного элемента
Конец необязательной части (00000000)
Рис. 3.30. Структура сигнального сообщения
зывается с каналом, участвующим в соединении. Идентификатор
этого канала содержится в 12-битовом поле CIC. За полем CIC сле-
дует код типа сообщения. Сообщению ТАМ, например, соответству-
ет код 00000001, сообщению ANM — код 00001001. Далее располага-
142
ются информационные элементы, несущие значения параметров со-
общения. Первую часть составляют обязательные элементы, список
которых различается у сообщений разных типов, но строго опреде-
'лен стандартом. Такие информационные элементы присутствуют
В сообщении всегда. Обязательные элементы, имеющие фиксиро-
ванную длину, размещены в начале и д ля определения занимаемого
ими места не требуется никаких дополнительных указателей. Мес-
тоположение обязательных элементов переменной длины, как по-
казано на рисунке, задается значениями указателя и длины. Нали-
чие или отсутствие в сообщении необязательных информационных
элементов зависит от вида устанавливаемого соединения. Список
элементов данного типа также регламентирован для каждого сооб-
щения. При определении положения необязательного элемента ис-
пользуются поля указателя необязательной части и длины инфор-
мационного элемента.
На рис. 3.31 представлен пример расшифровки сообщения ТАМ.
Названия параметров вьщелены жирным шрифтом. Каждый параметр
Содержит несколько полей. В начале строки указан номер байта в со-
общении, содержащего соответствующее поле. Если поле параметра
занимаетне целый байт, то вслед за номером приводятся значения
соответствующих ему бит с учетом их местоположения внутри байта.
В этом начальном адресном сообщении содержатся следующие обя-
зательные параметры фиксированной длины: «Индикаторы типа со-
единения»; «Индикаторы вызова прямого направления»; «Категория
вызывающего абонента»; «Требования к среде передачи».
Параметр «Номер вызываемого абонента»—также обязательный,
но имеет переменную длину. Параметр «Номер вызывающего або-
нента» является необязательным.
В России принят национальный вариант спецификации подсис-
темы ISUP, содержащий некоторые дополнения к основному стандар-
ту МСЭ-Т, обеспечивающие совместимость с уже существующими на
отечественных сетях системами сигнализации.
Система сигнализации QSIG. Сигнализация QSIG предназначена
д ля использования на стыке двух УПАТС технологической сети свя-
зи. Соответствующий интерфейс обозначается как «опорная точка Q»,
от чего и произошло название данного протокола. Протокол QSIG,
также как EDSS1 иОКС№7, обеспечивает поддержку функций циф-
ровой сети с интеграцией услуг.
143
> Основные параметры сигнальной единицы:
ООО .0100011 Обратный порядковый номер (BSN): 35
ООО 1 Обратный бит-индикатор (BIB): 1
001 .0100110 Прямой порядковый номер (FSN): 38
001 1 Прямой бит-индикатор (FIB): 1
002 ..100000 Индикатор длины (LI): 32
035-036 Проверочная комбинация (FCS): 75A0h
> Значащая сигнальная единица (MSU)
> Расшифровка параметров сообщения:
003 11000101 Байт служебной информации (SIO): ISUP
004-005 Код пункта назначения (DPC): 0012h
005-007 Код пункта отправления (ОРС): OOlAh
007 0101.... Выбор звена сигнализации (SLS): 0101
008-009 Идентификатор канала (CIC): 853
010 00000001 Тип сообщения: IAM - начальное адресное сообщение
011 — Индикаторы типа соединения (Nature Of Connection Indicators)
011 00 Спутниковые каналы (Satellite): в соединении не используются
011 ....00.. Шлейфная проверка (Continuity Check): проверка не требуется
011 ...0. . .. Эхоподавление (Echo control): эхозаградитель не включен
012 Индикаторы вызова прямого направления (Forward Call Indicators)
012 0 Национальный/международный вызов (National/International Call): ।
обработка вызова как национального
012 00. Метод «из конца в конец» (End-to-end Method): метод недоступен
012 ....0... Взаимодействие (Interworking): взаимодействие не используется
012 ...0.... Наличие информации «из конца в коней» (End-to-end information):
информация присутствует
012 . .1 Использованрие ISUP (ISDN User Part): ISUP на всем пути
012 00 Предпочтительность ISUP (ISUP Preference),: предпочтительно на всем пути
013 0 Доступ ISDN (ISDN Access): исходящий не является доступом ISDN
013 00. Использование метода SCCP (SCCP Method): нет индикатора
014 Категория вызывающего абонента (Calling Party Category)
014 00001010 Категория вызывающего абонента (Calling Party Category): обычный
абонент (категория 1)
015 Требования к среде передачи (Transmission Medium Requirement)
015 00000011 Требования к среде передачи (Transmission Medium Requirement): 3,1 кГц
аудио
016 Номер вызываемого абонента (Called Party Number)
019 .0000001 Тип адреса (Nature Of Address): абонентский номер
019 0 Индикатор четности/нечетности (Odd/Even Indicator): четное число
адресных сигналов
020 .001.... План нумерации (Numbering Plan): план нумерации ISDN (телефония)
020 0 Внутренний номер сети (Internal Network Number): маршрутизация
по внутреннему номеру разрешена
021-024 Адресные сигналы (Address Signals): 30226621
025 Номер вызывающего абонента (Calling Party Number)
027 .0000011 Тип адреса (Nature Of Address): национальный (значащий) номер
027 0 Индикатор четности/нечетности (Odd/Even Indicator) : четное число 1
адресных сигналов
028 11 Контроль номера абонента (Screening): номер предоставлен сетью
028 ....00.. Запрет предоставления номера (Address presentation Restriction):
предоставление разрешено
028 .001.... План нумерации (Numbering Plan): план нумерации ISDN (телефония)
028 0 Индикатор полноты номере абонента (Number incomplete Indicator): номер
полный
029-033 Адресные сигналы (Address Signals): 8123417832
Рис. 3.31. Пример расшифровки сообщения IAM
На физическом и канальном уровнях QSIG практически совпа-
дает с EDSS1. Несмотря на то, что этот протокол допускает исполь-
зование разных трактов для передачи сигнальной информации,
144
включая сеть с коммутацией пакетов, наиболее частым объектом его
применения является D-канал (КИ16) интерфейса PRI. При этом
протоколом звена данных является LAPD, описанный выше.
На третьем, сетевом, уровне в QSIG предусмотрены два подуров-
ня.Подуровень базового вызова QSIG-BC (Basic Call) обеспечивает
установление обычных соединений, т.е. соединений без предостав-
ления большинства дополнительных услуг. Подуровень универсальных
функций QSIG-GF (Generic Functional Protocol) предназначен для пе-
реноса информации о дополнительных услугах.
Процедуры взаимодействия в рамках подуровня QSIG-ВС похо-
жи на таковые в сигнализации EDSS1. На рис. 3.32 представлена
Абонент А УПАТС 1
УПАТС 2 Абонент Б
— Занятие АЛ—*
Ответ АТС
Цифра----
SETUP
- SETUP ACKNOWLEDGE
information
information
кп в---
кпв----
alerting
____— CONNECT '
CONNECT ACKNOWLEDGE -
Посылка
вызова
Посылка
вызова
Ответ-----
Разговор
—-— Отбой
disconnect —-
_______release-—
release complete
Сигнал
♦занято»
Рис. 3.32. Передача сообщений по протоколу QSIG
145
последовательность передачи сообщений при установлении соеди-
нения между абонентскими линиями, включенными в две разные
УПАТС одной технологической сети. Нетрудно заметить, что наи-
менования, назначение и порядок следования сообщений сигнали-
зации QSIG аналогичны сообщениям EDSS1. Отличия обнаружи-
ваются при детальном анализе параметров. Так, например, параметр
«Идентификатор канала» (Channel Identifier) является обязательным
в сообщении SETUP протокола EDSS1 только в том случае, когда
это сообщение направлено со стороны сети в сторону пользователя.
В сигнализации QSIG указанный параметр обязателен для всех со-
общений SETUP, поскольку обе взаимодействующие УПАТС выпол-
няют одинаковые сетевые функции.
Последовательность взаимодействия станций, изображенная на
рис. 3.32, соответствует способу передачи номера вызываемого або-
нента «с перекрытием». Цифры переносятся в сообщениях INFOR-
MATION, передаваемых по мере их набора абонентом. Возможен так-
же «блочный» способ, при котором весь номер отправляется в сооб-
щении SETUP после того, как абонент закончит набор. В этом случае
встречная сторона обычно не формирует ответное сообщение SETUP
ACKNOWLEDGE, а сразу передает CALL PROCEEDING.
Кроме дополнительных услуг, реализованных в EDSS1, QSIG
поддерживает услуги, специально ориентированные на пользова-
телей технологических сетей связи: идентификацию имени, вме-
шательство в соединение, временный запрет входящей связи, ус-
луги телефонистки, услуги мобильной связи и другие. Кроме того,
благодаря подуровню QSIG-GF, имеется возможность введения
новых услуг, не описанных стандартом. Для этого протоколом пре-
дусматривается передача информации, связанной с услугами, по-
средством необязательного параметра facility (средство) и специ-
ального сообщения FACILITY. Параметр facility может вводиться
в сообщения, обслуживающие обычные соединения (например,
в SETUP). Сообщение FACILITY передается в тех случаях, когда
нет других сообщений, которые могли бы нести информацию об
услуге.
Сравнивая сигнализации QSIG и ОКС № 7 необходимо отме-
тить, что в части установления базовых соединений на телефонной
сети их функции одинаковы. Существенное различие заключается
в отсутствии у протокола QSIG механизма передачи сообщений
146
сигнализации через транзитные пункты, подобного тому, что су-
ществует в подсистеме МТР ОКС № 7. Коммутационный узел, при-
нимающий сообщения QSIG, всегда анализирует их содержимое
полностью, как в рамках второго (LAPD), так и третьего (QSIG-BC
и QSIG-GF) уровней. Это может отражаться на скорости установ-
ления соединений, проходящих через большое количество комму-
тационных узлов, однако благодаря высокой производительности
современных систем программного управления, задержки оказы-
ваются незначительными.
Системы сигнализации V5.1 и V5.2. Как уже говорилось выше,
протоколы V5.1 и V5.2 предназначены для использования на участке
между опорной АТС и оборудованием абонентского доступа —
мультиплексором или концентратором. Как показано на рис. 3.33,
сигнализация V5.1 поддерживает работу одного канала Е1, в кото-
ром каждый из 30 канальных интервалов закреплен за абонентской
линией, включенной в мультиплексор. Таким образом, в мульти-
плексор можно включить до 30 аналоговых абонентских линий или
да4518Р1Ч-терминалов, занимающих по два В-канала. Число кана-
Рис. 3.33. Применение протоколов V5.1 и V5.2
147
лов El, связывающих концентратор с опорной АТС при использова-
нии сигнализации V5.2, может достигать шестнадцати и определяется
нагрузкой, создаваемой абонентами. Соотношение между числом
портов для подключения абонентских линий и количеством разго-
ворных каналов в каналах Е1 составляет обычно от 2:1 до 8:1. Под-
ключение линии к разговорному каналу в канале Е1 при обслужи-
вании вызова выполняет коммутационное поле концентратора.
Очевидно, что концентратор должен иметь более сложную систе-
му управления, что отражено в протоколах сигнализации. Можно
сказать, что функции V5.1 представляют собой подмножество фун-
кций V5.2. По этой причине более подробно будет рассмотрена сиг-
нализация V5.2.
Протоколы V5.1 и V5.2 охватывают три уровня. На физическом
уровне интерфейс V5.2 представляет собой совокупнос ть стандарт-
ных двухмегабитных трактов, обладающую некоторыми специфи-
ческими функциями. В частности, должна обеспечиваться возмож-
ность блокировки любого тракта по запросу опорной АТС. Для орга-
низации сигнальных каналов в каналах Е1 могут использоваться ка-
нальные интервалы КИ16, КИ15 и КИ31. Интервалы КИ15 и КИ31
начинают использоваться только в том случае, когда КИ16 уже за-
няты для целей сигнализации во всех каналах Е1. Протокол каналь-
ного уровня, именуемый LAPV5, обеспечивает достоверный обмен
информацией в пределах звена сигнализации. Так же как и LAPD в
DSS1, он переносит адресную информацию.
На третьем — сетевом — уровне предусмотрено несколько прото-
колов, выполняющих различные функции: протокол ТфОП; прото-
кол назначения несущих каналов; протоколы управления портами,
защиты, управления трактами. Принадлежность передаваемого со-
общения к одному из перечисленных протоколов указывается в за-
головке LAPV5.
Основная задача систем сигнализации V5.1 и V5.2 заключается
в передаче сообщений о действиях абонентов в процессе установ-
ления соединений и при разъединении. Информация о состоянии
аналоговых абонентских линий передается с использованием про-
токола телефонной сети общего пользования (ТфОП). Он позволяет
концентратору сообщать опорной станции о замыкании и размы-
кании шлейфа, о наборе абонентом цифр номера декадным спосо-
бом. В свою очередь опорная АТС передает в обратном направле-
148
нии управляющие сигналы, например, указание послать абоненту
сигнал вызова. Помимо кода передаваемого сигнала, в сообщении
протокола ТфОП содержится номер порта концентратора с вклю-
ченной в него абонентской линией, к которой относится данный
сигнал.
Если абонент пользуется ISDN-терминалом, то концентратор по-
лучает от него сообщения протокола DSS1 посредством канала D
цифровой абонентской линии. Поскольку нет необходимости в пре-
образовании этих сообщений, в рамках V5.2 для ISDN-терминалов
не предусмотрен специальный протокол третьего уровня. Достаточ-
но передавать кадры DSS1 между концентратором и опорной АТС,
так чтобы последняя могла определить, к какому порту концентра-
тора подключен соответствующий терминал. Для этого протокол V5.2
добавляет к сообщению DSS1 заголовок LAPV5 (заголовок прото-
кола второго уровня), несущий адрес ISDN-порта.
Вид сигнальных сообщений, относящихся к цифровым и ана-
логовым портам концентратора, приведен на рис. 3.34. Для пере-
Рис. 3.34. Сигнальные сообщения протокола V5.2 для цифровых и анало-
говых портов концентратора
149
носа кадра DSS1 средствами V5.2 из него изымается проверочная
комбинация (FCS), затем добавляется заголовок протокола второ-
го уровня — LAPV5 с адресом порта, к которому относится данный
кадр, и, наконец, вычисляется новая проверочная комбинация с
учетом добавленного заголовка. В сообщении, относящемся к ана-
логовой абонентской линии, поле адреса порта в заголовке LAPV5
принимает фиксированное значение 8176. Это означает, что в теле
сообщений находится информация протокола ТфОП. Адрес або-
нентского порта в данном случае располагается в поле информа-
ции, относящейся к третьему уровню.
Протокол назначения несущих каналов также играет важную роль
в обслуживании вызовов. Он предназначен для указания номера
разговорного канала в канале Е1, связывающем концентратор с
опорной АТС. Для установления соединения может быть выбран
любой свободный канал. Его назначение обычно осуществляет
опорная станция независимо от того, является ли вызов входя-
щим или исходящим. Разговорный канал закрепляется за абонен-
тской линией на время обслуживания каждого соединения. Для
закрепления канала АТС посылает сообщение ALLOCATION (на-
значение), получив которое, концентратор устанавливает соеди-
нение указанного порта с выбранным каналом и подтверждает ис-
полнение директивы сообщением ALLOCATION COMPLETE
(назначение выполнено). После того как абонент даст отбой,
опорная станция формирует сообщение DEALLOCATION (отме-
на назначения). Концентратор выполняет разъединение и отве-
чает сообщением DEALLOCATION-COMPLETE (назначение от-
менено).
Функции протокола управления, протокола управления тракта-
ми и протокола защиты непосредственно не связаны с обслужива-
нием вызовов. Протокол управления поддерживает общие функции
управления интерфейсом V5.2 и портами, К которым подключены
абонентские линии. Протокол управления трактами предназначен
для контроля целостности, блокировки и разблокировки каналов,
связывающих концентратор с опорной АТС. Протокол защиты слу-
жит для реконфигурации системы сигнализации в случае отказов.
Он позволяет переключать сигнальные каналы при выходе из строя
отдельных каналов Е1 таким образом, чтобы не допустить неправиль-
ной обработки вызовов.
150
Знакомство с функциями интерфейса V5.2 позволяет ответить
на вопрос о том, почему возникла необходимость в его разработке
и по какой причине на стыке с концентратором не используются
протоколы ОКС №7 и DSS1. Во-первых, благодаря использова-
нию сигнализации V5.2 удается существенно упростить алгоритм
работы системы управления концентратором, основной задачей
которой в таком случае является лишь трансляция сигнальных со-
общений от абонентского порта к опорной АТС. Во-вторых, благо-
даря протоколам управления и защиты, концентратор по своей сути
становится частью опорной станции и полностью управляется со
стороны последней.
Глава 4
ПОСТРОЕНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ
С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ
4.1. Основные понятия 1Р-телефонии
и технологии пакетной коммутации
Системы с коммутацией каналов долгое время удовлетворявшие
пользователей в услугах связи в последние годы вытесняются систе-
мами с коммутацией пакетов. Такой процесс продолжится и в даль-
нейшем. Чем это вызвано?
Одна из главных причин состоит в том, что в сетях с пакетной
коммутацией ресурсы сети используются значительно лучше, что
объясняется применением статистического мультиплексирования.
Последнее означает, что по одному и тому же каналу сети передают-
ся пакеты множества пользователей, участвующих в разных соеди-
нениях. В этом случае говорят о системе с распределенными между
пользователями ресурсами сети. На рис. 4.1 показан пример переда-
чи речевых пакетов между двумя узлами коммутации от абонентов
Al, А2 и АЗ к абонентам А4, А5 и Аб (установлены три соединения).
Рис. 4.1. Статистическое мультиплексирование
152
Узел 1 формирует речевые пакеты, когда говорят абоненты Al, А2 и
АЗ, и передает их в канал в порядке их появления. В узле 2 пакеты
принимаются и распределяются между абонентами А4, А5 и Аб. Если
такую схему переложить на систему с коммутацией каналов, то за
каждым соединением придется закрепить один канал (например,
канал 64 кбит/с). Причем каждый канал будет использоваться толь-
ко, когда абонент говорит, что происходит в среднем менее 50 % вре-
мени (один абонент говорит, другой слушает; паузы между словами).
В результате статистического мультиплексирования в сети с пакет-
ной коммутацией появляются задержки^ в получении переданной
информации. Действительно, если вернуться к узлу 1 (см. рис. 4.1),
то весьма вероятно, что во время передачи в канал одного пакета,
появится еще один или два пакета от других абонентов. В этом слу-
чае один или два пакета будут переданы с задержкой. Нетрудно за-
метить, что задержка является переменной величиной. В сетях с ком-
мутацией пакетов задержки речи могут достигать нескольких сот
миллисекунд. В системах с коммутацией каналов задержки возни-
кают в коммутационных полях и в линейных интерфейсах цифро-
вых АТС, однако эти задержки очень малы (обычно до нескольких
миллисекунд) и всегда фиксированы.
Другой причиной перехода на коммутацию пакетов стала возмож-
ность перед авать по сети разнородный трафик: речь, видео и данные
едиными средствами и по единой технологии. Такая сеть, предо-
ставляющая пользователям неограниченный набор услуг, получила
название мулыписервисная. В сети ISDN, как известно, также можно
передавать речь, видео и данные, но при этом средства передачи не
будут едиными. Для предоставления каждой из услуг необходимо
иметь отдельные каналы связи, а также использовать разные техно-
логии: на каналах В — коммутацию каналов, а на каналах D — ком-
мутацию пакетов. Применение в сети коммутации пакетов единых
средств и единой технологии позволяет пропускать разнородный тра-
фик через одни и те же узлы коммутации и по одним и тем же кана-
лам связи. Следовательно, использование ресурсов сети с пакетной
коммутацией становится еще выше. Мультисервисная сеть с пакет-
ной коммутацией должна быть многопротокольной. Это означает, что
при переносе через сеть разных видов информации в узлах сети дол-
1 Здесь и далее не рассматриваются задержки, вызванные временем распростра-
нения электрического сигнала по каналам связи.
153
жна обеспечиваться обработка различных протоколов передачи и
сигнализации.
Основными элементами сети коммутации пакетов являются узлы
коммутации и терминальное (оконечное) оборудование. Узлы ком-
мутации распределяют информацию на сети. Здесь на основе адрес-
ной информации выбираются маршруты передачи пакетов: либо к
другому узлу сети, либо к терминальному оборудованию.
В сетях с пакетной коммутацией могут использоваться разные тех-
нологии, к основным из которых относятся: TCP/IP, ATM и Frame
Relay. Эти технологии отличаются разными возможностями. Так,
например, технология Frame Relay создавалась только для передачи
данных по цифровым сетям. Использовать ее для передачи голоса и
видео достаточно сложно. Мультисервисные сети можно строить с
применением технологии TCP/IP или ATM.
Указанные технологии отличаются по следующим показателям:
— длина пакета: постоянная или переменная;
— установление соединения: с установлением соединения или без
установления соединения (см. п. 2.3);
— способ доставки сообщений: надежный или ненадежный.
Надежный способ доставки сообщений означает, что сеть
обеспечивает достоверную передачу сообщений. В этом случае
контролируются появление в пакетах битовых ошибок и поте-
ря отдельных пакетов сообщения. В пункте доставки сообще-
ния восстановление пакетов, принятых с ошибкой, и потерянных
пакетов осуществляется их повторной передачей из пункта отправ-
ки. При ненадежном способе доставки сообщений на сети нет до-
стоверной передачи сообщений. В пункте доставки на уровне при-
ложения сообщение может быть доставлено с ошибками или/и с по-
терей части сообщения.
Обе технологии, ATM и ТСРД Р, могут работать как с надежной,
так и ненадежной доставкой сообщений. В этих технологиях прото-
кол восстановления сообщений работает в терминальном оборудо-
вании пунктов отправления и доставки сообщения на транспортном
уровне модел и ВОС. В узлах сети для всех пакетов производится кон-
троль над ошибками и при их обнаружении пакет удаляется.
В технологии ATM все пакеты имеют постоянную длину — 53 байта,
что обеспечивает передачу речевого и видеографика в реальном мас-
штабе времени. На сетях TCP/IP длина пакета переменная и может
154
изменяться от 64 до 65 535 байтов. В технологии ATM предусмотре-
но установление соединений, в IP-сетях применяется способ без ус-
тановления соединения. При сравнении технологий ATM и TCP/IP
можно отметить, что технология ATM более сложная и поэтому сис-
темы ATM более дорогие. Это стало одной из причин более широко-
го распространения технологии TCP/IP.
В дальнейшем рассматривается технология TCP/IP.
4.2. Основы технологии TCP/IP и IP-сети
Технология TCP/IP предназначена для построения IP-сетей. Обо-
значение TCP/IP указывает на стек протоколов, используемых в 1Р-се-
тях, где основными являются протоколы: IP (Internet Protocol — интер-
нет-протокол) и TCP (Transfer (or transport) Control Protocol — про-
токол управления передачей). По этой технологии работают сети Ин-
тернет и Интранет. Изначально IP-сети создавались только для
передачи данных. Но вследствие того, что сеть Интернет приобрела
глобальные размеры и пользователям сети требовалось передавать
речь и видео, IP-сети приобрели свойства мультимедийных.
Основная идея построения IP-сети состоит в объединении меж-
ду собой отдельных сетей в единую сеть. Объединяться могут локаль-
ные (LAN) и глобальные (WAN) сети. В каждой точке соединения
сетей устанавливается маршрутизатор, выполняющий роль межсе-
тевого узла. Таким образом IP-сеть представляет собой составную
сеть, в которую входит множество отдельных сетей. На рис. 4.2 по-
казан пример составной IP-сети, включающей в себя две сети WAN
и семь сетей LAN. Внутри каждой сети сообщения передаются в виде
пакетов по своей технологии, например, в сети LAN — по техноло-
гии Ethernet, а в сети WAN — по технологии ATM. При взаимодей-
ствии между составными сетями используются протоколы TCP/IP.
Рассмотрим модель протоколов TCP/IP.
Модель включает в себя 4 уровня: сетевых интерфейсов, межсете-
вого взаимодействия, транспортный и прикладной (рис. 4.3). В отли-
чие от модели ВОС, счет уровней идет сверху вниз.
На уровне сетевых интерфейсов (уровень 4 TCP/IP) происходит
взаимодействие с физической средой передачи потоков битов, а так-
же выполняются функции канального уровня по передаче кадров.
Здесь допустимы разнообразные интерфейсы, из которых широкое
применение получили интерфейсы локальных сетей, прежде всего
155
] —маршрутизатор
Рис. 4.2. Составная IP-сеть
Ethernet, включая Fast Ether-
net и Gigabit Ethernet, а также
Token Ring и других LAN. При
взаимодействии с глобальны-
ми сетями могут использо-
ваться интерфейсы первичных
систем передачи SDP и PDH,
для которых предусмотрены
протоколы соединений типа
«точка—точка» PPP (Point to
Point Protocol), SLIP (Serial
Line Internet Protocol), LAPD.
Предусматриваются соедине-
ния с интерфейсами сетей
ATM, Frame Relay, X.25 и дру-
гими. Количество интерфей-
сов, взаимодействующих с
уровнем 4 протоколов TCP/IP,
не ограничено.
На уровне межсетевого
взаимодействия (уровень 3
TCP/IP) регламентировано не-
сколько протоколов, из кото-
рых главным является прото-
кол IP. Он выполняет основ-
ные сетевые функции: выбор
маршрута для каждого пакета,
пересылку пакета с входа на выход (коммутация) узла. В терминале
этот протокол формирует и вставляет (инкапсулирует) в каждый па-
кет адрес сетевого узла назначения (IP-адрес). Этот уровень характе-
ризуется негарантированной доставкой пакетов получателю.
На этом уровне также работают протоколы маршрутизации: RIP
(Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), прото-
кол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control
Message Protocol), протокол разрешения адресов ARP (Address
Resolution Protocol) и другие протоколы.
Протоколы маршрутизации необходимы для составления таблиц
маршрутизации, в соответствии с которыми протокол IP выбирает
156
маршрут передачи пакетов. Эти протоколы на основании собран-
ных в сети данных периодически редактируют таблицу маршрутиза-
ции, т.е. вносят и удаляют записи в этой таблице. Такая маршрутиза-
ция называется динамической. Протоколы маршрутизации также
подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние работают в
пределах одной составной сети, относящейся к одному администра-
тору (оператору) сети. Внешний протокол используется для связи
между сетями разных администраторов (операторов).
Протокол RIP относится к дистанционно-векторным внутренним
протоколам. Принцип его работы состоит в том, что каждый марш-
рутизатор периодически широковещательно рассылает информацию
о расстоянии от себя до всех известных ему подсетей (вектор рассто-
яний), входящих в данную составную сеть. Расстояние измеряется
в условных единицах — хопах. Каждый маршрутизатор принимает
информацию, рассылаемую маршрутизаторами других подсетей.
Маршрутизатор сравнивает полученную информацию с тем, что за-
писано в его таблице маршрутизации и при необходимости изменя-
ет записи в этой таблице. Такое может произойти, если, например,
нарушилось какое-либо звено составной сети. В результате в табли-
це для каждой подсети указано расстояние до нее (в хопах) и адрес
маршрутизатора в этой подсети. Протокол RIP применяется для от-
носительно небольших сетей.
157
Протокол OSPF относится к протоколам состояния связей, ис-
пользующий алгоритм SPF поиска кратчайшего пути в графе. Каж-
дая вершина графа соответствуй одному маршрутизатору сети, а реб-
ра — связям между маршрутизаторами. В маршрутизаторах с помо-
щью специальной процедуры формируются базы данных состояния
связей между маршрутизаторами. Базы данных в маршрутизаторах
одинаковы и представляют собой полное описание графа сети. В базе
данных для каждой связи содержится оценка качества передачи, на-
званная метрикой. Чем меньше метрика, тем выше качество связи.
Алгоритм SPF, основываясь на базе данных состояния связей, вы-
числяет кратчайшие пути между заданной вершиной графа и всеми
остальными вершинами. Результатом работы этого алгоритма явля-
ется таблица маршрутизации.
OSPF применяется для внутренней маршрутизации в системах
сетей любой сложности.
Протокол ICMP предназначен для обмена информацией об ошиб-
ках между маршрутизаторами сети и узлом, являющимся источником
пакетов. С помощью специальных пакетов протокола ICMP источник
извещается о невозможности доставки пакета, превышении времени
жизни пакета, недопустимых величинах параметров и об иных событиях.
Протокол ARP служит для того, чтобы по IP-адресу можно было
бы найти МАС-адрес. Поиск происход ит либо внутри узла сети, либо
путем обращения к ARP-серверу.
Транспортный уровень (уровень 2 TCP/IP) также называется ос-
новным. На этом уровне функционируют протокол управления пе-
редачей TCP и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User
Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную переда-
чу сообщений между приложениями пользователей за счет образо-
вания виртуальных соединений. При использовании протокола UDP
пакеты передаются ненадежно. Ненадежная передача требует мень-
шего времени обработки блоков данных и следовательно сообще-
ния передаются с меньшей задержкой. По этой причине протокол
UDP используется при передаче речи и видео в реальном масштабе
времени. Этот протокол выполняет только функции связующего зве-
на между протоколом IP и приложениями.
Прикладной уровень (уровень 1 TCP/IP) включает в себя множе-
ство протоколов, обеспечивающих взаимодействие с приложени-
ями пользователей. Чаще всего здесь используются протоколы:
158
HTTP — протокол доставки гипертекстовых сообщений; TELNET —
протокол удаленного доступа; НГР и TFTP — протоколы передачи
файлов; SMTP — протокол почтового обмена; SNMP — протокол
сетевого управления. Для передачи речи и видео в реальном масш-
табе времени на прикладном уровне применяется протокол RTP
(Realtime Transport Protocol — протокол передачи в реальном масш-
табе времени). На этом же уровне работают протоколы сигнализа-
ции, например SIP (Session Initiation Protocol — протокол иниции-
рования сеансов), используемые для установления соединений и
разъединений между речевыми и видеоприложениями.
Каждый из протоколов прикладного уровня взаимодействуете
одним из протоколов транспортного уровня. Например, протокол
TCP используют приложения с протоколами FTP и HTTP, а прото-
кол UDP — приложения с протоколами ГЕТР, SMTP, SNMP (Simple
Network Management Protocol — простой протокол управления се-
тью), DNS (Domain Name Service — доменная служба имен), RTP.
Такой протокол как SIP может работать как с UDP, так и TCP.
В соответствии с принципами функционирования модели ВОС
в пункте отправления сообщения при переходе с верхнего уровня
на нижний нацыовом уровне к блоку данных добавляется заголо-
вок. В пункте доставки при переходе с нижнего уровня на верх-
ний на новом уровне из блока происходит изъятие соответствую-
щего заголовка. В качестве примера на рис. 4.4 показана передача
блока сообщения через сеть Ethernet. В пункте отправления на
Рис. 4.4. Инкапсуляция TCP-IP-Ethemet
159
прикладном уровне из сообщения выделяется блок данных и пере-
дастся на транспортный уровень, на котором участвует протокол TCP.
Этот протокол добавляет свой заголовок и передает новый блок дан-
ных, получивший название сегмент, на уровень межсетевого взаи-
модействия. Здесь с помощью IP-протокола добавляется новый за-
головок, в результате чего образуется IP-пакет. Теперь IP-пакет по-
ступает в интерфейс сети Ethernet, где он вставляется в кадр Ethernet,
имеющий Ethernet-заголовок. Далее кадр передается через сеть
Ethernet.
В IP-сетях протоколы всех четырех уровней модели TCP/IP вы-
полняются только в оконечном оборудовании, к которому чаще все-
го относятся компьютеры пользователей, IP-телефоны и шлюзы.
В маршрутизаторах работают только протоколы двух нижних уров-
ней. Для наглядности на рис. 4.5 показан пример обмена данными
между двумя компьютерами, включенными в две локальные сети
Ethernet. Между LAN 1 и LAN2 включен маршрутизатор.
Рассмотрим один из важных вопросов — адресация в IP-сетях.
В IP-сетях применяются три вида адресов: локальный (МАС-ад-
рес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя).
Локальный адрес действует внутри одной сети, входящей в состав-
ную сеть. В сети LAN — это МАС-адрес, присваиваемый сетевому
адапдеру компьютера или порту маршрутизатора. Эти адреса назна-
чаются производителями оборудования и являются уникальными
адресами, поскольку распределяются централизовано. МАС-адрес
имеет формат 6 байтов, из которых старшие 3 байта указывают на
производителя оборудования, а младшие 3 байта назначаются уни-
кальным образом самим производителем. Локальные адреса также
назначаются внутри глобальных сетей.
Сетевой или IP-адрес обеспечивает обмен информацией между
пользователями составных сетей. Он используется протоколом се-
тевого уровня — протоколом IP. Обычно IP-адрес состоит из двух
частей: номера сети и номера узла. Номер сети задается централизо-
вано международным центром — NIC (Network Information Center),
а номера узлов назначаются администратором соответствующей сети.
Символьный адрес записывается в виде символов и состоит из
нескольких частей, например, из имени компьютера, имени орга-
низации, имени домена (например, servl.pgups.spb.ru). Важно отме-
тить, что прежде чем начнется обмен пакетами между пользователя-
160
Компьютер 1 Компьютер 2
Рис. 4.5. Уровни элементов сети
11-3936
161
ми, символьный адрес преобразовывается в IP-адрес. При этом каж-
дому символьному адресу соответствует свой 1Р-адрес.
Рассмотрим подробнее IP-адреса на примере широко используе-
мой четвертой версии протокола IP (IPv4).
Существуют классовые и бесклассовые модели IP-адресов.
Классовая модель. Каждый IP-адрес имеет длину 4 байта и запи-
сывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого
байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:
Двоичная форма: Десятичная форма:
1000000100001100 00000010 00011111 129-12.2.31
В каждом IP-адресе содержатся номера сети (№ сети) и узла этой
сети (№ узла). Кроме того, в старших битах 4-го байта записывается
код класса. Всего существует пять классов: А, В, С, D и Е, которые
отличаются назначением и длинами полей, отведенных для номе-
ров сети и узла (рис. 4.6).
Адреса классов А, В и С предназначены для пересылки паке-
тов между двумя узлами пользователей. Адреса класса D исполь-
зуются для групповой пересылки пакетов (режим multicast). Класс Е
зарезервирован для дальнейшего применения. Первые слева биты,
от одного до пяти, используются для определения класса IP-ад-
ресов.
Класс А предназначен для крупных сетей, когда в одной сети мо-
жет быть примерно до 224 узлов, а количество сетей может достигать
27—2 (126 сетей, т.к. 0 не используется, а 127 — имеет специальное
применение).
Класс В служит для построения сетей средних размеров, когда в
одной сети может быть примерно до 216. Количество сетей может
составлять примерно 214
Класс С предназначен для небольших сетей с числом узлов в од-
ной сети до 254. Таких сетей может быть достаточно много, пример-
но—до 221.
В классе D содержатся адреса для групповой пересылки пакетов.
Используя такой адрес, пакеты от одного узла можно рассылать ко
всем узлам, входящим в данную группу. При этом допускается, что-
бы один узел сети входил в несколько групп. Узлы одной группы могут
входить в разные 1Р-сети.
Таким образом, приведенный выше IP-адрес 129.12.2.31 относится
к классу В.
162
Класс A
Четвертый байт Третий байт Второй байт Первый байт
0
№ сети №узла
Рис. 4.6. Классы IP-адрссов
Под узлом в IP-адресации в первую очередь понимается терми-
нальное оборудование, к которому чаще всего относятся персональ-
ные компьютеры. Однако IP-адреса присваиваются также отдель-
ным портам маршрутизаторов составной сети. Допускается, чтобы
один компьютер входил в несколько IP-сетей. Такому узлу будег при-
своено несколько IP-адресов.
163
Важно отметить, что в отдельной сети, входящей в составную
сеть, каждому IP-адресу соответствует локальный адрес, например
МАС-адрес.
В любой IP-сети используются два важных правила. Если в но-
мере узла сети записаны нули, то это адрес, присвоенный самой сети
(адрес сети в составной сети). Если в номере узла сети — все едини-
цы, то пакет участвует в широковещательной передаче (broadcast).
При такой передаче пакеты от узла отправления доставляются ко
всем узлам данной сети.
В IP-адресации также предусмотрено несколько адресов специ-
ального назначения, которые здесь не рассматриваются.
Бесклассовая модель. В такой модели используются также 4-бай-
товые адреса. Отличие от классовой модели состоит в том, что в бес-
классовой модели более гибко задаются границы между номером сети
и номером узла. Это позволяет значительно лучше использовать ад-
реса внутри IP-сети. Правила работы бесклассовой модели опреде-
лены стандартом CIDR (Classless Internet Direct Routing — Прямая
бесклассовая маршрутизация в сети Интернет).
Граница между номерами сети и узла устанавливается с шагом в
один бит (в адресации с классами — с шагом в один байт). Чтобы
установить такую границу в посылаемом в сеть пакете к IP-адресу
добавляется 32-битовое двоичное слово, которое называют Маской
сети (netmask) или Маской подсети (subnet mask). В старших разря-
дах Маски записывается непрерывный ряд единиц, определяющих
в IP-адресе биты, соответствующие номеру сети.
Для удобства записи IP-адрес в модели CIDR часто представля-
ется в виде a.b.c.d / п, где a.b.c.d — IP-адрес, п — количество бит,
относящихся к номеру сети. Например, может быть следующая за-
пись: 129.12.2.31/14. Маска сети для этого адреса имеет вид: Меди-
цин (номер сети) и 16 нулей (номер узла), что в представлении в виде
байтов имеет вид:
11111111.11111100.00000000.00000000 или 255.252.0.0.
В пункте приема пакета номер сети определяется побитным ум-
ножением IP-адреса на Маску. Номер узла получается побитным
умножением IP-адреса на инвертированную Маску сети.
В настоящее время в IP-сетях преимущественно используется
бесклассовая модель.
164
4.3. Протокол IP
Протокол IP работает с заголовком, состоящим из 32-битовых
слов и содержащим обычно 20 байтов (рис. 4.7). Ниже показаны поля
заголовка.
Версия (4 бита) — указывает на номер версии протокола IP. В на-
стоящее время в основном используется версия 4 (IPv4). В дальнейшем
должен произойти переход на версию 6 (IPv6).
Длина заголовка (4 бита) — указывает значение длины заголовка,
измеренное в 32-битовых словах (пять или более 32-битовых слов).
Тип сервиса (8 бит) — значение поля, которое определяет приори-
тет пакетов и желаемый критерий выбора маршрута. Первые три бита
этого поля образуют подполе приоритета пакета (PRECEDENCE).
Наименьший приоритет соответствует значению 0 (нормальный па-
кет), значения от 1 до 4 указывают на срочность доставки пакета:
чем больше значение, тем больше срочность. Остальные значения
предназначены для пакетов управляющей информации. Узлы состав-
ной сети могут принимать во внимание приоритет пакета и обраба-
тывать более важные пакеты в первую очередь. Оставшиеся биты
Поля «Типа сервиса» определяют критерий выбора маршрута. Мож-
Нр Установить один йз критериев, за каждым из которых закреплен
одинбиТ: D (Delay) — выбор маршрута с минимальной задержкой,
Т (Throughput) — выбор маршрута с максимальной пропускной спо-
собностью, R (Reliability) — выбор маршруте максимальной надеж-
ностью, С (Cost) — выбор маршрута с минимальной стоимостью.
Один бит этого поля не используется.
0
7__________________151_________________231__________________31
Версия Длина заголовка Тип сервиса Общая длина
Идентификация Флаги Смещение сегмента
Время жизни Протокол Контрольная сумма заголовка
Адрес отправителя
Адрес получателя
Опции Выравнивание
Рис. 4.7. Заголовок IP-протокола
165
Общая длина (16 бит) — указывает на общую длину пакета в бай-
тах с учетом заголовка. Максимальное значение этого поля 65 535,
минимальное — 21 (заголовок без поля «Опции» и один байт в поле
данных).
Идентификация, Флаги и Смещение сегмента — поля, предназна-
ченные для фрагментации пакетов с помощью протокола IP. Эти поля
нужны при переходе в сеть, в которой допустимая максимальная дли-
на пакета (MTU — Maximum Transfer Unit) меньше, чем в предыду-
щей сети. В этом случае в пограничном узле каждый пакет делится
на несколько отдельных пакетов (фрагментация). Длина отдельного
пакета не превышает допустимую максимальную длину пакета в но-
вой сети. Например, необходимость в фрагментации может возник-
нуть при переходе с сети FDDI, где MTU = 4096 байтов, на сеть
Ethernet с MTU = 1500 байт.
Время жизни (8 бит) — указывает на предельный срок, в течение
которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни пакета
измеряется в секундах и задается в пункте отправления средствами
протокола IP. В узлах сети по истечении каждой секунды, число, за-
писанное в этом поле, уменьшается на единицу. Такое же действие
может происходить при каждой транзитной передаче. Когда число
становится равным нулю, узел сети удаляет пакет и может послать
терминальному оборудованию соответствующее ICMP-сообщение.
Кон фоль над временем жизни предотвращает зацикливание паке-
тов в сети.
Протокол (8 бит) — указывает на то, с применением какого
протокола должен быть передан пакет. К таким протоколам в част-
ности относятся: TCP, UDP, ICMP, OSPF, RSVP.
Контрольная сумма заголовка (16 бит) — служит для определения
битовых ошибок в заголовке пакета. Эта сумма подсчитывается как
дополнение к сумме всех 16-битовых слов заголовка. При подсчете
поле «Контрольной суммы» заполняется нулями. В каждом узле кон-
трольная сумма подсчитывается заново, поскольку как минимум
меняется число, записываемое в поле «Время жизни». При обнару-
жении битовых ошибок пакет удаляется из сети.
Адрес отправителя — IP-адрес узла отправителя (источника) па-
кета.
Адрес получателя — IP-адрес узла получателя (получателя) па-
кета.
166
Опции — необязательное поле переменной длины, которое чаще
всего используется при отладке сети. Оно может быть использовано
для установки точного маршрута прохождения пакета, регистрации
маршрутизаторов через которые прошел пакет', записи временных
меток и других функций.
Выравнивание — дополняет нулями биты, оставшиеся от поля «Оп-
ции», для доведения последнего слова заголовка до 32 битов.
Рассмотрим принцип маршрутизации, выполняемой протоколом IP.
Процесс маршрутизации состоит в выборе следующего узла сети,
которому следует передать пакет, на основании IP-адреса назначе-
ния. С этой целью узел использует таблицу маршрутизации, в кото-
рой каждая строка соответствует одному из маршрутов. В каждой
строке записывается адрес сети назначения и адрес следующего узла,
а также иная дополнительная информация.
В качестве примера рассмотрим посылку пакетов от компьютера
А к компьютеру В, включенных в две сети Ethernet, связанных меж-
дусобой маршрутизатором (рис. 4.8).
' ^ибоих сетях Ethernet используется IP-адресация класса С. IP-
адреСай£йначаются: сетям, компьютерам и портам маршрутизато-
ра. Внутри каждой сети действует локальная адресация — МАС-ад-
ресация.
167
Для соединения с компьютером В пользователь компьютера А
может использовать символьное имя: Host5.campus.pgups.ni или
1Р-адрес: 221.36.41.55. В первом случае компьютер А должен найти в
своей памяти соответствие символьному имени IP-адреса. Если та-
кого соответствия нет, то компьютер А должен обратиться за IP-ад-
ресом к DNS-серверу (на рисунке не показан). Предположим, что
компьютеру А известен IP-адрес пункта назначения.
Компьютер А по адресу 221.36.41.55 определяет, что соединение
должно быть вне сети 1, и пакеты надо направлять к маршрутиза-
тору. Чтобы направлять пакеты к маршрутизатору, надо еще знать
МАС-адрес порта 1 — МАСП. Компьютер А обращается к своей
ARP-таблице и считывает из нее МАСП (если в ARP-таблице таких
данных нет, то компьютер А делает запрос к ARP-серверу).
Теперь компьютер А формирует кадр Ethernet, состоящий из
Ethemet-заголовка и IP-пакета. В Ethemet-заголовок вставляется
МАС-адрес МАСП, а в заголовок IP-пакета — 1Р-адрес 221.36.41.55.
Порт 1 маршрутизатора принимает кадр и по МАСц определяет, что
кадр предназначен для него. Протокол Ethernet извлекает из этого
кадра IP-пакет и передает его протоколу IP, который извлекает из
него 1Р-адрес 221.36.41.55. Происходит обращение ктаблице марш-
рутизации, в которой находится строка с адресом сети 2 (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Адрес сети назначения Адрес следующего узла (маршрутизатора) Порт следующего узла (маршрутизатора)
221.36.41.0 221.36.41.1 2
По адресу 221.36.41.0 определяется, что пакеты, предназначен-
ные для сети 2, надо передавать узлу 221.36.41.1 на порт 2, входящий
также в маршрутизатор 1.
Маршрутизатор 1 определяет, что порт 2 включен в сеть Ethernet
и, следовательно, нужно знать МАС-адрес узла в этой сети (в рас-
сматриваемом примере — компьютера В). Для этого он обращается
к своей таблице ARP и по адресу 221.36.41.55 находит МЛС22.
Затем маршрутизатор 1 формирует кадр Ethernet, в Ethemet-заго-
ловке которого записан МАС22, а в заголовке IP-пакета — 1Р-адрес
221.36.41.55. Кадр принимается узлами сети 2 и компьютер В обна-
руживает свой МАС-адрес и производит его дальнейшую обработку.
168
4.4. Протоколы TCP и UDP
Протоколы TCP и UDP обеспечивают мультиплексирование (ре-
жим передачи) и демультиплексирование (режим приема) пакетов.
При мультиплексировании блоки данных разных приложений объе-
диняются в один поток и к каждому пакету добавляются адреса пор-
тов приложений в узлах назначения и отправления. В процессе де-
мультиплексирования выполняется обратная операция: в соответ-
ствии с адресом порта приложения данного узла принятые от уров-
ня IP-пакеты разделяются по пользовательским приложениям.
С помощью протокола TCP устанавливается логическое соеди-
нение, предшествующее передаче пользовательского сообщения. По
окончании передачи сообщения соединение нарушается. При ис-
пользовании протокола UDP логическое соединение не устанавли-
вается.
Протокол TCP формирует д ля каждого сегмента заголовок пере-
менной длины, состоящий из 32-битовых слов (рис. 4.9). Ниже по-
казаны поля заголовка.
Порты отправителя и получателя (по 16 бит) — указывают на но-
мер портов процесса-отправителя и процесса-получателя. Номера
портов присваиваются прикладным программам, связанным с про-
токолами прикладного уровня модели TCP/IP. Многие номера про-
токольных портов стандартизованы, для чего выделены номера от О
до 1023. Например, приняты следующие номера портов в соответствии
с используемыми протоколами: HTTP — 80, FTP — 21, TFTP — 69,
1 1
Порт отправителя Порт получателя
Порядковый номер N(S)
Номер подтверждения N(R)
Длина заголовка Резерв Кодовые биты Размер окна
Контрольная сумма Указатель срочности
Опции Выравнивание
Рис. 4.9. Заголовок ТСР-протокола
169
TELNET — 23, SNMP — 161, SMTP — 25 и так далее. В иных случаях
номера портов могут назначаться динамически в диапазоне от 1024до
65 535. Такие номера могут свободно задаваться портам прикладных
программ пользователей.
Порядковый номер (32 бита) N(S) указывает на номер первого
байта среди всех байтов, передаваемых в данном сегменте и относя-
щихся к одному сообщению. Например, все сообщение состоит из
2000 байт, а в данном сегменте передаются байты с 503 по 812. В этом
случае порядковый номер равен 503. На этапе установления логи-
ческого соединения в поле «Порядковый номер» записывается на-
чальный номер (ISN).
Номер подтверждения (32 бита) N(R) представляет собой макси-
мальный номер байта в принятом от другой стороны сегменте плюс
единица. Этот номер является под тверждением принятого сегмента и
указывает на номер ожид аемого для приема байта.
Порядковый номер и номер подтверждения обеспечивают
контроль за непрерывностью следования байтов сообщения. При
пропадании одного или группы байтов запускается процедура по-
вторной передачи байтов.
Длина заголовка (4 бита) определяет длину заголовка протокола
TCP в 32-битовых словах.
Резерв (6 битов) заполняется нулями.
Кодовые биты (6 битов) содержат служебную информацию о типе
данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствую-
щих бит этого поля. Используются следующие шесть управляющих
битов:
• URG — запрос на передачу срочного сообщения;
• АСК — квитанция на принятый сегмент;
• PSH — запрос на отправку всех данных порту получателя без
ожидания заполнения буфера;
• RST — запрос на восстановление соединения;
• SYN — запрос на установление соединения, которое также син-
хронизирует счетчики переданных данных в пунктах отправления и
получения пакетов;
• FIN — указатель окончания передачи сообщения.
Размер окна (16 бит) — устанавливает размер окна в байтах. Ис-
пользуется в методе квитирования, получившего название «сколь-
зящее окно». Этот метод позволяет отправителю посылать очеред-
170
ной сегмент, не дожидаясь подтверждения о получении в пункте на-
значения предшествующего сегмента. Значение размера окна ука-
зывает на то, сколько байтов данных можно передать, не дожидаясь
подтверждения. Размер окна определяется пунктом назначения и
может меняться в процессе передачи одного сообщения.
Контрольная сумма (16 бит), представляет собой слово, дополня-
ющее биты в сумме всех 16-битовых слов сегмента (само поле конт-
рольной суммы перед вычислением обнуляется). Контрольная сум-
ма, кроме заголовка сегмента и поля данных, учитывает 96 бит псев-
дозаголовка, который для внутреннего употребления ставится перед
TCP-заголовком. Этот псевдозаголовок содержит IP-адрес отправи-
теля (4 байта), IP-адрес получателя (4 байта), нулевой байт, 8-бит-
ное поле «Протокол», аналогичное полю в IP-заголовке, и 16 бит
длины TCP сегмента, измеренной в байтах. Информация для псев-
дозаголовка передается через интерфейс «Протокол ТСР/межсете-
вой уровень» в качестве аргументов или результатов запросов от про-
токола TCP к протоколу IP.
Указатель срочности (16 бит) используется совместно с битом
URG (поле «Кодовые биты») для того, чтобы определить длину сроч-
ных данных, содержащихся в пользовательских данных ТСР-сегмен-
та. При наличии такого указателя прикладной процесс в пункте по-
лучателя должен в первую очередь обработать срочные данные.
Опции — поле имеет переменную длину и может отсутствовать или
содержать одну опцию или список опций, реализующих дополни-
тельные услуги протокола TCP.
Выравнивание — поле переменной длины, заполняемое нулями и
служащее для формирования полных 32-битных слов.
Рассмотрим процесс установления логического соединения и
разъединения с помощью протокола TCP.
В таком процессе пункты отправления и получения пакетов об-
мениваются управляющими битами: SYN, АСК, FIN. На рис. 4.10
показан пример установления соединения от компьютера А к ком-
пьютеру В через 1Р-сеть.
Установление соединения начинается от компьютера А, который
посылает сегмент с управляющим битом SYN и порядковым номе-
ром N(S), равным некоторому числу, например Y. Компьютер В, по-
лучив этот сегмент, передает в обратном направлении сегмент с би-
тами SYN и АСК, а также порядковый номер N(S)=X и номер под-
171
Компьютер А
Компьютер В
Рис. 4.10. Соединение по ТСР-протоколу
тверждения N(R)=Y+1. Передача сигналов SYN в обоих направле-
ниях указывает на то, что и данные между компьютерами могут пе-
редаваться в двух направлениях. Теперь компьютер А посылает сег-
мент подтверждения с битом управления АСК с номером подтверж-
дения N(R)=Х+1. Поскольку логическое соединение между компь-
ютерами уже установлено, в этом сегменте могут передаваться
пользовательские данные. В дальнейшем происходит обмен данны-
ми между компьютерами. По окончании передачи д анных произво-
дится разъединение, состоящее в нарушении логического соедине-
ния. Разъединение может активизироваться с любой из сторон, на-
пример, от компьютера А. От него посылается сегмент с управляю-
щим битом FIN и с порядковым номером N(S) = Y. В ответ компьютер
В передает сегмент с битом АСК и с номером подтверждения
N(R) =Y+1 и порядковым номером N(S) = Х. Этот сегмент под-
172
тверждает прекращение посылки пользовательских данных от компь-
ютера А. Далее компьютер В посылает сегмент с битами FIN и АСК
с порядковым номером N(S)=X и номером подтверждения N(R) - Y+1.
Такой сегмент указывает на то, что и компьютер В прекращает переда-
вать пользовательские данные. Рассмотренная процедура разъедине-
ния говорит о том, что возможно нарушение соединения с одной сто-
роны, а с другой стороны соединение еще продолжается. Такое состоя-
ние используется редко, так как обычно при передаче бита FIN соот-
ветствующее приложение пользователя закрывается.
В протоколе UDP блоки данных, передаваемые протоколу IP,
называются дейтаграммами. Протокол UDP формирует для каждой
дейтаграммы заголовок постоянной длины, состоящий из двух 32-би-
товых слов (рис. 4.11). Ниже показаны поля этого заголовка.
0|______________________7|___________________15]____________________231____________________31
Порт отправителя Порт получателя
Длина дейтаграммы Контрольная сумма
Рис. 4.11. Заголовок UDP-протокола
Порты отправителя и получателя (по 16 бит) имеют такое же на-
значение и параметры, что и в протоколе TCP. Если от получателя не
требуется ответ, то номер порта отправителя не указывается, а это
поле заполняется нулями.
Длина дейтаграммы (16 бит) указывает на общую длину дейта-
граммы в байтах, включая заголовок.
Контрольная сумма (16 бит) рассчитывается для всей дейтаграм-
мы и при ее расчете используется псевдозаголовок. Обычно это поле
заполняется нулями и тогда оно игнорируется.
Из структуры заголовка видно, что протокол UDP значительно
проще, чем протокол TCP. Обычно он просто пересылает пользова-
тельские данные от уровня приложений к уровню межсетевого вза-
имодействия, вставляя номер порта получателя. Функциональная
простота протокола UDP обуславливает его высокое быстродействие,
что особенно важно для приложений, работающих в реальном мас-
штабе времени. Именно поэтому данный протокол применяется при
передаче речи и видео.
173
4.5. Основы построения сетей 1Р-телефонии
Под IP-телефонией понимают технологию по организации теле-
фонной связи на сетях с пакетной коммутацией, применяющих про-
токол IP. Такими сетями могут быть локальная и глобальная сети и
их комбинации. В литературе можно также часто встретить термины
VoIP (Voice Over IP — «Голос поверх протокола IP») и интернет-те-
лефония. Эти понятия близки к IP-телефонии, однако считается, что
термин IP-телефония является общим по сравнению с другими.
Сеть IP-телефонии строится на основе IP-сети, к которой полу-
чают доступ терминалы с пакетной коммутацией (IP-телефоны, софт-
фоны) и подключаются классические сети телефонной связи —
TDM-сети. Терминалы с пакетной коммутацией либо включаются
в IP-сеть непосредственно, либо — через локальные вычислитель-
ные сети.
На рис. 4.12 показан пример построения сети IP-телефонии, в ко-
тором IP-сеть построена на маршрутизаторах. Сеть 1Р-телефонии
образована на трех станциях и в нее входят: 4 сети LAN типа
Ethernet, две TDM-сети, отдельные IP-телефоны. У пользователей
сети LAN находятся IP-телефоны и софтфоны (softphones). IP-те-
лефон имеет обязательные устройства, присущие любому телефон-
ному аппарату: разговорные и вызывное устройства, номеронаби-
ратель. Софтфон представляет собой мультимедийный компьютер,
имеющий разговорные устройства: микрофон и громкоговоритель,
микротелефонную гарнитуру, а также программные средства для
установления соединений и разьединения и для дополнительных функ-
ций. IP-телефон и софтфон имеют внешний интерфейс сети Ether-
net. В TDM-сети находится АТС с коммутацией каналов, в кото-
рую включены телефонные аппараты, аналоговые или цифровые.
Между АТС TDM-сети и IP-сетью установлен шлюз, выполняю-
щий основные функции по переходу с TDM-сети на IP-сеть и на-
оборот. В сети IP-телефонии обычно бывает контроллер, выпол-
няющий следующие основные функции: установление соединений
и разьединение, регистрация пользователей сети, управление шлю-
зами и другие. В качестве контроллера может выступать: прокси-
сервер, привратник (gatekeeper), а на крупных сетях — softswitch.
В сети IP-телефонии возможны соединения между любой парой
терминалов. При этом соединения устанавливаются через 1Р-сеть,
за исключением соединений между пользователями одной локаль-
174
Ст. Б
Рис. 4.12. Принципы организации 1Р-телефонии
175
ной сети. В последнем случае соединение замыкается внутри локаль-
ной сети.
Важной особенностью сети IP-телефонии является разделение
процессов установления соединения и разъединения от процессов
передачи речевых пакетов. Как и в традиционной телефонии с ком-
мутацией каналов, в IP-телефонии можно выделить три этапа: уста-
новление соединения, передача речи и разъединение. При установ-
лении соединения и при разъединении используется один из при-
нятых для IP-телефонии протоколов сигнализации.
На примере соединения IP-телефонов станций А и В (см. рис. 4.12)
рассмотрим указанные этапы (рис. 4.13).
Предположим, что инициатором соединения является IP-телефон
А (IP-ТА А). Сообщение с вызовом от этого телефона через IP-сеть
передается контроллеру. В этом же сообщении содержится транспор-
Рис. 4.13. Пример соединения в сети 1Р-телефонии
176
тный адрес IP-ТА А и адрес вызываемого IP-телефона В (IP-ТА В),
например, цифры номера. Эти цифры номера контроллер переводит в
транспортный адрес IP-ТА В. Транспортный адрес представляет' собой
совокупность IP-адреса и номера порта приложения, через которое
посылаются речевые пакеты. Используя транспортный адрес IP-ТА В,
контроллер обменивается сигнальной информацией с IP-ТА В. В этой
информации содержится транспортный адрес IP-TAA. Если телефон
свободен, пользователю IP-ТА В передается вызов и когда он ответит
на него, сигнал ответа поступит в контроллер. Контроллер пересыла-
ет сигнал ответа в IP-ТА А вместе с транспортным адресом IP-ТА В.
Теперь абоненты разговаривают и речевые пакеты передаются через
IP-сеть, минуя контроллер. В зависимости от направления передачи
в каждом речевом пакете посылается транспортный адрес IP-ТА А или
IP-ТА В. По окончании разговора 11роизводится разъединение, в те-
чение которого сигнальной информацией обмениваются 1Р-теле-
f юны и контроллер.
; ‘ Возможен вариант установления соединения между 1Р-телефо-
ЧЬми без участия контроллера. Для этого каждый IP-телефон дол-
жен знатыранспортный адрес другого IP-телефона. При установле-
Иии соединения и при разъединении IP-телефоны обмениваются
Сигнальными сообщениями.
В рассмотренной схеме IP-телефоны являются многофункцио-
нальными устройствами, осуществляющими прием и передачу речи
и обмен сигнальными сообщениями. При приеме и передачи речи
осуществляется: преобразование звуковых колебаний в электричес-
кие и наоборот, кодирование речи, инкапсуляция и выделение эле-
ментов речи из пакетов.
IP-сеть может быть использована для соединения абонентов
TDM-сетей. Пример такого соединения показан на рис. 4.14. Пред-
положим, что абонент с телефонным аппаратом А (ТА-А) станции
А вызывает абонента с ТА-В станции Б. Вначале вызов от ТА-А по-
ступает на шлюз 1, который взаимодействует по одной из систем
сигнализации TDM-сети с АТС1. В то же время шлюз взаимодей-
ствует с контроллером по принятой для IP-сети системе сигнали-
зации. Шлюз 1 получает номер вызываемого абонента В и транс-
лирует его контроллеру, который переводит этот номер в транспор-
тный адрес шлюза 2. Шлюз 1 также сообщает контроллеру свой
транспортный адрес. Теперь контроллер обменивается сигнальной
177
Рис. 4.14. Пример соединения через шлюз
------путь прохождения
речи TDM-сети
Рис. 4.15. Пример соединения через шлюз с IP-телефоном
информацией со шлюзом 2, которому передаются транспортный
адрес шлюза 1 и номер абонента В. Шлюз 2 передает вызов на АТС2
станции Б и обменивается с ней сигналами, принятыми на TDM-сети.
Эта АТС получает от шлюза 2 номер абонента В и устанавливает со-
единение с ТА-В. После ответа абонента В начинается разговор меж-
ду абонентами. Каждый шлюз производит кодирование речи, инкап-
суляцию и выделение элементов речи из пакетов. Речевые пакеты
пересылаются через IP-сеть, минуя контроллер, с использованием
транспортных адресов шлюзов 1 и 2. По окончании разговора про-
изводится разъединение, в процессе которого сигнальной информа-
цией обмениваются АТС и шлюзы, шлюзы и контроллер.
Через IP-сеть могут устанавливаться соединения между або-
нентскими устройствами пакетной сети и TDM-сети. На рис. 4.15
приведен пример соединения между IP-телефоном станции В и те-
лефонным аппаратом, включенным в АТС2. Как и прежде, соедине-
ние устанавливается через контроллер. При вызове от IP-ТА А ад-
ресная информация должна содержать адрес шлюза 2 и цифры но-
мера ТА-В. При установлении соединения в обратном направлении
абонент с ТА-В набирает цифры номера, принятого для IP-ТА А Этот
номер поступает в контроллер, где преобразовывается в транспорт-
ный адрес IP-ТА А
4.6. Принципы передачи речи в сети П’-телефонии
В устройствах IP-телефонии для подготовки речи к передаче в виде
пакетов выполняются следующие основные функции: преобразова-
ние речи в цифровую форму, кодирование речевого сигнала, эхопо-
давление и обнаружение речевой активности. После приема речевых
пакетов производится адаптация воспроизведения, декодирование
речевого сигнала, преобразование цифрового сигнала в речь, запол-
нение пауз комфортным шумом.
На рис. 4.16 показана упрощенная функциональная схема моду-
ля пакетирования речи для шлюза, включенного в TDM-сеть циф-
ровым каналом Е1.
Передача в сторону IP-сети. Преобразование речи в цифровую фор-
му происходит в TDM-сети. ИКМ-сигнал со скоростью 64 кбит/с с
выхода ИКМ-интерфейса проходит устройство эхокомпенсации и
поступает на детектор активности речи. Здесь полученный сигнал про-
веряется на наличие в нем речи. Если в течение заданного времени
180
IP-сеть
(речь)
Рис. 4.16. Модуль пакетирования речи
181
речевая активность не обнаружена, то передача речевых пакетов пре-
кращается. Эго позволяет значительно снизить трафик, поступающий
в IP-сеть, так как речевые паузы составляют пример! ю 60 % от време-
ни разговора. При наличии речевого сигнала он попадает в кодирую-
щее устройство вокодера — кодер, в котором происходит сжатие ре-
чевого сигнала. В результате скорость речевого потока на выходе ко-
дера снижается. Теперь под управлением протокола пакетной переда-
чи битовые блоки, соответствующие элементам речи длительностью
10—40 мс, с помощью сборщика вставляются в пакеты. Далее пакеты
в буфере передачи ждут своей очереди, чтобы быть переданными в
канал 1Р-сети.
Прием со стороны IP-сети. Пакеты, поступающие в модуль из сети,
попадают в буфер, образуя очередь. Затем в разборщике пакетов ре-
чевые битовые блоки извлекаются из пакетов и поступают в модуль
адаптации воспроизведения. Адаптация воспроизведения заключа-
ется в буферизации речевых блоков с целью сглаживания вариации
их задержки — джиттера. Для этого буфер организуется по правилу
FIFO (Fist In Fist Out — первый пришел, первый вышел). Далее для
речевых блоков, находящихся в очереди, измеряется джиттер. Это
позволяет извлекать речевые блоки из буфера с управляемой задер-
жкой, снижающей действие джиттера. Теперь битовые блоки, несу-
щие в себе элементы речи, декодируются. На входе декодера ско-
рость цифрового потока такая же, как на выходе кодера. При деко-
дировании происходит декомпрессия и на вход ИКМ-интерфейса
поступают ИКМ-сигналы со скоростью 64 кбит/с. Во время рече-
вых пауз обнаруживается отсутствие речевых пакетов и к выходу де-
кодера подключается цифровой генератор комфортного шума. Это
делается для того, чтобы у слушающего абонента во время речевых
пауз не создавалось ощущения прерывания связи, так как при от-
сутствии комфортного шума в телефоне была бы полная тишина.
Модуль пакетирования речи также обеспечивает детектирование
и генерацию сигналов DTMF и передачу данных от факсимильных
аппаратов и от аналоговых модемов.
Рассмотрим основные вопросы, связанные с преобразованием
речи.
В IP-телефонии находят применение следующие устройства пре-
образования речи: кодеры формы речевой волны, вокодеры и гиб-
ридные кодеры. Такие устройства различаются скоростью передачи
182
цифрового потока, качеством передачи речи, задержкой речи в про-
цессе преобразования и требованием к производительности процес-
соров, обрабатывающих речевые сигналы.
Кодеры формы речевой волны имеют широкое приме! гсние в сис-
темах с коммутацией каналов. Прежде всего — это импульсно-кодо-
вая модуляция (ИКМ или PCM — Pulse Code Modulation), соответ-
ствующая рекомендации МСЭ-Т G.711. В этом методе предусмот-
рено цифровое сжатие, что позволяет амплитуду каждой выборки
речевого сигнала преобразовать в 8-битовое слово (при линейном
кодировании потребовалось бы 12-битовое слово). Скорость пере-
дачи равна 64 кбит/с. Другой метод кодирования — адаптивная диф-
ференциальная ИКМ (АДИКМ или ADPCM — Adaptive Differential
Pulse Code Modulation), рекомендация МСЭ-Т G.721 для скорости
передачи 32 кбит/с. В этом методе кодируется не сама амплитуда сиг-
нала, а ее изменение по сравнению с предыдущей выборкой. Обра-
ботка сигнала происходит с применением предсказания и адаптив-
ного квантования. В обоих методах преобразования, ИКМ и
АДИКМ, задержка речи при преобразовании минимальна и состав-
ляет 125 мкс. Оба метода обеспечивают высокое качество передачи
речи и характеризуются относительно невысокими требованиями к
процессорам обработки сигналов.
Вокодеры используют кодеры речи, основанные на параметри-
ческом компандировании (сжатии). В вокодерах осуществляется
линейное предсказание речи (LPC), являющееся эффективным ме-
тодом анализа речи. Этот метод позволяет определить основные па-
раметры речевых сигналов: основной тон, форманты, частотный
спектр. При кодировании выявляются периодические процессы
в речевом сигнале, определяются их параметры, а затем устраняют
из речевого сигнала избыточность, исключая найденные периодич-
ности. В итоге получается остаточный речевой сигнал, который после
аппроксимации передается вместе с параметрами периодических
процессов речи на выход кодера. В декодере по принятому остаточ-
ному сигналу и по параметрам периодических процессов речи вос-
станавливают речевой сигнал, выполняя синтез речи.
Вокодеры предъявляют высокие требования к процессорам об-
работки сигналов и вносят заметные задержки преобразования.
Увеличение задержки объясняется тем, что кодирование приме-
няется не к отдельным значениям речевого сигнала, а к некото-
183
рому их набору, который перед преобразованием следует накопить.
При применении вокодеров скорость передачи находится в преде-
лах 1,2—4,8 кбит/с. Вокодеры обеспечивают относительно высо-
кую разборчивость речи, однако теряется натуральность звучания.
Гибридные кодеры используют еще более сложную схему коди-
рования, в которой сочетаются линейное предсказание и элементы
кодирования формы речевой волны. В этом случае используется ал-
горитм с обратной связью. Закодировав речевой сигнал, процессор
пытается восстановить его форму и для этого сравнивает результат
кодирования с исходным сигналом. При этом процессор меняет
параметры кодирования, добиваясь наилучшего совпадения. До-
бившись этого, соответствующее кодовое слово передается на
выход кодека. В пункте приема речевых пакетов элементы речи
восстанавливаются в декодере.
В гибридных кодерах наибольшее применение нашли методы ко-
дирования LD-CELP, MP-MLQ и ACELP, а также CS-ACELP.
Метод LD-CELP (Low-Delay Code Excited Linear Prediction — ли-
нейное предсказание с кодовым возбуждением и низкой задержкой)
обеспечивает кодирование со скоростью передачи 16 кбит/с и соот-
ветствует рекомендации МСЭ-Т G.728. Этот метод позволяет полу-
чить удовлетворительное качество передачи речи с относительно не-
высокой задержкой преобразования.
Методы MP-MLQ (Multi-pulse Multy Level Quantization — мно-
жественная импульсная многоуровневая квантизация) и ACELP
(Algebraic Code Excited Linear Prediction — алгебраическое линейное
предсказание с кодовым возбуждением) позволяют добиться значи-
тельного сжатия речи, однако при преобразовании появляется боль-
шая задержка речи. Несмотря на низкую скорость передачи 5,3 или
6,3 кбит/с обеспечивается хорошее качество передачи речи. Эти ме-
тоды кодирования соответствуют рекомендации МСЭ-Т G.723.1.
Кодирование CS-ACELP (Conjugate Structure — Algebraic Code
Exited Linear Prediction — сопряженная структура с управляемым ал-
гебраическим кодом и линейным предсказанием) приводит к отно-
сительно небольшой задержке со скоростью передачи 8 кбит/с. Ал-
горитм кодирования описан в рекомендации МСЭ-Т G.729. Этот
метод кодирования в первую очередь предназначен для технологий
пакетной передачи Frame Relay и ATM (Asynchronous Transfer Mode —
асинхронный режим передачи).
184
В табл. 4.2 приведены основные характеристики кодеков, кото-
рые получили название по наименованию рекомендации МСЭ-Т.
К одному из параметров относится производительность цифрового
сигнального процессора (DSP), реализующего соответствующий ал-
горитм кодирования в вокодерах и в гибридных кодерах (произво-
дительность оценивается в миллионах команд в секунду). Наиболее
высокие требования к DSP предъявляет кодек G.728, однако он обес-
печивает и небольшую задержку преобразования. По сравнению с
другими кодек G.711 практически не bi юсит задержки при преобра-
зовании речевых сигналов.
Таблица 4.2
Характеристики кодеков
Кодеки Скорость передачи, кбит/с Метод кодирования Производи- тельность DSP, млн ком./с Задержка преобра- зования, мс Оценка по шкале MOS
G.723.1 5,3 ACELP 16 30 3,7
6,3 MP-MLQ 22 3,9
G.729 8 CS-ACELP 30 38 4,0
G.728 16 LD-CELP 40 5 3,6
G.711 64 РСМ(ИКМ) — 0,125 4,5
Для оценки качества преобразования речевых сигналов часто ис-
пользуют метод MOS (Mean Opinion Scores — средняя экспертная
оценка), определенный в рекомендациях МСЭ-Т для телефонных
сетей. Шкала оценок MOS для речевой полосы 200—3400 Гц при-
ведена в табл. 4.3, а значения MOS для кодеков в табл. 4.2. Оче-
Таблица 4.3
Шкала средней экспертной оценки MOS
Оценка Качество Искажения
5 Отличное Незначительные
4 Хорошее Заметны, но не раздражают
3 Посредственное Немного раздражают
2 Плохое Раздражают, но не неудобны
1 Неудовлетворительное Очень раздражают
185
видно, что самое высокое качество преобразования обеспечивает ко-
дек G.711. Качество преобразования ниже всего у кодека G.728. При-
менение в сетях IP-телефонии находят все рассмотренные кодеки, по-
скольку каждый из них позволяет передавать речь с хорошим или близ-
ким к хорошему качеством. Конечно, с точки зрения качества пере-
дачи речи лучше всего применять кодеки G.711, но в этом случае от
IP-сети потребуется значительно большая пропускная способность.
Полученные на выходе битовые речевые блоки вставляются в па-
кеты. Чтобы эффективнее использовать ресурсы IP-сети целесооб-
разно вставлять в пакеты как можно более длинные речевые блоки,
но, с другой стороны это приводит к увеличению задержек речи и,
как следствие, к ухудшению качества передачи речи. Обычно в па-
кет вставляется речевой блок, соответствующий речевому элемен-
ту продолжительностью от 10 до 40 мс. Следовательно, прежде чем
сформировать речевой пакет, необходимо накопить речевую инфор-
мацию, что приведет к появлению задержки накопления. Эта задерж-
ка жестко связана с задержкой преобразования. Например, если взять
кодек G.723.1, то задержка преобразования (30 мс) входит в указан-
ный диапазон значений накопления. В этом случае один битовый ре-
чевой блок, полученный на выходе кодека будет вставлен в один па-
кет. Длина речевого блока равна 20 (ACELP) или 24 (MP-MLQ) бай-
там. В данном примере задержка преобразования равна задержке
накопления. Если использовать кодек G.711, то задержка преоб-
разования составляет только 0,125 мс, а длина речевого блока —
1 байт. Чтобы получить задержку накопления, равную 10 мс, надо
произвести 80 шагов преобразования (80 х 0,125 = 10). Тогда накопит-
ся речевой блок длиной 80 байтов, который будет вставлен в пакет.
Рассмотрим, что собой представляет речевой пакет.
Для передачи речи в технологии TCP/IP на прикладном уровне
применяется протокол RTP, позволяющий передавать речевую ин-
формацию через IP-сети в реальном масштабе времени. Этот же про-
токол позволяет передавать видеоинформацию. В каждом пакете
протокола RTP вместе с элементом речи передается временная мет-
ка, указывающая на положение этого элемента на временной шка-
ле, а также порядковый номер пакета. Этих данных достаточно для
того, чтобы в пункте приема протокол RTP восстановил принятые
пакеты в исходной последовательности и расставил их в требуемые
временные позиции. Таким образом, обеспечивается синхронизация
186
между узлами сети отправления и получения пакетов. Протокол RTP
работает совместно с протоколом RTCP (Real Time Control Protocol —
Протокол управления в реальном масштабе времени).
F. Пакет RTP состоит из 12 байтов (рис. 4.17), включающих в себя
следующие поля.
V=2 Р X СС М РТ Порядковый номер
5-8 Временная метка
9—12 Идентификатор источника синхронизации (SSRC)
Рис. 4.17. Формат пакета RTP
V— версия протокола RTP (2 бита). В настоящее время исполь-
зуется вторая версия.
, Р — флаг заполнения (1 бит), указывающий на то, что за полез-
ным полем следует поле заполнения (Р= 1). Применяется в тех слу-
чаях, когда необходимо, чтобы длина пакета была бы кратна, напри-
мер, 32 байтам.
. X— биг расширения (1 бит). Если Х= 1, то за основным заголовком
следует дополнительный заголовок определенного формата.
СС— число CSRC (CSRC count) (4 бита). CSRC (Contributing
Source Identifier) — это идентификатор, определяющий один из ис-
точников речевой информации. Всего может быть до 15 источников.
При СС = 0 имеется только один источник. Если СС >1, то имеется
источников более одного и каждому присваивается отдельный иден-
тификатор CSRC длиной 32 бита. Поля идентификаторов CSRC сле-
дуют за заголовком RTP. Эти идентификаторы используются при
организации конференц-связи. В этом случае в поля CSRC вставля-
ются значения идентификаторов соответствующих источников син-
хронизации SSRC. В одной конференции может быть больше 15 уча-
стников, однако в речевом пакете будут переноситься идентифика-
торы CSRC только для 15 первых участников.
М— маркер (1 бит), отмечает некоторые события. Чаще всего от-
мечается некоторая граница в потоке пакетов. Например, при пере-
даче речи отмечается начало активности в передаче речевой инфор-
мации. Когда передается видеоинформация, маркер указывает на
окончание видеокадра.
187
PT (Payload type) — тип полезного поля (7 битов). Задает формат
полезного поля, следующего за заголовком, и определяет тип пере-
даваемого трафика: речевой или видео. Здесь также передаются па-
раметры сжатия речи или видео. Обычно в процессе одного сеанса
связи отправитель пакетов задает только один тип трафика. При из-
менении условий передачи в сети отдельные параметры, например
коэффициент сжатия, могут меняться.
Порядковый номер (16 битов) служит для контроля над следовани-
ем передаваемых пакетов. Содержимое этого поля увеличивается на
единицу при передаче очередного пакета. Номер первого передава-
емого пакета устанавливается произвольно. В узле получателя по
номерам пакетов обнаруживаются потерянные пакеты.
Временная метка (32 бита) представляет собой число, указываю-
щее на относительный момент времени, в который был создан пер-
вый байт данных полезной нагрузки (например, первый байт рече-
вого блока на выходе кодера). Это число формируется в соответствии
с состоянием таймера узла отправителя.
SSRC (Synchronization Source Identifier) — идентификатор источ-
ника синхронизации, который соответствует только одному источ-
нику речи или видео. Значение идентификатора является случайным
числом и оно генерируется самим источником полезного трафика.
Это позволяет свести до минимума вероятность того, что два или
более источника, участвующие в одной сессии RTP (например, при
конференц-связи) имеют одинаковые идентификаторы. В протоко-
ле RTP существует также дополнительный механизм д ля снижения
указанной вероятности.
Основная задача протокола RTCP заключается в обеспечении об-
ратной связи для контроля качества передачи при рассылке пользо-
вательской информации. Пакеты RTCP переносят управляющую
информацию, к которой, в частности, относятся отчеты отправите-
ля (передаются от отправителя к получателю речевых/видеопакетов)
и получателя (от получателя к отправителю).
В отчетах отправителя и получателя содержится одинаковый на-
бор статистических данных: количество посланных пакетов и бай-
тов полезного трафика, накопленное количество потерянных паке-
тов с начала сессии, значения джиттера и задержки, а также другие
данные. По результатам анализа полученных данных, отправитель
может изменить параметры передачи, например, уменьшить коэф-
188
фициент сжатия речи при обнаружении ухудшения качества пере-
дачи. Анализ данных, проведенный получателем, может сделать вы-
вод о месте возникновения проблемы: в местной, региональной или
глобальной сети.
Пакеты RTCP имеют формат, похожий на пакет RTP. Хотя паке-
ты RTCP передаются только при наличии сессии RTP, протокол
RTCP имеет собственный адрес порта. Чтобы не перегружать сеть
управляющей информацией, пакеты RTCP передаются значитель-
но реже, чем пакеты RTP.
Как было отмечено выше, протокол RTP, а также протокол RTCP,
на транспортном уровне используют протокол UDP. В соответствии
с рис. 4.4 речевые пакеты, посылаемые через сеть Ethernet, будут
иметь четыре заголовка, что обычно записывается следующим об-
разом: RTP/UDP/IP/Ethernet. Суммарная длина всех заголовков
равна 66 байтов (RTP — 12 байтов, UDP — 8 байтов, IP — 24 байта,
Ethernet — 22 байта). Интересно заметить, что суммарная длина за-
головков сопоставима с длиной полезного поля пакета RTP. В при-
мере, приведенном выше для кодека G.711 и длительности переда-
ваемого элемента речи 10 мс, было показано, что в полезное поле
вставляется речевой блок длиной 80 байтов. Это доказывает, что при
передаче через IP-сеть трафика в реальном масштабе времени, доля
полезной информации относительно невелика.
4.7. Виды систем сигнализации в сетях ХР-телефоиии
и сеть IP-телефонии с протоколами Н.323
Система сигнализации в сети IP-телефонии предназначена в пер-
вую очередь для управления вызовом: установление соединения и
разъединение. Кроме того, сигнализация необходима для регистра-
ции абонентов, поиска местонахождения абонентов, организации
аудио- и видеоконференций, предоставления дополнительных услуг.
Данные сигнализации используются в системе администрирования
для сбора статистических данных, таких, как: учет трафика, опреде-
ление качества обслуживания, тарификации разговоров и другие.
В настоящее время в IP-сетях применяются две основные систе-
мы сигнализации Н.323 и SIP.
Система сигнализации Н.323 представлена в одноименной реко-
мендации МСЭ-Т, получившей название: «Мультимедийные систе-
мы связи на основе передачи пакетов (Packet-based multimedia
189
communications systems)». Рекомендация предназначена для созда-
ния систем связи на базе сетей с пакетной коммутацией для переда-
чи речевой и видеоинформации, организации конференций, пере-
дачи данных. В настоящее время приняты вторая, третья и четвертая
версии этого стандарта — Н.323 v.2, Н.323 v.3 и Н.323 v.4. На правах
временного документа существуют документы Н.323 v.5 и Н.323 v.6.
Протокол SIP (Session Initiation Protocol — протокол инициали-
зации сессии) разработан комитетом IETF (Internet Engineering Task
Force) и первоначально его описание было приведено в документе
RFC 2543. В настоящее время действует усовершенствованный до-
кумент RFC 3261. Протокол предназначен для организации и управ-
ления сессиями, в течение которых между участниками происходит
обмен мультимедийными данными: речью, видео и текстом.
К системам сигнализации следует отнести протоколы управления
шлюзами MGCP (Media Gateway Control Protocol — протокол управ-
ления медиашлюзом) и MEGACO/H.248. Первоначально появив-
шийся протокол MGCP был предложен комитетом IETF. Работая над
усовершенствованием протокола MGCP, комитет IETF создал про-
токол MEGACO. Одновременно над подобным протоколом работал
союз МСЭ-Т, которому было дано название Н.248.
Сеть IP-телефонии, построенная по стандарту Н.323, включает в
себя четыре основных компонента: терминал Н.323, гейткипер
(gatekeeper, или привратник), шлюз и устройства управления кон-
ференциями (MCU) (рис. 4.18). Они все включаются в сеть комму-
тации пакетов, которая может не гарантировать требуемое качество
услуг — QoS (Quality of Service). В качестве такой сети могут исполь-
зоваться сети: LAN, MAN (Metropolitan Area Networks — вычисли-
тельная сеть в пределах города), Интернет и Интранет. В рекоменда-
ции Н.323 не определены конкретные типы сетей, их протоколы и
интерфейсы. В качестве примеров приведены сети Ethernet, Fast
Ethernet, FDDI, Token Ring, ATM.
К сети Н.323 могут подключаться другие сети: телефонные сети, сети
ISDN и В-ISDN (широкополосная сеть ISDN), а через сеть ISDN —
сеть LAN, гарантирующая качество услуг. Взаимодействие с этими се-
тями происходит через шлюзы, причем один шлюз может обеспечить
подключение к нескольким сетям разного назначения (на рис. 4.18 по-
казано по одному шлюзу к каждой сети). В указанные сети могут вклю-
чаться терминалы, служащие только для передачи речи — речевые
190
Рис. 4.18. Базовая архитектура сети Н.323
191
терминалы, так и терминалы, позволяющие одновременно передавать
речь и видео — видеофоны. Такие терминалы способны также переда-
вать данные. Терминалы типа видеофо! i в зависимости от сети должны
соответствовать одной из рекомендаций: Н.320, Н.321, Н.322 и Н.324.
Терминалы Н.323 способны обмениваться с другими терминалами
речевой, видеоинформацией и данными. Терминал может быть рас-
считан либо на предоставление только одной услуги: речевой, ви-
део, данных, либо любой комбинации из двух или трех таких услуг.
В телефонной сети и сети ISDN к речевым терминалам относятся
аналоговые телефонные аппараты, а в сети ISDN — также и цифро-
вые телефонные аппараты. Роль терминалов Н.323 могут выполнять
IP-телефоны и софтфоны.
В сети Н.323 возможны соединения между любой парой терми-
налов Н.323, между терминалом Н.323 и любым терминалом другой
сети, подключенной через шлюз. Допустимы соединения между дву-
мя терминалами двух разных TDM-сетей, подключенных через шлю-
зы. Также возможно соединение между двумя терминалами Н.323
с применением TDM-сети (сетей), в котором участвуют два шлюза,
один для исходящего соединения к TDM-сети, другой — для входя-
щего соединения от TDM-сети.
В сети Н.323 шлюз выполняет две основные функции. Во-первых,
преобразовывает сигнализацию сети Н.323 в систему сигнализации,
соответствующей TDM-сети, и наоборот. Во-вторых, в направлении
от TDM-сети к пакетной сети производит преобразование речевых или
видеосигналов TDM-сети в сигналы пакетной сети, вставляет их в
пакеты и посылает пакеты в сеть коммутации пакетов, а в направле-
нии от пакетной сети к TDM-сети производ ит такие же операции
в обратной последовательности. Со стороны как пакетной, так и
TDM-сети, шлюз выполняет функции терминала соответствующей
сети. На пакетной сети — это терминал Н.323, а на TDM-сети — терми-
налы Н.320, Н.321, Н.322, Н.324, V.70 и речевые терминалы. Терминал
TDM-сети рассматривает шлюз как терминал такого же типа.
При соединениях между речевыми терминалами шлюз может под-
держи вать обмен DTMF-сигналами. Для этого шлюз со стороны
TDM-сети детектирует и формирует DTMF-сигналы, а со стороны
пакетной сети — передает и принимает сигналы по протоколу Н.245
или использует специальные RTP-пакеты, служащие для передачи
DTMF-сигналов и иных тональных сигналов (RFC 2833).
192
Гейткипер обеспечивает управление вызовами в сети Н.323. Он
взаимодействует с терминалами Н.323, шлюзами и MCU. В сети
Н.323 может быть множество гейткиперов и каждый обслуживает
свою зону сети. При установлении соединений между терминала-
ми разных зон, гейткиперы обмениваются между собой сигналь-
ной информацией. Гейткипер выполняет следующие обязательные
функции.
Преобразование адреса — происходит преобразование так назы-
ваемого алиас-адреса (alias address) в транспортный адрес вызывае-
мого абонента. Алиас-адрес передается от вызывающего абонента и
может иметь разную форму записи: телефонный номер, символьное
имя, адрес электронной почты.
Управление доступом — при каждом вызове гейткипер определя-
ет право пользователя на доступ к сети Н.323. Для этого использует-
ся протокол RAS (Registration, Admission and Status — регистрация,
доступ и статус).
Управление полосой пропускания — осуществляется контроль над
допустимым числом терминалов, получившим одновременно доступ
к сети Н.323. При недостаточной полосе пропускания гейткипер
может отказать в обслуживании очередного вызова. Эта функция
также действует, когда соединение уже установлено, а терминалу тре-
буется дополнительная полоса пропускания. Управление полосой
пропускания происходит по протоколу RAS.
Техническая поддержка внутри зоны сети осуществляется д ля всех
терминалов, шлюзов и MCU зоны, обслуживаемой данным гейтки-
пером.
Гейткипер может выполнять необязательные функции, к основ-
ной из которых относится сигнализация управления вызовом. При
наличии этой функции гейткипер участвует в процессе обмена сиг-
нальными сообщениями по протоколу Н.225.0 при установлении
соединений между терминалами. Гейткипер пропускает через себя
сигнальные сообщения в обоих направлениях передачи. Если эта
функция не задана, то гейткипер сообщает терминалам, чтобы они
обменивались сигнальными сообщениями напрямую без его участия.
Гейткипер необходим, когда в сети есть хотя бы один шлюз, что
объясняется требованием преобразования поступающих от TDM-сети
цифр номера в транспортный адрес. В сети, в которую включены толь-
ко терминалы Н.323, гейткипера может не быть. Однако в этом случае
13-3936
193
терминалам Н.323,должны быть известны транспортные адреса дру-
гих абонентов сети. В сети также не будут выполняться основные фун-
кции гейткипера.
Устройство управления конференциями MCU (Multipoint Control
Unit) служит для образования конференций, в которых могут уча-
ствовать терминалы сети Н.323 и других сетей. Конференция может
быть аудио или видео, а также одновременно аудио и видео. Во вре-
мя конференции между участниками могут передаваться данные.
Функционально MCU состоит из контроллера конференций (МС —
Multipoint Controler) и процессора конференций (MP — Multipoint
Processor). Контроллер управляет организацией конференций. Он
обменивается информацией с терминалами, входящими в конферен-
цию, и согласовывает параметры передачи медиапотоков. Процес-
сор обрабатывает поступающие от терминалов потоки речевой, ви-
деоинформации и потоки данных и полученные в результате обра-
ботки потоки возвращает терминалам.
Конференции могут быть централизованными, децентрализован-
ными и комбинированными.
В централизованной koi 1ференции терминал каждого участника со-
единяется с MCU в режиме «точка—точка». При передаче речи это
означает, что между каждым терминалом и MCU образуется двусторон-
ний логический канал, по которому от терминала к MCU передается
поток RTP-пакетов с речью одного a6oi юнга. В MCU происходит циф-
ровое суммирование речевых сигналов, принимаемых в RTP-пакетах
оттерминалов участников конференции. С выходов сумматора от MCU
к каждому терминалу передается поток RTP-пакетов с суммарным ре-
чевым сигналом. В суммарном рече-
----*- — поток RTP-пакетов
Рис. 4.19. Централизованная кон-
ференция в сети Н.323
вом сигнале, посылаемом термина-
лу, не должно содержаться речевого
сигнала, поступившего от этого тер-
минала (абонент г ie додже! г слышать
самого себя). На рис. 4.19 показан
пример централизованной аудио-
конференции с тремя терминалами
Т1.. .ТЗ (S — цифровой сумматор).
В децентрализованной конфе-
ренции каждый терминал участни-
ка конференции передает каждому
194
1ругому терминалу поток аудио-
фил и видеоинформации без учас-
тия MCU. Со стороны MCLJ с по-
лощью МС осуществляется управ-
гсние конференцией по протоколу
-1.245 (рис. 4.20). Каждый терминал
цринимает одинаковое число ме-
щапотоков, равное N— 1, где N—
шсло участников конференции.
3 случае передачи речи, терминал
----•---поток RTP-пакетов
Рис. 4.20. Децентрализованная
конференция в сети Н.323
троизводит цифровое суммирование речевых сигналов, поступаю-
цих от всех других терминалов.
Комбинированная конференция представляет собой сочетание
централизованной и децентрализованной конференций. На рис. 4.21
юказан пример комбинированной аудиоконференции, в которой
ерминалы Т1...ТЗ входят в централизованную конференцию, а
Г4...Т6 — в децентрализованную. Все терминалы связаны с MCU,
тричем при передаче речевых пакетов в децентрализованной кон-
ференции MCU рассматривается как терминал этой конференции.
Л о этой причине на выходах сумматора, направленных к термина-
гам децентрализованной конференции (Т4...Т6), должны присут-
ствовать только речевые сигналы оттерминалов централизованной
конференции (Т1...ТЗ). На выходе, направленном к терминалу цент-
рализованной конференции,
должны быть речевые сигналы
всех участников комбиниро-
ванной конференции, кроме
сигналов данного терминала.
При цифровом суммирова-
нии, осуществляемом процес-
сором МР, сигналы на каждом
входе преобразовываются в
сигналы с линейной характе-
ристикой (производится де-
компрессия сигналов). Затем
раздельно для каждого выхо-
да происходит собственно
суммирование сигналов, по-
---► — поток RTP-пакетов
Рис. 4.21. Комбинированная конферен-
ция в сети Н.323
195
ступающих с входов. В суммарном сигнале одного выхода не долж-
но быть речевого сигнала, принятого по этому же входу. Суммарный
сигнал кодируется по одному из стандартов (например, G.703) и пе-
редается на соответствующий выход. Чтобы снизить шумы и добить-
ся одинакового уровня речевых сигналов, МР может ограничить по-
ступление или ввести затухание сигналов на отдельных входах.
Рассмотрим процессы установления соединений на сети Н.323.
В процессе установления соединения и разъединения использу-
ются три протокола: RAS, Н.225.0 и Н.245.
Протокол RAS позволяет обмениваться сообщениями между тер-
миналом и гейткипером при регистрации и отказе от регистрации
пользователей, при управлении полосой пропускания и управле-
нии доступом. Для переноса сообщений этого протокола исполь-
зуется протокол ненадежной передачи пакетов UDP. Описание про-
токола RAS приведено в рекомендации Н.225.0 МСЭ-Т.
Протокол Н.225.0 аналогичен протоколу Q.931, используемому на
сети ISDN для сигнализации по каналу D. Служит для управления
вызовом на этапах установления соединения, разъединения и в дру-
гих случаях. По этому протоколу пункты сети обмениваются сигналь-
ными сообщениями таких же типов, как в стандарте Q.931. На сети
Н.323 для передачи сообщений по протоколу Н.225.0 используется
протокол надежной доставки TCP. В начальных версиях стандарта
Н.323 д ля каждого соединения открывался отдельный сигнальный
канал. Начиная с третьей версии, образуется общий для всех соеди-
нений сигнальный канал, а соединения различаются метками (call
reference).
Протокол Н.245 представляет собой протокол управления пере-
дачей мультимедийной информации. Этот протокол управляет
открытием и закрытием логических каналов, используемых для пе-
редачи мультимедийной информации. При открытии логических ка-
налов за каждым из них закрепляется уникальный номер. Логиче-
ский канал с номером 0 открывается только для передачи управляю-
щей информации по протоколу Н.245. Для передачи информацион-
ных сообщений этого протокола используется протокол TCP.
Предусмотрено несколько вариантов установления соединений,
зависящих от необходимости регистрации пользователей, от при-
менения гейткипера и способов пересылки сигнальных сообщений.
В самом простейшем случае, когда не требуется регистрация пользо-
196
вателей, соединение может устанавливаться напрямую между тер-
миналами пользователей без участия гейткипера. В этом случае тер-
минал должен сам преобразовывать алиас-адрес в транспортный ад-
рес пункта вызываемого терминала. Остальные варианты предусмат-
ривают применение гейткипера, причем сигнальные сообщения
могут передаваться между терминалами напрямую или с переприе-
мом (с трансляцией) в гейткипере. В этих вариантах пользователи
могут пользоваться алиас-адресами.
Процедура передачи сигнальных сообщений начинается с фазы
установления соединения, когда вначале происходит обмен сообще-
ниями по протоколу RAS, затем по протоколу Q.931, а затем по про-
токолу Н.245. Далее по образованному логическому каналу терми-
налы обмениваются речевыми пакетами. На фазе разъединения сиг-
нальные сообщения передаются в обратной последовательности:
Н.245, Q.931,RAS.
Рассмотрим подробнее процесс установления соединения и разье-
динения д ля варианта с применением гейткипера и передачей сиг-
нальных сообщений напрямую между речевыми терминалами. На
рис. 4.22 показана диаграмма установления соединения и разьеди-
нения между двумя терминалами одной зоны сети Н.323. Предпола-
гается, что используя протокол RAS, оба терминала уже зарегистри-
ровались в гейткипере. В рассматриваемом примере в качестве тер-
минала выступает IP-телефон или шлюз, в который непосредствен-
но включен аналоговый телефонный аппарат.
При поступлении вызова от абонента, гейткипер с помощью про-
токола RAS проверяет право пользователя на доступ к сети. Для это-
го от терминала 1 к гейткиперу передается сообщение ARQ (Admis-
sion Request), являющееся требованием на установление соединения.
В этом сообщении содержится алиас-адрес вызываемого абонента.
Гейткипер отвечает терминалу 1 сообщением ACF (Admission Con-
firm), извещающим о согласии на установление соединения. В нем
гейткипер посылает транспортный адрес сигнального канала терми-
нала 2. Если у пользователя нет права доступа к сети, гейткипер от-
ветит сообщением отказа доступа ARJ (Admission Reject).
Теперь терминалы 1 и 2 обмениваются сигнальными сообще-
ниями по протоколу Q.93I. От вызывающей стороны по получен-
ному от гейткипера транспортному адресу сигнального канала тер-
минала 2 передается сообщение Setup, несущее в себе требование
197
Терминал 1
Вызов от
абонента
Сигнал ответа
станции
Набор цифр
номера
______ARQ
ACF
Setup
Гейткипер
Терминал 2
Сигнал
контроля
посылки
вызова
Call proceeding
Alerting
Connect
Terminal Capability Set Ack
•ARQ----
---—ACF-
Terminal Capability Set
Вызов
к терми-
налу
Ответ
абонента
Terminal Capability Set
Master Slave Determination
Terminal Capability Set Ack
Master Slave Determination
Master Slave
Determination Ack
Open Logical Channel
Open Logical Channel Ack
Master Slave
Determination Ack
Open Logical Channel
Open Logical Channel Ack
Разговор (двусторонний обмен пакетами RTP и
Сигнал
«Занято»
End Session Command
— End Session Command
Release Complete
DRQ DCF —* DRQ
" DCF
Отбой от
абонента
Сообщения по протоколу Н.245
—— Сообщения по протоколу RAS
Сообщения по протоколу H.225.0(Q.931)
Рис. 4.22. Диаграмма установления соединения и разъединения с гейт-
кипером
198
на установление соединения. В обратном направлении от термина-
ла 2 к терминалу 1 по образованному сигнальному каналу передает-
ся сообщение Call Proceeding, извещающее о том, что принято дос-
таточно информации для продолжения соединения. Если терминал
2 готов принять вызов, он передает запрос допуска к ресурсам сети
ARQ, на который привратник отвечает подтверждением ACF. При
свободное™ вызываемого абонента, ему передается сигнал вызова,
а по сигнальному каналу посылается сообщение Alerting. При ответе
абонента на вызов от терминала 2 к терминалу 1 передается сообще-
ние Connect. В этом сообщении содержится транспортный адрес ло-
гического канала Н.245. Теперь по протоколу TCP открывается
логический канал Н.245 и происходит обмен сообщениями Н.245.
Первым от каждого из терминалов передается сообщение Terminal-
CapabilittySet, в ответ на которой другой терминал отправляет сооб-
щение подтверждения TerminalCapabilittySetAck. В сообщении
TerminalCapabilittySet содержится информация для согласования
параметров обмена потоками речевой информации. Сюда обязатель-
но входят данные о типах кодеков с которыми может работать каж-
дый из терминалов, информация об обмене пакетами в обоих или в
одном направлении соединения.
Далее определяется какой из терминалов будет ведущим (master),
а какой — ведомым (slave). С этой целью терминалы обмениваются
сообщениями MasterSlaveDetermination и MasterSlaveDetermination-
Ack. Ведущий терминал определяется по максимальному из двух слу-
чайных чисел, посланных от каждого из терминалов. Процедура вве-
дения ведущего терминала необходима для разрешения конфликтов,
которые могут возникнуть между терминалами. Например, это не-
обходимо для исключения одновременного открытия каждым тер-
миналом логического канала для передачи пользовательской инфор-
мации.
Теперь для пересылки речевых пакетов надо открыть однонаправ-
ленные логические каналы в направлениях передачи от терминала 1
к терминалу 2 и наоборот. Для этого используется сообщение Ореп-
LogicalChannel, передаваемое от каждого из терминалов. В ответ на
него поступает подтверждающее сообщение OpenLogicalChannelAck.
В сообщении OpenLogicalChannel содержатся: уникальный номер ло-
гического канала для передачи речи в соответствующем направле-
нии; транспортные адреса портов RTP и RTCP, на которые должны
199
приниматься речевые пакеты; вид передаваемой информации — речь;
тип выбранного кодека.
Процесс установления соединения закончился, и пользователи
могут передавать речевую информацию, используя два односторон-
них логических канала между терминалами. Во время разговора ис-
пользуется схема передачи RTP/UDP/IP. Протокол RTCP служит для
контроля над передачей потоков речевых пакетор.
По окончании разговора начинается фаза разъед инения. При при-
еме от абонента сигнала отбоя, терминал прекращает передачу речевых
пакетов и посылает по каналу Н.245 сообщение EndSessionCommand,
извещающее другой терминал об окончании сессии. Этот терминал
должен прекратить посылку речевых пакетов и также передать сообще-
ние EndSessionCommand. Абоненту передается сигнал «занято».
По образованному при установлении соединения сигнальному
каналу передается по протоколу Q.931 сообщение Release Complete.
Теперь сигнальный канал закрывается.
Разъединение завершается обменом сообщений между терми-
налами и гейткипером по протоколу RAS. От каждого из терминалов
в сторону гейткипера передается сообщение DRQ (Disengage Request —
требование на освобождение), в ответ на которое гейткипер посы-
лает подтверждение в виде сообщения DCF (Disengage Confirm —
согласие освобождения). Гейткипер освобождает зарезервированную
полосу пропускания для закончившегося соединения.
4.8. Сеть IP-телефопии с протоколом SIP
На сетях с пакетной коммутацией все большее значение находит
протокол инициализации сеансов связи — SIP, разработанный в ка-
честве стандарта для пакетных сетей рабочей группой по инженер-
ным проблемам Интернет (IETF). Этот стандарт имеет назначение,
аналогичное стандарту Н.323, однако имеет множество отличий. Не
вдаваясь в подробности, можно заметить, что в рекомендациях Н.323
рассматривается прикладная сеть, наложенная на сеть передачи дан-
ных с пакетной коммутацией, в то время как протокол SIP ориенти-
рован на интеграцию со службами сети Интернет. По протоколу SIP
происход ит установление, модификации и завершение мультимедий-
ных (в том числе речевых) соединений. SIP многое позаимствовал у
таких популярных и уже доказавших свою состоятельность прото-
колов сети Интернет, как HTTP и SMTP.
200
Описание протокола SIP приведено в документе RFC3261 (вер-
сия 2). С этим протоколом связаны другие документы: RFC3265 —
SIP Specific Event Notification (характерные уведомления о событиях
по протоколу SIP), RFC3665 — SIP Basic Call Flow Examples (приме-
ры обслуживания основных потоков вызовов по протоколу SIP),
RFC3372 — SIP-T Context and Architectures (протокол SIP для теле-
фонии: контекст и архитектура), RFC3515 — SIP Refer Method (на-
ведение справки по протоколу SIP), RFC3725 — SIP Best Current
Practices for Зрсс (применение протокола SIP для организации трех-
сторонней конференции), RFC4028 — SIP Session Timers (таймеры в
течение сессий для протокола SIP) и другие. В протоколе SIP пре-
дусмотрен обмен информацией по протоколу SDP (Session Descrip-
tion Protocol — протокол описания сессии) в соответствии с доку-
ментом RFC2327.
При создании протокола SIP были заложены следующие основ-
ные принципы.
Мобильность пользователей, состоящая в том, что пользователь
может получать услуги сети независимо от своего местоположения в
ней. С этой целью в сети должен быть сервер регистрации, а пользо-
ватель информирует о своем местоположении с помощью специаль-
ного сообщения — REGISTER
Масштабируемость сети означает, что можно построить сеть раз-
ных размеров и любая сеть может быть расширена.
Расширяемость протокола указывает на возможность дальнейшей
модификации протокола для введения новых функций и услуг, а так-
же его адаптации к работе с различными приложениями пользова-
телей.
Возможность взаимодействия с другими протоколами сигнализации
необходима для работы с другими сетями, где используются иные
системы сигнализации. Сети с протоколом SIP могут взаимодейство-
вать с пакетными сетями, в которых применяются протоколы Н.323,
MGCP и другие. В телефонных сетях общего пользования и техно-
логических сетях протокол SIP взаимодействует с системами сигна-
лизации DSS1 и ОКС № 7.
Важной особенностью протокола SIP является его полная совме-
стимость с протоколами сети Интернет, разработанных комитетом
IETF и отраженных в документах серий RFC. С точки зрения пере-
дачи мультимедийной информации в сети SIP находят применение
201
протоколы: RTP, RTCP, RSVP (Resource Reservation Protocol — про-
токол резервирования ресурсов сети, RFC2205), RTSP (Real-Time
Streaming Protocol — протокол передачи потоковой информации в
реальном времени, RFC 2326).
Протокол SIP может быть использован на разных сетях с пакет-
ной коммутацией: Х.25, ATM, Frame Relay и другие. Однако пред-
почтение отдается IP-сетям со стеком протоколов TCP/IP. Сигналь-
ная информация может передаваться по протоколу TCP или UDP,
но в первую очередь рекомендован протокол UDP. Чтобы достиг-
нуть надежной передачи сигнальных сообщений при использовании
протокола UDP предусматривается подтверждение приема и повтор-
ная передача сигнальных сообщений.
Протокол SIP обеспечивает инициализацию, протекание и завер-
шение сеансов связи. В общем случае сеанс связи предполагает на-
личие хотя бы одного отправителя и одного получателя и между от-
правителем и получателем передается поток пакетов, несущих сиг-
нальную информацию, речь, видео и данные. В мультимедийных
соединениях каждый из пользователей может быть отправителем и
получателем. Сеанс называется мультимедийным, когда в нем уча-
ствует множество отправителей и пользователей. Примером муль-
тимедийного сеанса является аудиоконференция. В течение сеанса
образуется один или множество диалогов. Под диалогом понимает-
ся взаимодействие между двумя агентами пользователей. В образо-
вании диалога участвуют запрос типа INVITE и ответ из серии 2хх.
По сети SIP может передаваться любая мультимедийная пользо-
вательская информация: речь, видео и данные и любые их комби-
нации. При установлении соединения вызывающая и вызываемая
стороны обмениваются информацией о своих функциональных воз-
можностях: тип мультимедийной информации, алгоритм кодиро-
вания, режим передачи пакетов: одноадресный (unicasting) или мно-
гоадресный (multicasting), транспортный адрес пункта приема
пользовательской информации (для режима unicast) и другие. Для
этой цели используется протокол SDP, данные которого вставля-
ются в сообщения протокола SIP. Во время сеанса предусмотрена
возможность его модификации (например, при переадресации вы-
зова на другого абонента, при добавлении или прекращении пере-
дачи одной мультимедийной информации), для чего также приме-
няется протокол SDP.
202
В сети с протоколом SIP можно организовывать централизован-
ные, децентрализованные и комбинированные конференции, на
подобие тех, что рассмотрены для стандарта Н.323. В описании про-
токола SIP не приведены способы организации и управления кон-
ференциями, а только лишь процедуры, связанные с обменом сиг-
нальной и мультимедийной информацией. Протокол SIP позволяет
образовывать конференции с одноадресной (режим unicasting) и мно-
гоадресной (режим multicasting) рассылкой пакетов. Режим unicasting
означает, что к каждому терминалу участника конференции переда-
ется индивидуальный мультимедийный (например, речевой) поток
пакетов с транспортным адресом этого терминала. В режиме
multicasting все мультимедийные пакеты одной сессии передаются с
одним multicast-адресом, в соответствии с которым они доставля-
ются сетью терминалам участников конференции. В этом случае па-
кетная сеть должна обеспечить режим многоадресной рассылки.
Протокол SIP позволяет во время конференции добавлять или вы-
водить из нее какого-либо участника.
Сеть с протоколом SIP строится с применением следующих уст-
ройств (рис. 4.23): прокси-сервера (proxy-server) SIP, сервера регист-
рации (registrar) и терминалов. К терминалам относятся софтфоны,
IP-телефоны и шлюзы. В сети SIP прокси-сервер SIP и сервер реги-
страции обычно бывают совмещены в одном оборудовании.
Основные функции прокси-сервера SIP состоят в управлении об-
служиванием вызовов в сети, доступом пользователей к услугам и в
аутентификации пользователей. Он принимает, обрабатывает за-
просы и по результатам обработки выполняет соответствующие дей-
ствия: пересылает запрос другому узлу сети, формирует и посылает
ответ, обращается к базе данных и так далее.
Прокси-серверы могут быть двух типов: с сохранением (statefull)
и без сохранения (stateless) состояний. Сервер с сохранением состо-
яний хранит в своей памяти все входящие и исходящие запросы в
течение транзакции, т.е. до получения ответов на них. Сервер без
сохранения состояний только ретранслирует поступающие к нему
Запросы и ответы. От сервера первого типа требуется большая про-
изводительность, но этот тип имеет больше функциональных воз-
можностей. Возможен вариант комбинированного прокси-сервера,
когда для одних пользователей он работает с сохранением состоя»
* НИЙ, а для других — без сохранения состояний.
Рис. 4.23. Базовая архитектура сети SIP
Сервер регистрации служит для определения местоположения
пользователя в текущий момент времени. Этот сервер управляет ба-
зой данных, хранящей информацию о месте положения пользовате-
лей сети. Пользователь сообщает о своем местоположении посылкой
сообщения REGISTER, в котором указывает свой текущий адрес. Для
пользователей, постоянно находящихся в одном месте, достаточно за-
регистрироваться только один раз. Пользователи, меняющие свое
местоположение, проходят периодическую регистрацию через опре-
деленные промежутки времени.
В сети SIP может быть сервер перенаправления (Redirect server),
который служит для определения текущего IP-адреса вызываемого
пользователя. На этот сервер поступают запросы об определении
местоположения пользователя. Он через сервер регистрации или
напрямую обращается к базе данных с местоположением пользова-
телей сети. Сервер перенаправления применяется, когда в сети нет
204
прокси-сервера (соединения между терминалами устанавливаются
напрямую) или для снижения загрузки прокси-сервера.
При установлении соединений в сети SIP используется адресация,
подобная адресации электронной почты. Адрес состоит из двух частей:
имени пользователя, зарегистрированного в домене или на узле сети
(хосте); имени домена, узла или шлюза. Две части разделены знаком @.
Используются четыре типа адресов:
• имя пользователя@домен;
• имя пользователя@хост;
• номер телефона@шлюз;
• имя пользователя@1Р-адрес.
При использовании трех первых типов адресов необходимо об-
ратиться к службе доменных имен DNS (Domain Name Service) для
того, чтобы определить IP-адрес, соответствующий данному имени
домена, узла или шлюза. При наличии во второй части IP-адреса,
связаться с сервером или терминалом сети SIP можно напрямую.
Адрес записывается в строчку и перед ним ставится признак
принадлежности к протоколу SIP. Ниже показаны примеры запи-
си SIP-адресов:
sip: Vladimir@pgups.spb.ru;
sip: 768-84-51@gateway-pgups.ru;
sip: kvant@192.168.58.136
В протоколе SIP обмен сигнальными сообщениями происходит
по принципу «клиент—сервер». Клиент генерирует запросы, а сер-
вер обрабатывает их и отвечает на них ответами. Обмен сообщения-
ми в виде запросов и ответов получил название транзакция SIP. По-
нятия клиент и сервер являются относительными. В сети SIP роль
клиента выполняет терминал, который передает запрос к прокси-
серверу. Прокси-сервер в обратном направлении посылает ответы.
Прокси-сервер может послать запрос к другому прокси-серверу, ко-
торый отправляет ответ. Здесь первый прокси-сервер является кли-
ентом, а другой прокси-сервер — сервером. Также два терминала
могут напрямую обмениваться запросами и ответами, один из них
будет клиентом, а второй — сервером.
Важным понятием в протоколе SIP является агент пользователя
UA (User Agent) — это терминал SIP, который формирует запросы,
отвечает на них при взаимодействии с другими агентами пользова-
телей в течение сеанса связи. Взаимодействие между агентами
пользователей может быть непосредственным или через промежу-
205
Стартовая строка точный сервер, например, прокси-
Заголовки сервер. Программное обеспечение агента пользователя делится на две части: клиентскую ПАС (User Agent
Пустая строка Client) и серверную UAS (User Agent
Тело сообщения Server). Сообщения SIP имеют одина- ковую структуру, показанную на рис. 4.24. Первой передается стартовая строка. Если это запрос, то в стар- товой строке содержится тип запро- са, адрес вызываемого пользовате-
Рис. 4.24. Структура сообщения SIP
ля и номер версии протокола SIP. Если речь идет об ответе, то стар-
товая строка включает номер версии протокола и тип ответа.
Далее следуют заголовки, необходимые для передачи информации
о вызывающем и вызываемом пользователях, пути следования сооб-
п 1ений и других данных. Используются заголовки разных типов, при-
чем каждому типу присвоено имя. После згисловков следует пустая сгро-
ка, а за ней — тело сообщения. В теле сообщений может содержаться
описание сеансов связи, например по протоколу SDP (сообщения ти-
пов INVITE, АСК и OPTION). В некоторых сообщениях тела сообще-
ния может не быть, например в сообщении BYE. В стартовой строке,
заголовках и в теле сообщения информация записывается в ваде текста
с использованием набора символов ISO 10646 в кодировке UTF-8.
Заголовки протокола SIP делятся на четыре вида: общие заголов-
ки, присутствующие в запросах и ответах; заголовки содержания,
включающие в себя информацию о размере тела сообщения или об
источнике запроса; заголовки запросов, передающие дополнительную
информацию о запросе; заголовки ответов, передающие дополнитель-
ную информацию об ответе. Формат заголовка начинается с его на-
звания, далее следует двоеточие, а за ним содержание заголовка.
При обработке сообщений протокол SIP игнорирует заголовки с не-
известными названиями. Наиболее часто используются следующие
общие заголовки: From (источник запроса), То (получатель запроса),
Call-ID (идентификатор сеанса связи), Contact (контакт), Cseq (после-
довательность), Via (через). К заголовкам содержания относятся:
Content-Type (тип содержимого), Content-Length (размер тела сообще-
206
ния), Content-Encoding (кодирование тела сообщения). Во все запросы
вставляется заголовок Max-Forwards (максимальное количество пере-
адресаций). Подробное назначение и содержание заголовков рассмат-
ривается ниже при описании процессов соединения и разъединения.
В протоколе SIP первоначально были заложены запросы следую-
щих типов:
INVITE — приглашение пользователя к сеансу связи; содержит
описание сеанса по протоколу SDP;
АСК — подтверждение приема последнего ответа на запрос
INVITE;
BYE — окончание сеанса; передается от любого из пользовате-
лей, участвующих в сеансе;
CANCEL — прекращение обработки запросов;
REGISTER — требование на регистрацию пользователя на сер-
вере определения местоположения;
OPTION — запрос информации о функциональных возможнос-
тях терминала.
В дальнейшем были добавлены следующие запросы:
INFO — служащий для передачи дополнительной информации
прикладного уровня после установления соединения в течение се-
анса связи; примеры применения: обмен сигналами между шлюза-
ми телефонной сети общего пользования или сети ОбТС во время
сеанса связи; посылка сигналов DTMF в течение SIP-сеанса;
PRACK — участвует в механизме надежной доставки отдельных
типов ответов;
UPDATE — служит для изменения некоторых параметров сеан-
сов (например, кодеков) до поступления окончательного ответа на
запрос INVITE;
NOTIFY — служит для переноса информации о текущем состоя-
нии соответствующего объекта сети; может передаваться каждый раз,
когда состояние объекта меняется;
SUBSCRIBE — используется для получения информации о теку-
щем состоянии удаленного ресурса сети; служит для создания диа-
лога между двумя агентами пользователей: подписчиком на предо-
ставление информации и держателем этой информации; информа-
ция о текущем состоянии переносится в сообщении NOTIFY;
REFER — предназначен для реализации дополнительных услуг,
таких, как переадресация вызова и наведение справки;
207
MESSAGE — позволяет передавать текстовые сообщения между
пользователями без установления соединения между ними; исполь-
зуется модель, подобная передаче SMS (Shot Message Service — услу-
га коротких сообщений) в сети мобильной связи.
Ответы состоят из трехзначного кода и названия. Определено
шесть классов ответов, причем первая цифра кода указывает на класс.
Остальные две цифры присваиваются одному из ответов внутри дан-
ного класса. Ответы одного класса имеют одинаковое назначение.
Рассмотрим назначение ответов разных классов:
• 1хх — предварительные ответы, означающие, что запрос при-
нят и продолжается его обработка;
• 2хх — ответы успешной обработки запроса; означают, что за-
прос был получен, понят и принят к исполнению;
• Зхх — ответы перенаправления, указывающие на необходимость
принять меры по завершению обработки запроса;
• 4хх — ответы об ошибках клиента, сообщающие о наличии син-
таксических ошибок в запросе или о том, что запрос не может быть
выполнен сервером;
• 5хх — ответы об ошибках, обнаруженных сервером и указываю-
щие на то, что сервер не может выполнить данный запрос;
• бхх — ответы с отказом обслужить вызов на сервере.
Ниже приведены наиболее часто используемые ответы и их на-
значение:
100 Trying — запрос был принят и обрабатывается на сервере про-
межуточного узла сети;
180 Ringing — запрос INVITE принят вызываемой стороной и
пользователю посылается сигнал вызова;
200 ОК — подтверждение о выполнении запроса;
301 Moved Permanently — вызываемый пользователь изменил свое
местоположение, его новый адрес указан в заголовке Contact;
302 Moved Temporarily — вызываемый пользователь временно из-
менил свое местоположение, его новый адрес указан в заголовке
Contact;
400 Bad Request — в запросе обнаружена синтаксическая ошибка;
401 Unauthorised — должна быть проведена авторизация вызыва-
ющего пользователя;
404 Not Found — сервер не нашел вызываемого пользователя, ад-
рес которого указан в заголовке То;
208
480 Temporarily not available — вызываемый пользователь времен-
но недоступен;
500 Server Internal Error — сервер обнаружил ошибку, которая не
позволяет выполнить запрос; клиент может повторить запрос через
^несколько секунд;
600 Busy Everywhere — вызываемый пользователь найден, но он
занят и не хочет в данное время принять вызов; в ответе может быть
указано время для приема вызова;
604 Does Not Exist Anywhere — вызываемого пользователя не су-
ществует;
606 Not Acceptable — соединение с вызываемым пользователем
невозможно из-за того, что содержащиеся в описании сеанса пара-
метры (протокол SDP) недопустимы.
На сети SIP соединения могут устанавливаться либо с участием
прокси-сервера, либо напрямую между терминалами. Прокси-сер-
вер необходим для установления соединений между пользователя-
ми разных сетей SIP, а также для администрирования сети SIP: аутен-
тификации пользователей, учета соединений, тарификация вызовов
и другого. В одном соединении может участвовать несколько про-
кси-серверов. В соединениях напрямую между терминалами должен
участвовать сервер перенаправления, если пользователи могут ме-
нять местоположение в сети SIP.
Рассмотрим процессы установления соединения и разъединения
на сети SIP.
Начнем с варианта с использованием одного прокси-сервера на
сети с фиксированным местоположением пользователей. Предпо-
лагается, что соединение устанавливается от пользователя А к пользо-
вателю Б и что у каждого пользователя находится IP-телефон с но-
меронабирателем (рис. 4.25).
Запросы показаны непрерывными линиями, а ответы — пунктир-
ными. В IP-телефоне пользователя А должен быть прописан IP-адрес
прокси-сервера, на который передается запрос INVITE.
После того как пользователь А набрал номер абонента Б (36074),
от его IP-телефона прокси-серверу посылается сообщение INVITE.
Содержимое этого сообщения показано на рис. 4.26.
Первая строчка представляет собой стартовую строку, содержа-
щую наименование типа сообщения, адрес вызываемого абонента:
36074@otdelenl.com и версию протокола SIP.
209
Пользователь А
Пользователь Б
Рис. 4.25. Соединение на сети SIP: Терминал—Прокси—Терминал
Далее следует заголовок Via, служащий для исключения прохож-
дения запроса по замкнутому пути (образование петли) и для того,
чтобы в необходимых случаях задавать для запросов и ответов один и
тот же путь в сети SIP. Заголовок Via учитывает прохождение запроса
через каждый узел сети. При этом в каждом прокси-сервере прини-
маемый запрос обрабатывается и, если требуется, направляется к дру-
гому прокси-серверу. Каждый прокси-сервер добавляет поле со сво-
им адресом. Таким образом, по заголовку Via можно определить пол-
ный путь прохождения запроса. Заголовок Via содержит версию про-
токола SIP, тип протокола транспортного уровня IP-сети, адрес узла
сети, отправившего запрос (в рассматриваемом случае адрес терми-
нала locat3.otdelenl.com) и параметр branch, необходимый для иден-
тификации данной транзакции. В ответе на данный запрос передает-
ся такое же значение параметра branch. Содержимое заголовка Via
210
INVITE sip:36074@otdelen1 .com SIP/2.0
Via:SIP/2.0/UDP Iocat3.otdelen1 ,com;branch=z9hG4bK776asdhds
Max-Forwards:70
To:36074<sip:36074@otdelen1.com>;tag=287447
From:33051 <sip:33051 @otdelen 1 .com>;tag= 1928301774
Call-ID:a84b4c76e66710@otdelen1.com
CSeq:314159 INVITE
Contact:<sip:33051 @otdelen1 .com>
Content-Type:application/sdp
Content-Length: 162
v=0
o=- 2890844526 2890844526 IN IP4 Iocat3.otdelen1.com
s=-
t=2873397496 0
C=IN IP4 192.2.17.12
m=audio 49170 RTP/AVP 8 0 4
Рис. 4.26. Содержание первого запроса INVITE
копируется из запросов в ответы на них, и каждый сервер, через кото-
рый проходит ответ, удаляет в заголовке Via свое имя.
Следующий заголовок — Max-Forwards присутствует в каждом за-
просе и служит для ограничения количества серверов или шлюзов,
через которые проходит запрос. Значение заголовка Max-Forwards
меняется в пределах от 0 до 255 и указывает на то, сколько осталось
допустимых пересылок для данного сообщения. Каждый сервер, об-
рабатывающий запрос, уменьшает значение заголовка Max-Forwards
на единицу. Исходное значение этого заголовка рекомендуется брать
равным 70.
Заголовок То определяет логического получателя запроса. В за-
головке может содержаться имя или номер вызываемого абонента (в
рассматриваемом примере — номер 32051), который отображается
на дисплее IP-телефона вызываемого пользователя. Обязательной
частью этого заголовка является адрес вызываемого пользователя
(36074@otdelenl.com). Заголовок То заканчивается параметром tag,
который также передается в заголовке From, но уже с другим значе-
нием. Параметры tag в этих заголовках служат для идентификации
одного диалога в одном сеансе связи. В ответе на запрос в заголов-
ках То и From передаются параметры tag с такими же значениями,
что и в запросе. В протоколе SIP может быть образовано несколько
211
диалогов по одному запросу и в этом случае в узле сети возможно
разветвление одного запроса по нескольким направлениям сети.
Заголовок From содержит данные об отправителе запроса: адрес
и параметр tag. По аналогии с заголовком То, в заголовке From мо-
жет быть имя или номер вызывающего пользователя (33051).
Заголовок Call-ID представляет собой уникальный идентификатор
сеанса связи. Он должен быть одинаковым во всех запросах и ответах в
течение одного диалога. Идентификатор состоит из буквенно-цифро-
вого значения (а84Ь4с76е66710), задаваемого агентом отправителя, и
из имени узла сети (otdelenl .com).
Заголовок Cseq служит для идентификации транзакций и поряд-
ка следования запросов. Он состоит из целого числа (314159), кото-
рое не должно быть больше 231, и типа запроса. В ответе на запрос
вставляется заголовок Cseq, принятый в запросе (INVITE). Если сер-
вер принимает запрос со значением Cseq больше предыдущего, то
считает, что это новый запрос. Клиент сам определяет способ выбо-
ра значения Cseq.
Заголовок Contact, как правило, несет в себе адрес пользователя,
на который могут приниматься входящие сообщения.
Заголовок Content-Type указывает на тип тела сообщения.
В рассматриваемом примере в теле сообщения переносятся данные
протокола SDP.
Заголовок Content-Length представляет собой десятичное число,
указывающее на длину тела сообщения в байтах (162 байта).
Рассмотрим описание сеанса по протоколу SDP, содержащееся в
теле сообщения (см. рис. 4.26). При описании используются пара-
метры, каждый из которых записывается в одной строчке и имеет
наименование в виде одной буквы, после которой следует знак ра-
венства, например: т=.
После пустой строки следует версия протокола SDP: v = 0.
Далее идет строка параметра «о» (origin), включающая данные
инициатора сеанса. Данные имеют шесть составляющих, разделен-
ных интервалами: имя пользователя или дефис (-), идентификатор
сеанса (2890844526), версия обновления данных (если обновления
данных не было, то то же значение, что и идентификатор сеанса:
2890844526), тип сети (IN — Интернет), тип адреса (IP4 — адрес
IP-протокола версии 4) и адрес узла, инициатора данного сеанса
(locat3.otdelen 1 .com).
212
Следующая строка несет в себе имя сеанса «s», которое может быть
ваписано в виде текста. Если имени нет, то ставится дефис.
Строка, начинающаяся с буквы «t», содержит два поля: время на-
чала (2873397496) и окончания (0) сеанса. Время записывается в се-
кундах в соответствии с протоколом NTP (Network Time Protocol —
Сетевой протокол времени). Если в поле окончания сеанса стоит 0,
То продолжительность сеанса протоколом SDP не ограничена (се-
анс заканчивается при отбое от одного из пользователей). Когда нули
стоят в полях начала и окончания сеанса, сеанс длится непрерывно
(полупостоянное соединение). Продолжительность непрерывной
сессии лежит в пределах от 2 до 6 месяцев.
Строка сданными соединениями начинается с буквы «с». В первом
д втором полях указываются тип сети (IN) и тип адреса (IP4), в тре-
тьем — IP-адрес узла источника запроса (192.2.17.12).
За ней следует строка с медиапараметрами, начинающаяся с буквы
«т». Первый параметр — тип медиа: это может быть речь (audio), видео
(video), передача данных (application, data) или данные, передаваемые
по дополнительному каналу управления конференцией в течение се-
анса (control). Второй параметр — это номер порта, на который посы-
лаются пользовательские пакеты (49170). Значение этого параметра за-
висит от типа сети, записанного в строке «с» и от типа транспортного
протокола. Для протокола RTP номер порта обязательно четное число.
Далее следует тип транспортного протокола. Если в строке «с» в поле
«тип адреса» стоит IP4, то это означает, что трафик должен переда-
ваться с применением протоколов RTP и UDP, на что указывает за-
пись RTP/AVP—протокол RTP, предназначенный для передачи аудио-
и видеоинформации (AVP — Audio/Video profile). Последнее поле ука-
зывает на формат медиапотока, и его параметры определены профи-
лем RTP/AVP. В поле формата могут содержаться типы полезного поля
РТ (Payload type). Значение РТ может соответствовать одному из типов
кодеков. На рис. 4.26 в строке «т» содержатся три типа РТ, соответст-
вующие следующим типам кодеков: 0 — PCMU (G.711, ц-закон ком-
пандирования), 4 — G.723,8 — РСМА (G.711, A-закон компандирова-
ния). Первое в строке значение РТ устанавливается по умолчанию.
Прокси-сервер, приняв запрос INVITE, производит аутентифи-
кацию пользователя А и посылает в обратном направлении ответ 100
Trying, являющийся подтверждением приема сообщения INVITE
(рис. 4.27). В этом сообщении в основном повторяется содержимое
П1 о
SIP/2.0 Trying
Via:SIP/2,0/UDP Iocat3.otdelen1 .com;branch=z9hG4bK776asdhds;
received=192.2.17.12
To:36074<sip:36074@otdelen1.com>;tag=287447
From:33051<sip:33051@otdelen1.com>;tag=T 928301774
Call-ID:a84b4c76e66710@otdelen1 .com
CSeq: 314159 INVITE
Contact: <sip:33051@otdelen1.com>
Content-Length.'O
Рис. 4.27. Содержание ответа Trying
INVITE sip:36074@otdelen1 .com SIP/2.0
Via:SIP/2.0/UDP servl .otdelenl ,com;branch=z9hG4bK8906fdrtk
Via:SIP/2.0/UDP Iocat3.otdelen1 .com;branch=z9hG4bK776asdhds;
received=192.2.17.12
Max-Forwards: 69
To:36074<sip:36074@otdelen1.com>;tag=287447
From:33051 <sip:33051 @otdelen 1 .com>;tag=1928301774
Call-ID:a84b4c76e66710@otdelen1 .com
CSeq:314159 INVITE
Contact: <sip:33051@otdelen1.com>
Content-Type:application/sdp
Content-Length: 162
v=0
o=- 2890844526 2890844526 IN IP4 Iocat3.otdelen1.com
s=-
t=2873397496 0
C=IN IP4 192.2.17.12
m=audio49170 RTP/AVP 8 04
Рис. 4.28. Содержание второго запроса INVITE
запроса INVITE, за исключением тела сообщения. Теперь прокси-
сервер пересылает запрос INVITE IP-телефону пользователя Б. В но-
вом запросе есть два отличия (рис. 4.28). Во-первых, в нем добавле-
на строка Via, содержащая адрес прокси-сервера (servl.otdelenl) и
параметр «received», содержащий IP-адрес узла отправителя запроса.
IP-телефон обнаруживает в запросе INVITE имя пользователя Б
и, если пользователь Б не занят другим разговором, посылает ему
вызов. Обработав запрос INVITE, IP-телефон передает прокси-сер-
веру ответ 180 Ringing (рис. 4.29).
214
SIP/2.0 180 Ringing *
Vla:SIP/2.0/UDP servl .otdelenl .com;branch=z9hG4bK8906fdrtk;
received 192.2.17.104
Vla:SIP/2.0/UDP Iocat3.otdelen1 ,com;branch=z9hG4bK776asdhds;
received=192.2.17.12
To:36074<sip:36074@otdelen 1 .com>;tag=287447
From:33051 <sip:33051 @otdelen1 .com>;tag=1928301774
Call-ID:a84b4c76e66710@otdelen 1 .com
CSeq:314159 INVITE
Contact:<sip:36074@otdelen1.com>
Content-Length:0
Рис. 4.29. Содержание ответа Ringing
Это сообщение включает заголовки Via, То, From, Call-Id и Cseq с
таким же содержанием, что и в последнем запросе INVITE. В первом
заголовке Via добавлен IP-ддрес прокси-сервера: 192.2.17.104. Заголо-
вок Contact содержит адрес пользователя Б. Прокси-сервер пересылает
ответ 180 Ringing терминалу пользователя А, исключив из него заголо-
вок: Via:SIP/2.0/UDPservl.otdelenl.com; brane = z9hG4bK8906fdrtk;
received 192.2.17.104. После приема этого сообщения IP-телефон
пользователя А посылает сигнал контроля посылки вызова.
Когда пользователь Б ответит на вызов, от его IP-телефона пере-
дается ответ типа 200 ОК (рис. 4.30), который принимается прокси-
сервером. Заголовки и их содержание в основном совпадают с сооб-
щением 180 Ringing, но в ответе 200 ОК передаются данные по про-
токолу SDP, характеризующие терминал пользователя Б. В строке
«о» последний параметр (locat25.otdelenl) представляет собой адрес
узла пользователя Б. Строка «с» включает IP-адрес IP-телефона
пользователя Б (192.2.17.204). Из строки «т» видно, что IP-телефон
пользователя Б может работать только с двумя типами аудиокодеков.
Прокси-сервер пересылает ответ 200 ОК терминалу пользователя А
Эго сообщение повторяет прежнее, но содержит только один заголо-
вок: Via: SIP/2.0/UDP locat3.otdelenl .com;branch=z9hG4bK776asdhds;
received^! 92.2.17.12.
В качестве подтверждения приема ответа 200 ОК IP-телефон по-
сылает прокси-серверу запрос АСК (рис. 4.31), который завершает
процесс соединения. Этот запрос имеет заголовки Via, То, From, Call-ID
и Max-Forwards с таким же содержанием, что и в запросе INVITE,
посланном от IP-телефона пользователя А Прокси-сервер пересылает
215
SIP/2.0 200GK
Via: SIP/2.0/UDP servl .otdelenl .com;branch=z9hG4bK8906fdrtk;
received 192.2.17.104
Via: SIP/2.0/UDP locat3.otdelen1.com;branch=z9hG4bK776asdhds;
received= 192.2.17.12
To: 36074<sip:36074@otdelen1 .com>;tag=287447
From: 33051 <sip:33051 @otdelen1 .com>;tag=1928301774
Call-ID: a84b4c76e66710@otdelen 1 .com
CSeq:314159 INVITE
Contact: <sip:36074@otdelen1 .com>
Content-Type:application/sdp
Content-Length: 160
v=0
o=- 2890844527 2890844527 IN IP4 Iocat25.otdelen1.com
s=-
t=2873397497 0
c=IN IP4 192.2.17.204
m=audio 3456 RTP/AVP 8 4
Рис. 4.30. Содержание ответа OK
ACK sip:36074@otdelen1 .com SlP/2.0
Via:SIP/2.0/UDP Iocat3.otdelen1 .com;branch=z9hG4bK776asdhds
Max-Forwards:70
To:36074<sip:36074@otdelen1.com>;tag=287447
From:33051<sip:33051@otdelen1.com>;tag=1928301774
Call-ID:a84b4c76e66710@otdelen1.com
CSeq:314159 ACK
Content-Length: 0
Рис. 4.31. Содержание запроса ACK
запрос ACK терминалу пользователя Б, добавив заголовок Via и
уменьшив значение заголовка Max-Forwards на единицу, аналогич-
но тому как это было сделано для запроса INVITE, посланному от
прокси-сервера к IP-телефону пользователя Б.
Оба IP-телефона переходят в разговорное состояние и между ними
в обоих направлениях пересылаются речевые пакеты с использова-
нием протоколов RTP и RTCP.
Соединение нарушается при приеме сигнала отбоя от любого из
пользователей (см. рис. 4.25 — от пользователя Б). IP-телефон посы-
лает прокси-серверу запрос BYE (рис. 4.32), в стартовой строке ко-
216
BYE sip:33051@otdelen1 .com SIP/2.0
Via:SIP/2.0/UDP Iocat25.otdelen1 .com;branch=z9hG4bK776as45kj
Max-Forwards:70
Frorn:36074<sip:36074@otdelen1.com>;tag=38794634
To:33051<sip:33051@otdelen1.com>;tag=475931
Call-ID:a84b4c76e66710@otdelen 1 .com
CSeq:749 BYE
Content-Length:0
Рис. 4.32. Содержание запроса BYE
торой находится адрес пользователя А. Заголовки Via, Max-Forwards,
То, From, Call-ID, Cseq формируются по подобию запроса INVITE,
но с учетом обратного направления передачи: содержимое заголов-
ков То и From меняется местами и появляются новые идентифика-
торы, за исключением Call-ID. Прокси-сервер пересылает это со-
общение другому IP-телефону. В новом запросе BYE добавляется
заголовок Via и изменяется значение в заголовке Max-Forwards.
В качестве подтверждения приема запроса BYE терминал пользо-
вателя А посылает прокси-серверу ответ 200 ОК, который пересы-
лает этот ответ терминалу пользователя Б.
В обоих IP-телефонах сеанс связи закрывается.
Теперь рассмотрим вариант соединения напрямую между теми же
пользователями сети, в которой пользователи могут менять место-
положение (рис. 4.33). В соединении участвуют серверы перенап-
равления и регистрации.
Вначале IP-телефон пользователя А посылает серверу перена-
правления запрос INVITE с известным ему адресом пользователя Б:
36074@otdelenl.com. Сервер перенаправления передает запрос сер-
веру регистрации, который обращается к базе данных о местополо-
жении пользователей. Сервер регистрации передает серверу пере-
направления ответе текущим адресом пользователя Б, а последний
посылает терминалу пользователя А ответ 302 Moved Temporarily с
текущим адресом пользователя Б, содержащемся в заголовке Contact
(например, 34155@otdelen2). IP-телефон пользователя А передает
серверу перенаправления запрос АСК, указывающий на окончание
взаимодействия с ним.
Теперь IP-телефон пользователя А посылает на адрес IP-телефона
пользователя Б новый запрос INVITE, в стартовой строке которого
записан текущий адрес пользователя Б (34155@otdelen2). В новом
217
Пользователь А
Пользователь Б
Рис. 4.33. Соединение на сети SIP:
Терминал—Сервер перенаправления—Терминал
запросе INVITE значение заголовка Cseq увеличивается на единицу,
а значение CaII-ID сохраняется. Неизменными остаются поля
заголовков То и From. В дальнейшем от IP-телефона пользователя Б
передаются ответы 180 Ringing и 200 ОК, а от IP-телефона пользовате-
ля А — запрос АСК в соответствии с тем, как это было описано ра-
нее. После состоявшегося разговора соединение нарушается посыл-
кой запроса BYE и ответа 200 ОК.
Нетрудно заметить, что при неизменном местоположении пользо-
вателей в сети SIP, соединения напрямую между пользователями бу-
дут устанавливаться без участия серверов перенаправления и регис-
трации (соединение начнется с посылки запроса INVITE IP-теле-
фону вызываемого пользователя).
218
4.9. Сети IP-телефонии с протоколами MGCP
и MEGACO/H.248
Выше было показано, что на сети IP-телефонии применяются
шлюзы, в которые включаются АТС и телефонные аппараты TDM-
сетей. В таких сетях для управления шлюзами используются контрол-
леры MGC (Media Gateway Controller), взаимодействующие со шлю-
зами по протоколам MGCP или MEGACO/H.248. Такой контрол-
лер также называется Call Agent.
На рис. 4.34 показан пример построения сети IP-телефонии на ос-
нове протокола MGCP. В IP-сеть включаются медиашлюзы и контрол-
лер. Медиашлюзы в зависимости от назначения делятся на шлюзы
доступа — AG (Access Gateway) и шлюзы соединительных линий —
TG (Trunk Gateway). Шлюзы доступа предназначены для включения
аналоговых и/или цифровых абонентских линий и УАТС малой емко-
сти. Шлюзы TG служат для включения в них соединительных линий
от АТС TDM-сети. Кроме медиашлюзов на сети IP-телефонии могут
устанавливаться шлюзы сигнализации SG (Signaling Gateway) (на
рис. 4.34 не показаны). Сигнальный шлюз занимается только пре-
образованием сигнализации TDM-сети в сигнализацию IP-сети и на-
оборот. Поэтому на сети с сигнальным шлюзом должен быть хотя
бы один медиашлюз, обрабатывающий речевые сигналы. Слож-
ность варианта со шлюзом SG состоит в том, что в этом случае на
TDM-сети возникает необходимость в разделении речевых и сиг-
нальных каналов, образованных в цифровых каналах Е1. Шлюз со-
единительных линий внутри себя раздельно обрабатывает информа-
цию сигнальных и речевых каналов. Сигнальные шлюзы находят
применение при подключении АТС большой емкости.
Шлюзы, предназначенные для включения только аналоговых те-
лефонных аппаратов, зачастую называются терминальными адапте-
рами (ТА).
Контроллер сети обменивается со шлюзами сигнальной инфор-
мацией в режиме «ведущий—ведомый» (master—slave), причем роль
ведущего принадлежит контроллеру. Между контроллером и шлю-
зами передаются команды и ответы на них. Ответ передается на каж-
дую команду. Команды передаются как от контроллера, так и от шлю-
зов. С помощью протокола MGCP устанавливаются и нарушаются
соединения между абонентами сети. Шлюзы не могут обмениваться
между собой сигнальной информацией.
219
Рис. 4.34. Сеть с протоколом MGCP
220
На рис. 4.34 приведены примеры соединений, установленных меж-
ду TGI hTG2, TG1 и AG1, AG1 и AG2. При установлении одного со-
единения контроллер взаимодействует с двумя или с одним шлюзом,
если соединение устанавливается между абонентами, телефонные ап-
параты которых включены в этот шлюз.
Недостатком протокола MGCP является то, что он не может взаи-
модействовать с IP-терминалами сети, с такими, как IP-телефоны,
софтфоны. В этом случае в сети следует применять сигнализацию
SIP или Н.323. На рис. 4.34 показан пример включения в сеть ЕР-теле-
фонов, которые взаимодействуют по протоколу SIP с SIP-сервером
(прокси-сервер). Чтобы устанавливать соединения со шлюзами, SIP-
сервер должен взаимодействовать с контроллером по протоколу SIP
или Н.323.
В случае установления соединения между абонентами двух сетей,
работающих с протоколом MGCP, контроллеры должны обмениваться
сигнальной информацией по протоколам SIP или Н.323.
Описанные принципы функционирования сети по протоколу
MGCP аналогичны для протокола MEGACO/H.248.
4.10. Качество передачи речи в IP-сети
На качество передачи речи в IP-сети наибольшее влияние оказы-
вает задержка речи, джиттер, потери речевых пакетов и эхо.
В телефонной сети задержка рассматривается как интервал вре-
мени, затрачиваемого на прохождение электрического речевого сиг-
нала от терминала говорящего до терминала слушающего. В цифро-
вых сетях с коммутацией каналов задержка невелика (не превышает
50 мс) и поэтому с этим явлением сталкиваются только на сетях с
большой протяженностью (более нескольких тысяч километров).
Кроме того, в таких сетях задержка остается постоянной в течение
одного сеанса связи. Сеть с пакетной передачей речи вносит замет-
но большую задержку, которая является случайной величиной и мо-
жет меняться в течение сеанса связи. Задержки в сети 1Р-телефонии
появляется в разных точках.
В рекомендации G.114 МСЭ-Т определены следующие нормы на
задержки: хорошее качество передачи речи — задержка до 150—200 мс,
передача речи недопустима при задержке свыше 400 мс.
На рис. 4.35 показаны задержки на примере соединения в сети
IP-телефонии с применением двух шлюзов.
221
Рис. 4.35. Задержки в IP-сетях
В первую очередь это задержки в оконечных устройствах (в IP-теле-
фонах, шлюзах) при передаче и приеме речевых сообщений. Сюда
входят задержки накопления, появляющиеся при кодировании и де-
кодировании и зависящие от типа кодека. Как было показано выше,
задержка накопления обычно составляет от 10 до 40 мс. В пункте пе-
редачи битовые блоки с выхода кодека инкапсулируются в пакеты,
которые в дальнейшем посылаются в канал IP-сети. Учитывая, что
канал одновременно может обслуживать множество пользователей,
посылка пакетов в сеть происходит с ожиданием и пакеты ставятся в
очередь. Время ожидания является случайной величиной, завися-
щей от посгупающего на канал трафика и от пропускной способнос-
ти канала сети. В пункте приема пакеты также ставятся в очередь —
происходит буферизация. Буферизация необходима для устранения
явления, получившего название джиттер. Джиттер представляет со-
бой разброс времени доставки пакетов для одного соединения.
В пункте передачи речевые пакеты формируются на выходе кодека
через фиксированные промежутки времени (например, через каждые
30 мс), а при прохождении через сеть задержки пакетов оказываются
неодинаковыми, и они прибывают в пункт назначения через разные
промежутки времени. Пакеты могут прийти в неправильной после-
довательности: пакеты, посланные раньше, поступают в пункт при-
ема позже других пакетов. Из буфера очереди пакеты извлекаются в
требуемом порядке и с некоторым запаздыванием, необходимым для
снижения джиттера. При этом, чем больше время нахождения в бу-
фере, тем меньше будет джиттер, но тем больше становится общее
время задержки. В пункте передачи задержка пакетов колеблется в
пределах 30—50 мс, а в пункте приема — в пределах 20—80 мс.
222
Далее возникает сетевая задержка, обусловленная передачей ре-
чевых пакетов через IP-сеть. Главным образом задержка создается
маршрутизаторами сети вследствие образования очередей на их вхо-
дах и выходах, а также из-за необходимости затрачивать заметное
время на обработку пакетов с целью их маршрутизации. В комму-
таторах также есть задержка, обусловленная прежде всего очередя-
ми пакетов на входах и выходах. Сетевая задержка зависит от ко-
личества сетевых узлов и от загрузки звеньев сети, входящих в мар-
шрут прохождения пакетов. Для снижения сетевой задержки в IP-
сети используют протоколы Diff-Serv и Intserv, которые позволяют
вводить приоритеты в обслуживании заданного типа трафика, на-
пример — речевого. Эффективным методом снижения сетевых за-
держек может быть применение технологии MPLS (Multi Protocol
Label Switchin — многопротокольная коммутация по меткам). Эта
технология позволяет заметно снизить время обработки пакетов в
узлах сети.
Минимальная задержка в сети IP-телефонии (см. рис. 4.35) со-
ставляет примерно 100 мс, а максимальная — превышает 500 мс. По-
скольку в сетях IP-телефонии существует вероятность задержки бо-
лее чем на 400 мс, то в этих сетях допускается вести разговоры при
задержке более 400 мс, но не рекомендуется использовать такую связь
для деловых переговоров.
Эхо представляет собой прослушивание говорящим абонентом
своего голоса в телефоне с некоторым запаздыванием. Эхо имеет
электрическую или акустическую природу. Электрическое эхо по-
является вследствие отражения речевого сигнала в точке перехо-
да с четырехпроводного на двухпроводный разговорный тракт, что
имеет место при испол ьзовании аналогового телефонного аппа-
рата. Если у обоих разговаривающих абонентов установлены циф-
ровые телефонные аппараты (ISDN-телефон, IP-телефон или со-
фтфон) такого эха в цифровой сети не должно быть. Акустичес-
кое эхо возникает, когда абонент пользуется телефонным аппара-
том в режиме громкой связи (подключены громкоговоритель и
микрофон, находящиеся вне трубки). В этом случае звуковые ко-
лебания от громкоговорителя попадают через воздух на микро-
фон и далее возвращаются говорящему абоненту. Для устранения
эха в терминалах IP-телефонии используют эхокомпенсаторы,
действие которых состоит в вычитании из речевого сигнала, пе-
223
редаваемого в сеть, речевого сигнала, принятого из сети. Эхоком-
пенсаторы обычно обеспечивают подавление эхосигналов дли-
тельностью до 32—64 мс.
4.11. Основы построения сетей NGN
Эволюционное развитие систем связи состоит в постепенном пе-
реходе от сетей с коммутацией каналов к сетям с коммутацией паке-
тов. Такой процесс сопровождается конвергенцией сетей и услуг. Сети
с коммутацией пакетов должны предоставить пользователям тради-
ционные услуги с сохранением показателей качества обслуживания.
С другой стороны пакетные сети обладают большими функциональ-
ными возможностями, чем сети с коммутацией каналов. В них про-
исходит интеграция услуг за счет применения единых средств и ме-
тодов переноса информации любого вида. Сети с пакетной комму-
тацией имеют более гибкую структуру, что приводит к лучшей
масштабируемости. Наконец в сетях с пакетной коммутацией раз-
деляются функции управления вызовом и передачей пользователь-
ской информации. Например, в сети SIP прокси-сервер только управ-
ляет образованием и завершением сеансов связи, а речевая или иная
пользовательская информация проходит через транспортную сеть.
Очевидно, возникает вопрос о том, что собой должна представлять
перспективная сеть, основывающаяся на пакетной коммутации с уче-
том сохранения традиционных сетей с коммутацией каналов. Ответом
явилась концепция сети следующего поколения NGN (Next Generation
Network), предложенная в 2005 г. в качестве стандарта институтом ETSI,
а в д альнейшем принятая в качестве рекомендаций МСЭ-Т.
Итак, NGN — это мультисервисная сеть с коммутацией пакетов,
способная предоставлять широкий спектр телекоммуникационных
услуг на основе широкополосных транспортных технологий, поддер-
живающих качество обслуживания (QoS — Quality of Service), в ко-
торой обеспечиваемая функциональность не зависит от используе-
мых транспортных технологий. Важным свойством такой сети явля-
ется отделение функций коммутации от функций предоставления
услуг. Такое разделение позволяет гибко добавлять новые услуги по
мере их появления.
Сеть NGN основывается на универсальной многопротокольной
транспортной сети с распределенной коммутацией, в которую вклю-
чаются оконечные сетевые узлы, предоставляющие услуги пользо-
224
Ввгелям. В настоящее время транспортная сеть строится в основном
И» базе IP-сети. В последнее время в такой сети все чаще применяют
технологию MPLS. В транспортную сеть включаются сети доступа,
служащие для подключения терминальных устройств пользователей
коконечным узлам транспортной сети. Управление в сети, к основ-
ным подсистемам которого относятся: обслуживание вызовов, уп-
равление узлами доступа к сети, поддержка функций сетевых сис-
тем сигнализации в сети NGN, обеспечивается программным ком-
мутатором, получившим название Softswitch.
Сети NGN в первую очередь ориентированы на создание совре-
менной информационной инфраструктуры разных масштабов, вплоть
до глобальной информационной инфраструктуры. В общем случае ин-
формационная инфраструктура представляет собой совокупность баз
данных, средств обработки информации, взаимодействующих сетей
связи и терминалов пользователей. В сети NGN, кроме традицион-
ных услуг, должны предоставляться услуги нового типа, получившие
название инфокоммуникационных услуг. Инфокоммуникационная ус-
луга предполагает автоматизированную обработку, хранение или пре-
доставление по запросу информации с использованием средств вы-
числительной техники, как на входящем, так и на исходящем конце
соединения. Инфокоммуникационные услуги характеризуются сле-
дующими особенностями. Такие услуги оказываются на верхних
уровнях модели ВОС (в то время как традиционные услуги связи пре-
доставляются на третьем сетевом уровне). Большинство инфокомму-
никационных услуг предполагает наличие клиентской и серверной
частей; клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя,
а серверная — на специальном выделенном узле сети, назьгваемом
узлом служб. Инфокоммуникационные услуги, как правило, предпо-
лагают передачу информации мультимед иа, которая характеризуется
высокими скоростями передачи и несимметричностью входящего
и исходящего информационных потоков. Для предоставления ин-
фокоммуникационных услуг зачастую необходимы сложные много-
точечные конфигурации соединений, например при организации кон-
ференц-связи. Для инфокоммуникационных услуг характерно разно-
образие прикладных протоколов и возможностей по управлению ус-
лугами со стороны пользователя. Для идентификации абонентов ин-
фокоммуникационных услуг может использоваться дополнительная
адресация в рамках данной инфокоммуникационной услуги.
15-3936
225
Рис. 4.36. Структура сети NGN
228
нальных сообщений через IP-сеть — Sigtran (Signaling Transport —
транспортирование сигнальной информации). Эта технология по-
зволяет пересылать от точки к точке (на рис. 4.36 — otTG к Softswitch
и обратно) по образованному логическому каналу сигнальные сооб-
щения ОКС № 7, EDSS1 и V5.2. Для транспортировки сигнальных
сообщений применяется протокол транспортного уровня IP-сети —
SCTP (Stream Control Transmission Protocol).
В сеть NGN включаются SIP-сети и Н.323-сети, соединения с ко-
торыми и между которыми осуществляются через коммутатор
Softswitch с применением систем сигнализации SIP и Н.323 соответ-
ственно.
В IP/MPLS-сеть могут включаться непосредственно или через сеть
LAN (на рис. 4.36 — LAN2) терминалы, проходящие регистрацию и
обслуживаемые напрямую коммутатором Softswitch.
Для связи с другими сетями NGN происходит взаимодействие
между коммутаторами Softswitch этих сетей. Коммутаторы обмени-
ваются сигнальной информацией по протоколам SIP/SIP-T. Прото-
кол SIP-T (Session Initiation Protocol for Telephones — протокол SIP
для телефонии) расширяет возможности протокола SIP при взаимо-
действии с традиционными телефонными сетями. Он позволяет пе-
реносить через IP-сеть отточки к точке сообщения подсистемы ISUP
сигнализации ОКС № 7 (на рис. 4.36 — между двумя коммутаторами
Softswitch). В более ранних коммутаторах Softswitch взаимодействие
может осуществляться по протоколам Н.323 или BICC (Bearer In-
dependent Call Control Protocol — протокол управления обслужива-
нием вызова, не зависимый от носителя). Как и внутри одной сети
NGN, пользовательский трафик проходит между терминалами, ми-
нуя коммутаторы Softswitch.
При взаимодействии сетей NGN двух операторов связи на гра-
нице сетей ставится контроллер SBC (Session Board Controller —
пограничный контроллер сеансов). Через такой контроллер пропус-
каются в обоих направлениях соединений потоки медиа- и сигналь-
ных пакетов. В первую очередь такой контроллер необходим для
обеспечения безопасности соединений для каждого оператора свя-
зи и для возможности тарификации межсетевого трафика. Контрол-
лер SBC также производит: преобразование сигнальных протоколов
SIP и Н.323, преобразование медиатрафика (при передаче речи: пре-
образование результатов сжатия кодеками разных типов), управле-
229
Рис. 4.36. Структура сети NGN
228
нальных сообщений через IP-сеть — Sigtran (Signaling Transport —
транспортирование сигнальной информации). Эта технология по-
зволяет пересылать отточки к точке (на рис. 4.36 — otTG к Softswitch
и обратно) по образованному логическому каналу сигнальные сооб-
щения ОКС № 7, EDSS1 и V5.2. Для транспортировки сигнальных
сообщений применяется протокол транспортного уровня IP-сети —
SCTP (Stream Control Transmission Protocol).
В сеть NGN включаются SIP-сети и Н.323-сети, соединения с ко-
торыми и между которыми осуществляются через коммутатор
Softswitch с применением систем сигнализации SIP и Н.323 соответ-
ственно.
ВIP/MPLS-сеть могут включаться непосредственно или через сеть
LAN (на рис. 4.36 — LAN2) терминалы, проходящие регистрацию и
обслуживаемые напрямую коммутатором Softswitch.
Для связи с другими сетями NGN происходит взаимодействие
между коммутаторами Softswitch этих сетей. Коммутаторы обмени-
ваются сигнальной информацией по протоколам SIP/SIP-T. Прото-
кол SIP-T (Session Initiation Protocol for Telephones — протокол SIP
для телефонии) расширяет возможности протокола SIP при взаимо-
действии с традиционными телефонными сетями. Он позволяет пе-
реносить через IP-сеть от точки к точке сообщения подсистемы ISLJP
сигнализации ОКС № 7 (на рис. 4.36 — между двумя коммутаторами
Softswitch). В более ранних коммутаторах Softswitch взаимодействие
может осуществляться по протоколам Н.323 или BICC (Bearer In-
dependent Call Control Protocol — протокол управления обслужива-
нием вызова, не зависимый от носителя). Как и внутри одной сети
NGN, пользовательский трафик проходит между терминалами, ми-
нуя коммутаторы Softswitch.
При взаимодействии сетей NGN двух операторов связи на гра-
нице сетей ставится контроллер SBC (Session Board Controller —
пограничный контроллер сеансов). Через такой контроллер пропус-
каются в обоих направлениях соединений потоки медиа- и сигналь-
ных пакетов. В первую очередь такой контроллер необходим для
обеспечения безопасности соединений для каждого оператора свя-
зи и для возможности тарификации межсетевого трафика. Контрол-
лер SBC также производит: преобразование сигнальных протоколов
SIP и Н.323, преобразование медиатрафика (при передаче речи: пре-
образование результатов сжатия кодеками разных типов), управле-
229
ние качеством обслуживания QoS (например, через введение меха-
низмов приоритетности обслуживания вызовов), управление допус-
ком принимаемых вызовов в соседнюю сеть (при необходимости не-
которым вызовам отказывается в обслуживании, что защищает сеть
от так называемых атак и от всплесков нагрузки). Довольно значи-
тельна роль конзроллера SBC в реализации согласования систем сиг-
нализации SIP или Н.323, поставляемых разными производителя-
ми. Традиционно контроллер SBC выполняет преобразование сете-
вых адресов (NAT — Network Address Translator) и функции межсете-
вого экрана (Firewall) — фильтрация пакетов.
Из рассмотренной схемы построения сети NGN видно, что один
коммутатор Softswitch выполняет функции управления всей сетью,
в первую очередь управление установлением соединений и разъе-
динениями. С этой точки зрения коммутатор Softswitch аналоги-
чен традиционному узлу коммутации TDM-сети. Однако речевые
и иные пользовательские потоки пакетов через него не проходят,
а это значит, что собственно коммутация в привычном понимании
TDM-сети не производится. Перенос процессов коммутации в транс-
портную сеть позволил заметно уменьшить объем оборудования и
потребление энергии программным коммутатором.
Рассмотрим построение программного коммутатора на примере
схемы, приведенной на рис. 4.37.
Основные функции коммутатора Softswitch можно разделить на
три уровня: уровень интерфейсов, уровень обслуживания вызо-
вов и сигнализации и прикладной уровень. Коммутатор может
также выполнять функции уровня управления услугами и эксп-
луатацией, но чаще эти функции возлагаются на отдельные сис-
темы. Например, управление эксплуатацией происходит в центре
технического обслуживания (ЦТО) или в центре технического
управления (ЦТУ).
Уровень интерфейсов служит для взаимодействия с транспорт-
ной сетью. Обязательными являются интерфейсы, работающие
с протоколами сети Ethernet с разными скоростями: 10 Мбит/с,
100 Мбит/с, 1 Гбит/с и 10 Гбит/с и с разной средой передачи:
симметричный и коаксиальный медный кабель, оптический ка-
бель, радиоканалы. Возможны интерфейсы сети ATM, для кото-
рых чаще используются каналы синхронных систем передачи
STM 1, STM4 и другие.
230
Коммутатор Softswitch
Рис. 4.37. Структура коммутатора Softswitch
231
Уровень обслуживания вызовов и сигнализации включает в себя
контроллеры разного назначения, обеспечивающих установление
соединений и разъединений в сети и между сетями NGN, управле-
ние шлюзами и доступом к сети с применением разных протоко-
лов, описанных выше. Для взаимодействия с цифровыми сетями с
коммутацией каналов предусмотрены контроллеры систем сигнали-
зации ОКС № 7, ISDN (DSS1, EDSS1, QSIG) и V5.1/V5.2. Кон-
троллер ОКС № 7 может использоваться и для работы в интел-
лектуальных сетях по протоколу INAP (Intelligent Network
Application Protocol — Прикладной протокол интеллектуальной
сети). На этом уровне находит применение контроллер речевых
ресурсов, необходимый для управления ресурсами сети для обес-
печения заданного качества услуг QoS.
Прикладной уровень служит для предоставления различных ус-
луг пользователям, для взаимодействия с внешними системами
мониторинга, администрирования и биллинга. В зависимости от
назначения коммутатор Softswitch может предоставлять услуги ме-
стной сети (класс 5) или транзита между сетями (класс 4). Комму-
татор может быть комбинированным, выполняющим функции
классов 4 и 5. Поскольку коммутатор класса 5 непосредственно
обслуживает пользователей, он предоставляет более широкий набор
услуг, в частности услуги IP-Centrex. Услуги IP-Centrex позволя-
ют в IP-сети организовать выделенные виртуальные сети для от-
дельных групп пользователей. В каждой группе пользователи
могут устанавливать соединения между собой, используя внутрен-
нюю нумерацию. Часть абонентов могут устанавливать соедине-
ния вне выделенной сети. Коммутатор класса 5 при обслуживании
вызовов и предоставлении услуг взаимодействует с абонентской
базой данных. С помощью коммутатора Softswitch могут предо-
ставляться услуги интеллектуальной сети по протоколам INAP и
SIP, что обеспечивается взаимодействием с серверами приложе-
ний и дополнительных услуг.
На рассматриваемом уровне реализуются функции централизо-
ванного мониторинга и администрирования.
В случае предоставления оплачиваемых услуг на прикладном
уровне должна быть система CDR (Call Detail Record — запись под-
робной учетной информации о вызове), которая передает данные о
вызовах в биллинговую систему. Последняя для каждого пользова-
232
теля или группы пользователей обеспечивает начисление платы за
предоставленные услуги.
Функции уровня обслуживания вызовов и сигнализации и при-
кладного уровня реализуются с помощью прикладных программ, для
выполнения которых необходимы операционная система и драйве-
ры сетевых услуг.
Коммутатор Softswitch представляет собой централизованную
систему управления, которая может обслуживать десятки тысяч
пользователей. К этой системе предъявляются наиболее высокие
требования по надежности. Как правило, все узлы коммутатора
дублируются или предусматривается резервирование по схеме /V+1.
Подключение к транспортной сети происходит по нескольким ин-
терфейсам с возможностью маршрутизации пакетов на уровне ин-
терфейсов. Применяется только гарантированная система элект-
ропитания.
Глава 5
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ
МОБИЛЬНОЙ СОТОВОЙ СВЯЗИ
5.1. Принципы построения систем
мобильной сотовой связи
Первые системы мобильной связи с автоматической коммутацией
и маршрутизацией соединений были разработаны и реализованы в се-
редине 1960-х гг. Это стало возможным благодаря совершенствова-
нию элементной базы и освоению УКВ-диапазона. На этом этапе раз-
вития сотовых сетей автоматической телефонной связи функции
подключения мобильных абонентов к средствам стационарной сети
выполняла одна базовая приемо-передающая станция (BTS — Base
Transceiver Station). Абоненты, перемещаясь, осуществляли соедине-
ния посредством имеющихся у них подвижных станций (MS — Mobile
Station). В этой системе для увеличения дальности связи требовалось
устанавливать мощные BTS. В процессе развития сотовых сетей одна
мощная BTS заменялась несколькими менее мощными, имеющими
свои индивидуальные зоны обслуживания.
Система мобильной сотовой связи состоит из множества ячеек
(сот), в каждой из которых установлена BTS. Мобильные станции
абонентов связаны с BTS радиоканалами. Абонент может получить
услугу телефонной связи в любой ячейке сети. Все BTS соединены с
центром коммутации мобильной связи MSC (Mobile Switching Center)
(рис. 5.1). Соединения между абонентами мобильной связи, нахо-
дящимися в одной или разных ячейках проходят через MSC. Через
MSC также осуществляются соединения со стационарной телефон-
ной сетью. Ячейки изображаются в виде правильных шестиуголь-
ников для того, чтобы модель покрытия территории представить
в виде правильных геометрических фигур. На самом деле район
покрытия может быть представлен так, как показано на рис. 5.2.
234
Рис. 5.1. Элементы сети сотовой связи
Искажения идеальной формы ячейки связаны со сложными про-
цессами распространения радиоволн в районах застройки, сопровож-
даемыми «замираниями» (периодическими затуханиями и усилени-
ями) радиосигнала. «Замирания» обусловлены тем, что радиосигна-
лы при их распространении претерпевают многократные отражения
от зданий и других объектов. Таким образом MS принимает сразу
несколько сигналов одинаковой частоты сдвинутых по фазе, что вле-
чет за собой ослабление основного сигнала (рис. 5.3).
Возможен случай, когда основной и отраженный сигналы будут рав-
ны по мощности и будут находиться в противофазе. Следовательно,
в этом случае результирующий принимаемый сигнал окажется равным
нулю, что приведет к прерыванию связи. В сотовых сетях телефонной
связи используются следующие способы борьбы с «замираниями»:
Рис. 5.2. Реальное представле-
ние ячеек
Рис. 5.3. Эффект замирания
радиосигнала
235
— передача радиосигналов с повышенной мощностью (так назы-
ваемый запас на замирание);
— пространственное разнесение антенн на BTS;
— применение модели повторного использования частот в сотах.
При пространственном разнесении антенн, на BTS используют-
ся две антенны вместо одной. В этом случае пути распространения
радиосигнала от BTS к MS и в обратном направлении оказываются
различными. В результате вероятность одновременных «замираний»
в различных точках земной поверхности, удаленных друг от друга на
несколько длин волн, будет мала. В то время когда около одной ан-
тенны BTS уровень напряженности поля будет мал, около второй ан-
тенны BTS он может быть достаточным д ля уверенного приема сиг-
нала. Далее поступающие сигналы усиливаются отдельными прием-
никами BTS и складываются. Доказано, что применение простран-
ственного разнесения антенн на BTS в цифровых сотовых сетях дает
общий выигрыш в соотношении сигнал/помеха до 7 дБ.
Как будет показано ниже, использование моделей повторного ис-
пользования частот в сотах является не только эффективным спосо-
бом борьбы с «замираниями», но и средством для повышения емко-
сти сотовой сети телефонной связи.
В современной сотовой сети предполагается наличие совокупности
MSC, в каждый из которых включаются множество BTS.
Предоставле! г ие абоненту сотовой сети возможности свободно пе-
ремещаться, вносит значительные изменения по сравнению со ста-
ционарной сетью в процессы обслуживания вызовов и в структур-
ную организацию системы в целом. При построении сотовой сети
обеспечивается защита от несанкционированного доступа к переда-
ваемой информации; принципиально по-новому организуется сис-
тема сигнализации; создается единая централизованная база данных
о подвижных абонентах. При сравнении сотовых и стационарных
сетей необходимо отметить следующее.
Передвижение (блуждание) мобильных абонентов в свободном со-
стоянии предполагает изменение координат доступа этих абонентов
к радиоканалам (физическим каналам) сотовой сети. В этих услови-
ях маршрутизация вызовов, поступающих к подвижным абонентам,
обеспечивается в сотовой сети средствами мобильного управления.
При перемещении подвижного абонента в занятом состоянии из од-
ной соты в другую (или из од) юго сектора соты в другой сектор этой же
236
соты) производится переключение его MS с одного физического кана-
ла на другой (замена физического канала). Замена физического канала
производится в сотовой сети средствами управления радиоресурсами.
Первоначально были созданы аналоговые системы сотовых се-
тей стандартов AMPS (Advanced Mobile Phone Systems), TACS (Total
Access Cellular System), NMT (Nordic Mobile Telephone) и других, по-
лучивших широкое распространение в мире. Однако такие сети име-
ют ряд недостатков, к основным из которых относятся ограничения
по емкости сети и по количеству предлагаемых услуг.
В начале 1990-х гг. стали вводиться в эксплуатацию цифровые
системы мобильной связи, среди которых важную роль играет система
GSM (Global System Mobile Communication — Всемирная система
мобильной связи). Такая система в первую очередь используется в
странах Европы и в России. Сети GSM работают на частотах 900 МГц
(GSM-900) и 1800 МГц (DCS-1800). В России коммерческая эксплу-
атация сетей стандарта GSM-900 начата в 1995 г., а сетей стандарта
DCS-1800-в 1997 г.
Кроме стандарта GSM, находят применение системы мобильной
сотовой связи стандартов D-AMPS (Digital AMPS) и CDMA (Code
Division Multiple Access — множественный доступ с кодовым разде-
лением каналов).
В дальнейшем в данном разделе рассматриваются системы стан-
дарта GSM.
5.2. Планирование сотовой сети
Основными исходными данными для планирования сотовой те-
лефонной сети являются: емкость сети (предполагаемое число або-
нентов) и распределение емкости по территории; охватываемая сетью
территория; предполагаемая стоимость услуг связи; требуемое качество
обслуживания абонентов; технические характеристики используемой
системы сотовой связи; географические особенности местности.
В результате планирования определяется: число MSC; количество
BTS, включаемых в один MSC; распределение частот между BTS; тер-
ритория, охватываемая одной BTS и одним MSC; географическое
расположение BTS и MSC.
Важным преимуществом цифровых сотовых сетей связи перед
аналоговыми является возможность увеличения числа каналов в
сети, т.е. ее емкости. В принципе такое увеличение может быть осу-
237
ществлено двумя путями: расширением частотного диапазона отве-
денного для организации радиоканалов и более эффективным ис-
пользованием частотного диапазона.
Из-за существующего дефицита свободного частотного пространст-
ва очевидна предпочтительность второго пути развития сотовых сетей.
Как указывалось выше, каждая базовая станция одновременно
обеспечивает функционирование ограниченного числа радио-
каналов. Поэтому для увеличения емкости сети сотовой связи раз-
работаны модели повторного использования несущих частот в
близлежащих сотах. Например, если одна и та же несущая частота
используется в каждой девятой соте сети, а общее количество несу-
щих частот в системе равно N, то, следовательно, в каждой ячейке од-
новременно может быть использовано N/9 несущих частот. Обычно
сотовые системы связи характеризуются количеством организован-
ных ячеек, приходящихся на 1 км2.
В цифровых сетях применяют более эффективные, чем в анало-
говых сетях, модели повторного использования частот. В таких мо-
делях используются вид модуляции и способ кодирования сигналов,
обеспечивающие допустимое соотношение сигнал/шум, равное 9 дБ.
Следует отметить, что в аналоговых сотовых телефонных сетях соот-
ношение сигнал/шум составляет 17—18 дБ. Поэтому передатчики
базовых станций (BTS), работающие на совпадающих частотах, в
стандартах цифровых сотовых сетей могут быть размещены в близко
расположе! щых сотах без риска возникновения переходных помех.
Рассмотрим процесс частотного планирования на примере моде-
ли повторного использования частот в сотах, разбитых на секторы,
которая получила широкое распространение в цифровых стандар-
тах сотовых сетей. В центре соты устанавливают три направленные
антенны, каждая из которых охватывает сектор в 120°. В каждом сек-
торе соты сигнал от соответствующей направленной антенны излу-
чается лишь в одну сторону. При этом уровень излучения в противо-
положных направлениях, а значит в других двух секторах данной
соты, максимально снижается. На рис. 5.4 приведена модель с ис-
пользованием секторных антенн для 9-ти групп несущих частот.
Цифрами показаны используемые в сотах 1руппы несущих частот.
Рассмотрим принципы частотного планирования в стандарте GSM.
В соответствии со стандартом GSM для передачи информации от
базовой станции (BTS) к мобильной (MS) используется диапазон
238
частот 935—960 МГц, а в обратном
направлении — 890—915 МГц. Сфор-
мированный рабочий диапазон час-
тот F= 25 Мгц делится на полосы ча-
стот радиоканалов F( = 200 кГц. Это
позволяет образовать 124 дуплекс-
ных радиоканала. Каждый дуплекс-
ный радиоканал организован с раз-
носом в 45 МГц между частотами,
применяемыми для передачи ин-
формации от BTS к MS и в обратном
направлении. Таким образом, часто-
Рис. 5.4. Модель повторного ис-
пользования частот
ты каждого дуплексного радиокана-
ла группируются парами. Причем эти пары частот сохраняются и при
процедуре «перескока частоты». Обозначим: Fl(k) — значение несу-
щей частоты в полосе 890—915 МГц; F2(k) — значение несущей час-
тоты в полосе 935—960 МГц. В этих обозначениях к — порядковый
номер несущей частоты в рабочем диапазоне F. Учитывая, что интер-
вал между несущими частотами соседних радиоканалов состав-
ляет 200 кГц, можно записать:
F\(k) = 890,2 4- 0,2(£- 1) МГц;
F2(k) = 935,2 + 0,2(Аг- 1) МГц;
1 < к< 124.
(5.1)
Из соотношений (5.1) очевидно, что, например, 1-й дуплексный
радиоканал организован с применением несущих частот 890,2 и
935,2 МГц, 69-й радиоканал — с использованием несущих частот
903,8 и 948,8 МГц, а 124-й канал — несущих частот 914,8 и 959,8 МГц.
В каждом дуплексном радиоканале организованы 8 физических ка-
налов, которые размещены в 8-ми временных окнах в пределах
TDMA-кадра (Time Division Multiple Access — множественный до-
ступ с временным разделением каналов). В последовательности
TDMA-кадров для образования конкретного физического канала
используется одно и то же временнде окно. Следовательно, в сети
стандарта GSM может быть организовано 124 х 8 = 992 физических
канала. Эквивалентная полоса частот, приходящаяся на один ре-
чевой физический канал, равна:
/=/с/л=200/8 = 25 кГц.
239
Применяемый в настоящее время в системах стандарта GSM спо-
соб кодирования речи PRE-LTP (Regular Pulse Excitation-Long Term
Prediction — временное предсказание с регулярным импульсным воз-
буждением) осуществляет сжатие речевой информации и перевод ре-
чевого цифрового потока, поступающего от абонента со скоростью
64 кбит/с, в поток со скоростью 13 кбит/с с сохранением требуемого
качества передачи. Однако в системах стандарта GSM может быть при-
менен речевой кодек со скоростью передачи информации 6,5 кбит/с.
В этом случае будет использован способ кодирования информации
MPMLQ (Multi Pulse Maximum Likelihood Quantum — многоимпульс-
ное квантование с максимальным правдоподобием). Алгоритм коди-
рования MPMLQ обеспечивает качество передачи речи не хуже, чем
при использовании адаптивной дифференциальной импульсно-кодо-
вой модуляции (ADPCM — Adaptive Differential Pulse Code Modula-
tion) с выходной скоростью цифрового потока 32 кбит/с. Это позво-
ляет внедрить в сотовых сетях стандарта GSM так называемые полу-
скоростные каналы связи, что обеспечит увеличение емкости соты в
два раза и доведение общей емкости сети примерно до 2000 физиче-
ских каналов (992 х 2 = 1984 канала).
Вопреки существующему ограниченному спектру частот, емкость
сети может быть увеличена путем уменьшения размеров ячеек. Од-
нако размеры ячеек могут быть уменьшены лишь до определенных
пределов. В сетях стандарта GSM применяются ячейки с минималь-
ным радиусом R= 500 м. Это обстоятельство объясняется двумя при-
чинами. Во-первых, при малых размерах ячеек в значительной сте-
пени возрастают затраты на линейные сооружения, оборудование
базовых станций BTS и оборудование контроллеров для управления
базовыми станциями BSC (Base Station Controller). Во-вторых, в се-
тях с малыми радиусами ячеек требуется высокое быстродействие си-
стемы управления при переключении радиоканалов в процессе пе-
ремещения мобильного абонента из соты в соту, что также усложня-
ет оборудование BTS и BSC. Как показали расчеты, верхняя грани-
ца радиуса ячейки составляет 35 км.
В процессе функционирования сотовой сети стандарта GSM ис-
пользуется процедура медленных «прыжков по частотам» (slow
frequensy hopping) в процессе сеанса радиосвязи. Суть «прыжков по
частотам» состоит в том, что информация, передаваемая и прини-
маемая в выделенных для какого-либо абонента временных интер-
240
валах TDMA-кадра, в следующем кадре передается и принимается
на новой фиксированной несущей частоте. При этом дуплексный
разнос в 45 МГц между каналами трактов приема и передачи сохра-
няется неизменным. В соответствии со структурой кадров TDMA
«ирыжки по частотам» происходят примерно через 1мс (рис. 5.5).
«Прыжки по частотам» применяются в сетях стандарта GSM для за-
щиты от помех и обеспечения секретности передачи информации.
Зона обслуживания сотовой сети имеет сложную конфигурацию
с применением сот различных размеров: макросоты — с радиусом
большим 500 м, микросоты — с радиусом меньшим 500 м, пикосоты —
с радиусом, равным десяткам метров. Сети с микросотовой и пико-
сотовой структурой применяются для обеспечения связью абонен-
тов с ограниченной мобильностью (чаще двигающихся пешком).
Примером сети с микросотовой структурой является сеть на базе
стандарта DCS-1800 (Digital Cellular System — цифровая сотовая си-
стема). В этом стандарте применяются две полосы частот шириной
75 МГц, расположенные вокруг 1800 МГц (полоса 1805—1880 МГц
при передаче информации в сторону мобильной станции и полоса
1710—1785 МГц при передаче в обратном направлении). Использу-
ется 374 несущие частоты, причем количество каналов превышает
2500. Система стандарта DCS-1800 (иначе GSM-1800) во многом ана-
логична системе «классического» стандарта GSM-900 и в техниче-
Рис. 5.5. Процедура медленных «прыжков по частотам»
241
ском плане отличается главным образом диапазоном действия (мень-
шим) и предельной мощностью MS. Пиковая мощность терминала
составляет 1 Вт по сравнению с 2 Вт для GSM-900.
5.3. Локальное управление
Рассмотрим три подхода к процессу определения местоположе-
ния абонента, что необходимо осуществлять в сотовой сети связи,
прежде чем направить сигнал вызова к терминалу мобильного або-
нента:
1) в процессе перемещения MS периодически передает информа-
цию о своем местоположении, находясь в любой ячейке сети. При этом
во время вызова мобильного терминала, пейджинговое вызывное со-
общение передается только в ту ячейку, в которой находится MS;
2) пейджинговые поисковые сообщения посылаются во все ячей-
ки сети. Эти сообщения прекращаются при получении из какой-
либо ячейки информации от искомой MS. Затем в эту ячейку к MS
посылается вызывное сообщение. Такой метод определения место-
положения называется повсеместным пейджингом;
3) третий подход представляет собой синтез первых двух подхо-
дов к определению местоположения MS. В этом случае территория
разбивается на географические (локальные) зоны местоположения
LA (Location Area). Каждая LA состоит из группы ячеек и имеет свой
идентификационный номер LAI (Location Area Identity). В регистре
центра коммутации и в мобильной станции хранится информация о
той локальной зоне LA, где MS в данный момент находится (номер
LAI). При перемещении MS в другую ячейку могут быть рассмотре-
ны два случая:
а) обе ячейки находятся в одной зоне LA. В этом случае MS не
передает центру коммутации информацию о своем перемещении
в другую ячейку зоны;
б) ячейки принадлежат двум различным локальным зонам. В этом
случае MS информирует центр коммутации об изменении локаль-
ной зоны.
Во время вызова MS, вызывные пейджинговые сообщения пере-
даются лишь в ту ячейку LA, где в данный момент находится мобиль-
ная станция.
В сетях стандарта GSM реализуется третий подход к процедуре
определения местоположения MS.
242
5.4. Хевдовер
В саговых сетях связи должна обеспечиваться непрерывность пре-
доставления услуги связи абоненту при его передвижении из одной
ячейки в другую с сохранением заданного качества связи. Процесс
автоматического переключения с одного радиоканала (физического
канала) на другой при перемещении MS из одной ячейки в дру1ую
(иначе говоря, из зоны действия одной BTS в зону действия другой),
называется хендовером или эстафетным переключением.
Хендовер (handover) предполагает наличие в сотовой сети: во-
первых — средств обнаружения активной MS, приближающейся со
стороны соседней ячейки; во-вторых — средств переключения ра-
диоканалов при пересечении мобильной станцией границы новой
ячейки.
5.5. Роуминг
Важной функцией мобильной связи является возможность роу-
минга (roaming — блуждающий), т.е. возможность обслуживать по-
движного абонента на большой территории средствами многих
сотовых сетей одного стандарта, принадлежащих разным компаниям-
операторам. Роуминг возможен лишь при совпадении как админи-
стративных, так и технологических решений, принимаемых компа-
ниями-операторами.
Под административными решениями понимается совместная от-
ветственность многих компаний-операторов за качество предостав-
ляемых услуг перед абонентами разных регионов одной страны, а
также перед абонентами разных стран. В рамках этой ответственно-
сти между компаниями-операторами заключаются совместные до-
говора об обслуживании абонентов.
С техническими решениями связано, в частности, создание мо-
бильного терминала, обеспечивающего доступ к каналам любых со-
товых сетей одного и того же стандарта.
5.6. Подсистемы сотовой сети
Сеть сотовой связи стандарта GSM является большой системой,
к ресурсам которой имеют доступ различные группы пользователей:
подвижные абоненты сети, операторы технического обслуживания
сети GSM, абоненты стационарных сетей связи.
243
При рассмотрении внутренней организации сети GSM как сис-
темы, следует выделить несколько составляющих ее подсистем. Та-
кими подсистемами являются:
• мобильная станция MS (Mobile Station);
• подсистема базовых станций BSS (Base Stations Sub-System);
• сетевая и коммутационная подсистема NSS (Network and
Switching Sub-System);
• подсистема эксплуатации OSS (Operation Sub-System).
Операторы технического
обслуживания
Рис. 5.6. Подсистемы сета стан-
дарта GSM
На рис. 5.6 представлены подсисте-
мы сети стандарта GSM и возможнос-
ти доступа к ресурсам данных подсис-
тем различных групп пользователей.
Так доступ мобильных абонентов к
ресурсам сети GSM осуществляется
только через подсистему MS; абонен-
ты стационарных сетей связи подклю-
чаются к сети GSM через интерфейсы
подсистемы NSS. Через подсистему
OSS операторы технического обслужи-
вания сети GSM имеют доступ к ресур-
сам подсистем BSS и NSS. Отдельно ос-
тановимся на каждой из перечисленных выше подсистем.
Мобильная станция (MS). Мобильная станция — это наименее
сложная подсистема сети GSM. Это единственный элемент в сети,
который непосредственно доступен подвижному абоненту. Функци-
ональная схема MS приведена на рис. 5.7.
MS состоит из блока управления, приемо-передающего и антен-
ного блоков. Приемо-передающий блок включает передатчик, при-
емник, синтезатор частот и логический блок. Наиболее простым
является антенный блок, который состоит из коммутатора режимов
приема/передачи и самой антенны. Функционально несложен и блок
управления. Он включает микротелефонную трубку — микрофон и
телефон, клавиатуру и дисплей. Клавиатура (наборное поле с цифро-
выми и функциональными клавишами) служит для набора номера
телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих ре-
жим работы подвижной станции. Дисплей служит для отображения
различной информации, предусматриваемой устройством и режимом
работы станции. Приемо-передающий блок значительно сложнее.
244
I_______________________________________________________________________________________________________!
Рис. 5.7. Функциональная схема мобильной станции
245
В состав передатчика входят:
— аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий в
цифровую форму речевой сигнал с выхода микрофона;
— кодер речи, осуществляющий кодирование сигнала речи, т.е.
преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определен-
ным законам с целью сжатия речевой информации;
— кодер канала, который добавляет в цифровой сигнал, получае-
мый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) инфор-
мацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сиг-
нала по линии связи; с той же целью информация подвергается оп-
ределенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала
вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления,
поступающую от логического блока;
— модулятор, осуществляющий перенос информации кодирован-
ного сигнала на несущую частоту;
Приемник по составу в основном соответствует передатчику, но с
обратными функциями входящих в него блоков:
— демодулятор выделяет из модулированного радиосигнала ко-
дированный сигнал, несущий информацию;
— декодер канала выделяет из входного потока управляющую ин-
формацию и направляет ее на логический блок; принятая информация
проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможно-
сти исправляются; до последующей обработки принятая информация
подвергается обратной (по отношению к кодеру) переупаковке;
— декодер речи декодирует поступающий на него с кодера канала
сигнал речи, производя его декомпрессию, и передает на цифро-ана-
логовый преобразователь (ЦАП);
— ЦАП, преобразующий принятый цифровой сигнал речи в ана-
логовую форму и подающий его на телефон;
— эквалайзер, служащий для частичной компенсации искажений
сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу, он
является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей по-
следовательности символов, входящей в состав передаваемой инфор-
мации; эквалайзер не является функционально необходимым и в
некоторых случаях может отсутствовать.
Помимо передатчика и приемника, в приемо-передающий блок
входят логический блок и синтезатор частот. Логический блок — это
по сути микрокомпьютер со своей оперативной и постоянной памя-
246
тью, осуществляющий управление работой подвижной станции.
Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, ис-
пользуемой для передачи информации по радиоканалу. Наличие ге-
теродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для пере-
дачи и приема используются различные участки спектра (так назы-
ваемое дуплексное разделение по частоте). Масса ручной MS вместе
с источником питания не превышает 120—200 г.
В MS всех версий стандарта GSM (GSM-900, DCS-1800, PCS-900)
предусмотрен универсальный для всех версий съемный модуль иден-
тификации абонентов — SIM (Subscriber Identity Module). Модуль
SIM изготавливается в виде пластиковой карты размером 55 х 85 мм
(стандартная) или 15x25 мм (миниатюрная) и толщиной около 1 мм.
Мобильный терминал без SIM-карты не работает. SIM-карта встав-
ляется в специальное гнездо MS любой версии стандарта GSM. Та-
ким образом, возможна реализация SIM-роуминга, когда абонент,
переезжая в другой регион или страну, может взять с собой не лич-
ный аппарат мобильной связи (MS), а лишь SIM-карту и установить
ее, например, в арендованную на новом месте своего пребывания
мобильную станцию стандарта GSM. SIM-карта фактически «пер-
сонализирует» мобильный терминал, т.к. на ней записаны: персо-
нальный идентификационный номер абонента PIN (Personal Identi-
fication Number); индивидуальные ключ и алгоритм аутентификации
абонента. Кроме того, SIM-карта содержит международный иден-
тификатор абонента подвижной связи IMSI (International Subscriber
Identity), который состоит из трех частей: мобильного кода страны
MCC (Mobile Country Code), идентифицирующего страну — 3 циф-
ры; мобильного кода сети MNC (Mobile Network Code), определяю-
щего сеть сухопутной подвижной связи общего пользования внутри
страны PLMN (Public Land Mobile Network) — 2 цифры; мобильного
идентификационного номера абонента MSIN (Mobile Subscriber
Identification Number) в данной PLMN — не более 10 цифр.
Вся информация, перечисленная выше, необходима для осуще-
ствления процедуры аутентификации.
Подсистема базовых станций. Д ля рассмотрения подсистем базо-
вых станций NSS и OSS обратимся к рис. 5.8, на котором представ-
лена структура сети связи стандарта GSM.
Оборудование подсистемы базовых станций BSS включает в себя
один контроллер базовых станций BSC (Base Stations Controller) и,
247
Рис. 5.8. Структура сети связи стандарта GSM
собственно, несколько базовых приемо-передающих станций BTS,
управляемых этим контроллером. Каждая BTS размещается при-
близительно в центре своей ячейки. Оборудование BSS находится
в прямом контакте с мобильной станцией через радиоинтерфейс,
существующий между MS и BTS. Между BSC и каждой, включен-
ной в него BTS, образован специализированный интерфейс Abis.
Оборудование радиоинтерфейса обеспечивает передачу и прием
речи и данных по радиоканалу. В то же время контроллеры базовых
станций BSC соединены с центром коммутации MSC сетевой под-
системы NSS через интерфейс А (как правило, это волоконно-
оптическая линия). Можно сказать, что BSS обеспечивает связь MS
с сетевой подсистемой NSS, а значит, осуществляет связь мобиль-
ного абонента с пользователями других сетей.
В состав BTS входят радиопередающие, радиоприемные устрой-
ства и две разнесенные антенны. Наличие в BTS нескольких прием-
ников и такого же количества передатчиков позволяет вести одно-
временную передачу информации по образованным на разных час-
тотах нескольким каналам. Антенны BTS крепятся к мачте и состо-
ят из рефлекторов с закрепленными на них вибраторами. Вибраторы
248
непосредственно передают и принимают радиосигналы. Каждый
рефлектор направлен в соответствующий сектор своей ячейки. Обо-
рудование BTS размещено в месте расположения антенн.
Контроллер BSC осуществляет управление и контроль работо-
способности всех блоков приемо-передающих базовых станций.
В частности, BSC обеспечивает управление радиоинтерфейсами
между MS и BTS, а также обеспечивает управление такой процеду-
рой, как хендовер.
Контроллер BSC может обеспечивать управление несколькими
десятками BTS. Количество BTS, включаемых в один BSC, зависит
от объемов потоков вызовов (телефонной нагрузки), обслуживаемых
каждой BTS.
Сетевая и коммупши^шаяподсиапема (NSS) сети стандарта GSM.
Обеспечивает функции коммутации и содержит базы данных, необ-
ходимые для управления мобильностью абонентов и их безопасно-
стью. Основная функция NSS — управление процессами соединений
подвижных абонентов сети GSM между собой и с абонентами ста-
ционарных сетей. Внутри подсистемы NSS функции коммутации вы-
зовов, поступающих от подвижных абонентов и направленных к ним,
выполняет центр коммутации MSC. С одной стороны, MSC имеет
интерфейсы для соединения с группой подсистем базовых станций BSS,
а с другой — интерфейсы для соединения со стационарными сетями
и компонентами NSS внутри одной сети GSM или для соединения с NSS
соседних сотовых сетей стандарта GSM (см. рис. 5.8).
Обмен сигнальной информацией между компонентами внутри
NSS, между подсистемами NSS внутри одной сети GSM или между
NSS разных сетей стандарта GSM обеспечивается средствами обще-
канальной сигнализации (ОКС№ 7).
Коммутатор MSC, входящий в подсистему NSS, управляет не-
сколькими контроллерами BSC. Как правило, при организации сети
стандарта GSM один-два коммутатора MSC используются в мест-
ности, где проживает около 1 миллиона человек. В состав NSS, по-
мимо центра коммутации MSC, входят базы данных.
Регистр положения мобильных абонентов HLR (Home Location
Register) представляет собой базу данных об абонентах, приписан-
ных к рассматриваемой сети GSM. MSC осуществляет постоянное
слежение за MS, пользуясь сведениями, записанными в HLR и в дру-
гую базу данных — регистр перемещений подвижных абонентов VLR
249
(Visitor Location Register). В HLR хранятся данные о местоположе-
нии MS, использование которых позволяет MSC обеспечивать до-
ставку вызова к мобильной станции.
В частности, HLR содержит международные идентификаторы мо-
бильных абонентов IMSI, которые используются для выполнения
процедуры аутентификации. Помимо IMSI регистр HLR содержит:
список доступных абоненту дополнительных услуг связи; специаль-
ную информацию о маршрутизации поступающих вызовов. Кроме
того, посредством HLR ведется регистрация данных о роуминге.
В этом случае в HLR записываются сведения о временном идентифи-
кационном номере подвижного абонента TMSI (Temporary Mobile Sub-
scriber Identity) и соответствующем регистре местоположения — VLR.
Конкретный TMSI действителен только в пределах определенной ло-
кальной зоны LA, а когда абонент перемещается в другую локаль-
ную зону, ему присваивается новый TMSI (рис. 5.9).
К данным, содержащимся в каждом HLRccth GSM, имеет до-
ступ любой центр коммутации сети MSC. Кроме того, все HLR и VLR
сети также взаимодействуют между собой. Доступ к базе данных об
абонентах сети GSM осуществляется по номеру IMSI или по номеру
подвижного абонента в сети ISDN — MSISDN (Mobile Subscriber
ISDN). Номер MSISDN состоит из следующих частей: СС (Country
Рис. 5.9. Процедура замены
TMSI
Code) — код страны, NDC (National De-
stination Code) — междугородный код
внутри страны, SN (Subscriber Number) —
номер абонента.
Регистр VLR осуществляет присвоение
мобильного номера «блуждающей» по-
движной станции — MSRN (Mobile Station
Roaming Number). В случае когда к MS по-
ступает входящий вызов, MSRN из пула
маршрутных номеров регистра VLR пере-
дается коммутационной станции MSC,
которая и обеспечивает маршрутизацию
этого вызова к тем базовым станциям,
в зоне действия которых и находится MS.
В целом каждый регистр VLR представ-
ляет собой локальную базу данных о по-
движных абонентах, находящихся в LA,
250
которые этот регистр контролируют. Это позволяет исключить по-
стоянные запросы в регистр HLR, а значит сократить время обслу-
живания.
Доступ к VLR может осуществляться посредством номеров: IMSI,
TMSI или MSRN. В состав сетевой и коммутационной подсистемы
NSS входят следующие компоненты: транзитный центр коммутации
мобильной связи GMSC (Gateway Mobile Switching Centre); один или
несколько MSC; один или несколько HLR; несколько регистров VLR
(по числу MSC).
При входящем соединении от абонента стационарной сети его
вызов по соединительной линии направляется в GMSC. GMSC пред-
ставляет собой отдельную коммутационную станцию и строится на
базе того же оборудования, что и MSC. GMSC обеспечивает марш-
рутизацию входящего вызова к тому MSC сотовой сети, в локальной
зоне которого находится требуемый мобильный абонент. Взаимодей-
ствие GMSC с другими объектами подсистемы NSS осуществляется
посредством сети общеканальной сигнализации ОКС№ 7.
Помимо вышеуказанных сетевых компонентов, подсистема NSS
включает в себя базы данных для аутентификации абонентов АиС
(Authentication Centre) и.идентификации мобильного оборудования
EIR (Equipment Identity Register).
Подсистема эксплуатации. В современных системах связи, и в
сетях GSM в частности, применяется централизованный метод тех-
нического обслуживания.
Стандартом GSM предусматривается прямая связь между цент-
рализованным оборудованием подсистемы эксплуатации OSS и под-
системами BSS, NSS. Одним из основных видов оборудования OSS
является центр эксплуатации и технического обслуживания подси-
стемы ОМС (Operation Maintenance Centre). ОМС осуществляет кон-
троль и управление компонентами сотовой сети, входящими в со-
став NSS и BSS, с которыми соединяется по каналам с пакетной пе-
редачей данных. В ОМС осуществляется обработка аварийных сиг-
налов и производится регистрация сведений об аварийных ситуац иях
в оборудовании подсистем NSS и BSS. В зависимости от характера
неисправностей оборудования, ОМС обеспечивает их автоматичес-
кое устранение или посредством вмешательства оператора. ОМС так-
же осуществляет периодическое тестирование оборудования сети и
контроль обслуживания вызовов компонентами сети.
251
В OSS, помимо ОМС, следует выделить и другой компонент этой
подсистемы — центр управления сетью NMC (Network Maintance
Centre). NMC обеспечивает эксплуатацию оборудования и его
техническое обслуживание в пределах всей сети, в которой может
функционировать несколько ОМС. NMC обеспечивает диспетчерс-
кое управление сетью в сложных аварийных ситуациях, например,
при выходе из строя сетевых узлов MSC или при их перегрузке. На
мониторах операторов NMC отражается состояние всей сотовой сети
как в целом, так и по регионам. Контроль со стороны NMC за пото-
ками сигнальной и пользовательской информации позволяет пре-
дупреждать возникновение перегрузок в сотовой сети.
5.7. Физические и логические каналы
Рассмотрим логические каналы, которые должны быть органи-
зованы на участке BTS—MS. Между BTS и MS передается, помимо
пользовательской, разнообразная сигнальная информация. В зави-
симости от назначения передаваемой информации, ее объема, а так-
же требуемой скорости доставки необходимы и различные логичес-
кие каналы. Все логические каналы, организуемые на участке BTS—
MS, можно разделить на два вида: пользовательские и управления
(сигнальные). Логические каналы управления в свою очередь мож-
но разбить на три группы каналов: обеспечения радиообмена, об-
щие и индивидуальные.
Пользовательские каналы — Т-каналы (ТСН — Traffic Channels)
являются двухсторонними каналами с конфигурацией «точка—точ-
ка». При этом, как отмечалось ранее, при передаче речевой информа-
ции нужно обеспечивать скорость канала в 13 кбит/с (полная скорость
передачи в канале с учетом дополнительной служебной информации
составляет 22,8 кбит/с). Наряду с данным каналом в GSM предусмот-
рен канал со скоростью передачи речи 6,5 кбит/с (полная скорость
при этом равна 11,4 кбит/с). Эти каналы могут быть использованы и
для передачи данных со скоростью от 2,4 кбит/с до 9,6 кбит/с.
Логические каналы обеспечения радиообмена являются односто-
ронними каналами с направлением передачи от BTS к MS и имеют
конфигурацию «точка—многоточие». Данные каналы несут инфор-
мацию, которая необходима MS для работы в сети и включает в себя:
— канал подстройки частоты F (FCCH — Frequency Correction
Channel), используемый для подстройки частоты MS;
252
<» -г канал синхронизации S (SCH — Synchronization Channel), ко-
торый используется для цикловой синхронизации доступа и иден-
тификации BTS;
— контрольный канал В (ВССН — Broadcast Control Channel). Дан-
ный канал применяется для передачи основной информации о соте,
например, идентификатор зоны местонахождения LAI, период ре-
гистрации и т.д.
Общие логические каналы (СССН — Common Control Channels)
включают следующие логические каналы:
— канал поиска Р (РСН — Paging Channel) является однонаправ-
ленным каналом от BTS к MS с конфигурацией «точка—точка» и ис-
пользуется для поиска MS в зоне местонахождения;
— канал случайного доступа R (RACH — Random Access Channel).
Это односторонний канал с направлением передачи от MS к BTS,
который имеет конфигурацию «точка—точка». Он используется MS
для запроса канала сигнализации при доступе ее к сети;
-. — канал разрешения доступа G (AGCH — Access Grant Channel),
используемый для обеспечения выделения MS канала сигнализации
и имеющий одно направление передачи от BTS к MS с конфигура-
цией «точка—точка».
Индивидуальные логические каналы (DCCH — Dedicated Control
Channels) являются двухсторонними каналами с конфигурацией
«точка—точка» и используются как сетью, так и MS для сигнализа-
ции. Они включают в себя:
— индивидуальный сигнальный канал D (SDCCH — Stand-alone
Dedicated Control Channel), который используется для сигнализации
в процессе установления соединения до назначения пользовательс-
кого канала, например, при аутентификации и регистрации;
— медленный ассоциированный канал A (SACCH — Slow Associ-
ated Control Channel), используемый наряду с пользовательским ка-
налом или индивидуальным сигнальным каналом. Он является их
продолжением и применяется для передачи информации, например:
результатов измерений уровня радиосигнала своей и смежных сот,
регулировки мощности MS, временной синхронизации;
— быстрый ассоциированный канал A’ (FACCH — Fast Associated
Control Channel), который используется наряду с пользовательским
каналом, когда в процессе обмена пользовательской информацией
необходимо передать объем информации больше, чем может обес-
253
печить медленный ассоциированный канал. В этом случае вместо
пользовательской информации передается, например, информация,
необходимая для переключения вызова. Прерывание в передаче
пользовательской информации в этом случае незначительное. При
этом абоненту повторно передается информация из предыдущего
кадра.
Теперь перейдем к рассмотрению принципов организации физи-
ческих каналов и форматов кодовых комбинаций (burst), передавае-
мых по логическим каналам. В сети GSM на участке BTS—MS для об-
мена информацией используется доступ с временным делением
каналов, т.е. каждый радиоканал используется для организации 8 ци-
фровых каналов. Каждый цифровой канал представляет собой от-
дельный физический канал. Как было отмечено выше, для органи-
зации физических каналов в GSM используются 124 двухсторонних
радиоканала.
В стандарте GSM применяется метод дифференциального ко-
дирования речи, когда аналоговый речевой сигнал делится на от-
резки в 20 мс с последующим их кодированием. Результатом коди-
рования является получение 260 бит, характеризующих сегмент ре-
чевого сигнала в 20 мс. Следовательно, требуемая скорость переда-
чи информации составляет 13 кбит/с (260/20). Для обеспечения
нормативных характеристик качества передачи по радиоканалу с
замираниями сигнала в стандарте GSM используется линейное (ка-
нальное) кодирование информации, подразумевающее некоторую
избыточность блоков передаваемых данных. При этом использует-
ся как блочное линейное кодирование, так и линейное кодирова-
ние с исправлением ошибок. В результате, исходные 260 бит оциф-
рованной речи преобразуются в 456 бит кодированной информа-
ции, аскорость потока данных возрастает с 13 кбит/с до 22,8 кбит/с
(456/20). Учитывая, что за 20 мс, помимо 456 бит, необходимо пе-
редать специальную комбинацию S, обеспечивающую работу эк-
валайзера, и дополнительную служебную информацию, требуемая
скорость передачи по каждому из физических каналов возрастает
с 22,8 кбит/с до 33,8 кбит/с. Скорость же цифрового потока радио-
канала, содержащего 8 физических каналов, должна быть порядка
270 кбит/с (33,8 кбитх8). В соответствии с вышесказанным, струк-
тура кадра доступа и формат стандартной кодовой комбинации
имеют вид, представленный на рис. 5.10. Три бита в начале и конце
254
Рис. 5.10. Кадр доступа и стандарт! ,ая кодовая комбинация
кодовой комбинации, значение которых равно 0, используются
эквалайзером в качестве стартового и стопового флагов. Два поля
по 57 бит используются для передачи информации. При этом биты
около каждого из этих полей определяют вид передаваемой инфор-
мации. Поле в 26 бит занимает специальная комбинация S эква-
лайзера. Время, соответствующее передаче 8,25 бита (30,46 мкс),
не используется для передачи информации, и оно является защит-
ным интервалом между физическими каналами.
Учитывая возможные замирания на участке BTS—MS, приводя-
щие к потере информации, желательно не передавать последователь-
но все 456 бит сегмента речевого сигнала. Необходимо сделать так,
чтобы в случае потери информации, ее можно было бы восстано-
вить с помощью линейных кодов. Для этого при передаче не должно
быть группирования ошибок, а число ошибочных бит на конце тракта
должно быть как можно меньше. Принимая это во внимание и ос-
новываясь на формате стандартной кодовой комбинации, сегмент
закодированного речевого сигнала в 456 бит разбивают на 8 блоков
по 57 бит в каждом. Во избежание группирования ошибок в случае
потери любого из блоков информации, их формирование осуще-
ствляется следующим образом: вначале между блоками распреде-
ляются первые 8 бит из 456, затем следующие 8 бит и т.д. (рис. 5.11).
255
8 блоков по 57 бит каждый
Рис. 5.11. Разбиение сегмента кодированного речевого сигнала на блоки
Таким образом первый блок будет содержать 1, 9,25,449 бит, вто-
рой 2, 10, 26,..., 450 и т.д. Кроме того, для повышения эффективно-
сти линейного кодирования и разделения на блоки используются
«медленные прыжки по частотам» в процессе сеанса связи, при ко-
тором каждая последующая кодовая комбинация данного физичес-
кого канала передается на новой частоте.
Формат стандартной кодовой комбинации используется всеми ло-
гическими каналами, кроме каналов подстройки частоты, синхро-
низации и доступа. При этом бит, определяющий вид передаваемой
информации, указывает, передается ли в данном кадре информация
быстрого ассоциированного канала А' или нет.
Формат кодовой комбинации, используемый логическим кана-
лом подстройки частоты, изображен на рис. 5.12, а. Фиксированные
биты данного формата для упрощения процедуры подстройки час-
256
тоты в MS представляют собой последовательность нулей, что рав-
носильно передаче немодулированного сигнала. Три бита в начале и
конце кодовой комбинации имеют прежнее назначение. Пунктиром
показан защитный интервал.
Логический канал синхронизации использует формат кодовой ком-
бинации, представленный на рис. 5.12, б. В этом формате 64 бита пред-
ставляют собой легко распознаваемую последовательность синхрони-
зации (синхрослово). Два сегмента по 39 бит заключают информацию
о номере кадра доступа и код BTS (BSIC — Base Station Identity Code).
Нумерация кадров доступа используется как один из параметров для
закрытия (шифрования) информации. При этом используется цик-
лическая нумерация с периодом около 3,5 ч (2 715 648 кадров). По
номеру кадра доступа MS определяет, информация какого логическо-
го канала передастся по нулевому физическому каналу. Код BTS ис-
пользуется при измерении уровня сигнала, так как результаты изме-
рений сопоставляются с кодом BTS.
Формат кодовой комбинации логического канала доступа (рис.
5.12, в) имеет большой защитный интервал (68,25 бита — 252 мкс),
необходимый для предотвращения возможного наложения из-за от-
сутствия синхронизации. Защитный интервал перекрывает время
распространения сигнала в двух направлениях передачи на расстоя-
ние в 35 км (это время составляет около 233 мкс). Столовый флаг
имеет длину 8 бит. Поле из 41 бита несет в себе обучающую последо-
вательность, используемую эквалайзером.
17-3936
257
5.8. Аутентификация абонента, идентификация MS
и закрытие информации
В качестве примера осуществления передачи сигнальных сооб-
щений по сети стандарта GSM рассмотрим реализацию процессов
аутентификации подвижного абонента, идентификации мобильной
станции и закрытия информации.
Каждый мобильный абонент обладает SIM-картой. Карта вруча-
ется абоненту и позволяет вести разговор с любого аппарата стан-
дарта GSM. SIM-карта содержит: PIN-код, индивидуальный меж-
дународный идентификатор абонента подвижной связи IMSI; ин-
дивидуальный ключ аутентификации Ki; алгоритм аутентификации
АЗ; алгоритм вычисления ключа шифрования А8. Записанные на
абонентских SIM-картах идентификаторы IMSI сохраняются также
в регистре местоположения HLR и используются для опознавания
мобильных станций в центре аутентификации АиС. Индивидуаль-
ный абонентский ключ Ki и алгоритм аутентификации АЗ, помимо
SIM-карты, сохраняются также в АиС. Абонентский ключ Ki исполь-
зуется в АиС для формирования массива (триплета), содержащего:
ключ закрытия (шифрования) пользовательской информации Кс;
квазислучайное число RAND (от английского слова RANDom,
128 бит); маркированный отклик SRES (Signed RESponse, 32 бит).
В результате взаимного обмена этими данными между компонента-
ми сетевой подсистемы NSS и мобильной станцией осуществляется
полный цикл аутентификации и разрешается доступ абонента к ре-
сурсам сети стандарта GSM.
Каждой MS присваивается персональный международный иден-
тификатор мобильного оборудования IMEI (International Mobile
Equipment Identity), который используется для исключения доступа
к сетям GSM с помощью похищенной станции, не обладающей пра-
вом на такой доступ.
Рассмотрим этапы прохождения процедуры аутентификации. Ини-
циировав вызов, мобильная станция по выделенному для нее сетью
инди видуальному логическому каналу управления типа D передает в
сторону MSC/VLR свой идентификатор IMSI и ключ Ki (128 бит) для
определения полномочий пользователя на предоставление услуг сети
стандарта GSM. Эти данные через VLR и HLR поступают в центр
аутентификации АиС. В свою очередь, как отмечено выше, в базе
258
данных АиС хранится пара индивидуальных абонентских характе-
ристик, присвоенных этому пользователю: IMSI и Ki. В ответ на по-
ступившие характеристики АиС выдает в адрес MS квазислучайное
число RAND из уникального триплета, сформированного в центре
аутентификации для данной заявки. Триплет состоит из числа RAND,
отклика SRES и ключа закрытия пользовательской информации Кс,
полученных соответственно путем вычислений по алгоритмам АЗ и
А8 (рис. 5.13). Отклик SRES передается из АиС в MSC. Мобильная
станция, получив число RAND и используя хранящийся у нее або-
нентский ключ Ki, также вычисляет значение отклика SRES*(32 бита),
удовлетворяющее условию опознавания по правилу «свой—чужой».
В мобильной станции SRES* рассчитывается тоже по алгоритму АЗ,
а затем передается обратно в сторону коммутатора MSC. В MSC про-
изводится сравнение SRES* и SRES из триплета АиС. При их совпа-
дении мобильная станция (MS) получает доступ к сети сотовой связи
и за ней закрепляется один из пользовательских логических каналов
типа Т. В случае несовпадения значений SRES* и SRES, пользователь
получает отказ в обслуживании. Процедура аутентификации осуще-
ствляется каждый раз при регистрации MS, попытке абонента уста-
новить соединение, при обновлении данных о местонахождении
Рис. 5.13. Аутентификация абонента
259
абонента, при принятии MS пейджингого сигнала о вызове, а также
при активизации и дезакгивизации дополнительных видов обслужи-
вания.
Закрытие пользовательской информации, передаваемой по логи-
ческому каналу типа Т радиотракта, осуществляется в BTS и MS. При
назначении режима шифрования одновременно используются две
квазислучайные последовательности: первая — в тракте передачи
логического канала Т для шифрования информации в BTS и дешиф-
рования в MS; вторая — в тракте приема этого канала для шифрова-
ния информации в MS и дешифрования в BTS. Эти квазислучайные
последовательности генерируются по специальному алгоритму в BTS
и MS как функции от номера кадра доступа и ключа закрытия ин-
формации Кс (64 бита). Согласно стандарту GSM при организации
пользовательских логических каналов применяются 26 кадров доступа,
причем каждый кадр продолжительностью 4,615 мс содержит 8 пользо-
вательских каналов. В BTS для целей шифрования информации ис-
пользуется ключ Кс, получаемый из триплета АиС. В MS этот ключ
вычисляется на основании переданного из АиС квазислучайного числа
RAND (см. рис. 5.13). В обоих случаях ключи Кс идентичны.
Процедура идентификации MS заключается в сравнении иден-
тификатора мобильной станции IMEI с номерами, содержащимися
в регистре идентификации оборудования EIR. Идентификация на-
чинается с запроса со стороны MSC информации о номере MS.
Получив из MS идентификатор IMEI, коммутатор MSC передает его
в регистр EIR. В EIR содержится два списка оборудования: «белый» —
разрешенные к использованию аппараты мобильной связи; «чер-
ный» — запрещенные для использования (например, похищенные)
и технически неисправные аппараты. На основании анализа спис-
ков в EIR определяется к какой группе относится MS с номером
IMEI. Результаты анализа EIR передает в MSC, где и принимается
решение о возможности доступа данной MS к ресурсам сети стан-
дарта GSM.
5.9. Сотовая система связи
для железнодорожного транспорта
В июне 1997 г. 32 железнодорожные компании из 24 стран Евро-
пы подписали Меморандум о взаимопонимании, в соответствии с
которым началась разработка документации по реализации нового
260
стандарта — GSM-R (Railways). Впоследствии этот стандарт был ре-
комендован Международным союзом железных дорог (МСЖД) для
организации специфических оперативно-технологических видов
связи. К таким видам связи относятся, например, связь поездного
диспетчера и дежурного по станции с машинистом локомотива; стан-
ционная радиосвязь, которая используется для организации манев-
ровых работ на станции; ремонтно-оперативная технологическая
связь, необходимая при эксплуатации инфраструктуры железнодо-
рожного транспорта на станциях и перегонах. При применении сис-
темы стандарта GSM-R непрерывная связь диспетчера и дежурного
по станции с машинистом обеспечивается при скорости движения
подвижного состава до 350 км/ч. Помимо передачи речевой инфор-
мации, система связи стандарта GSM-R используется для передачи
данных при организации интервального регулирования движения
поездов: передача информации о местонахождении поезда, а также
автоматическое регулирование скорости его движения осуществля-
ется по каналам системы стандарта GSM-R, что повышает безопас-
ность движения поездов. ETSI выделил для стандарта GSM-R две
полосы частот шириной 4 МГц каждая, расположенных вокруг час-
тоты 900 МГц (921—925 МГц при передаче информации в сторону
мобильной станции и 876—880 МГц при перед аче в обратном направ-
лении). Учитывая, что интервал между несущими частотами сосед-
них радиоканалов составляет 200 кГц, в вышеуказанном диапазоне
организовано 19 дуплексных радиоканалов. Таким образом, в сети
стандарта GSM-R работают 19 х 8= 152 физических канала. В сети
применяются расположенные вдоль железнодорожной линии соты
в виде эллипса со средним радиусом R = 5 км.
Глава 6
ТЕОРИЯ ТЕЛЕТРАФИКА
6.1. Предмет и задачи теории телетрафика
При разработке телекоммуникационного оборудования и проек-
тировании сетей связи приоритетной задачей является обеспечение
качества предоставляемых услуг. В приложении к сетям с коммута-
цией каналов эта задача состоит в определении необходимого коли-
чества обслуживающих устройств и выборе оптимального способа
их взаимодействия при обслуживании абонентов. В качестве обслу-
живающих устройств здесь выступают каналы связи и оборудование
коммутационных узлов. Если в произвольный момент времени под-
считать число занятых абонентских комплектов АТС, то скорее все-
го их число не превысит 20 % от абонентской емкости станции. По-
этому, если бы сетевое оборудование было рассчитано на одновре-
менное обслуживание всех абонентов, бблыпая его часть простаива-
ла бы круглосуточно. Для того чтобы телефонная сеть была
экономически эффективной, ее строят таким образом, чтобы обес-
печить своевременное обслуживание не всех вызовов, а большей их
части. При этом, поскольку процесс поступления вызовов — слу-
чайный, возможно возникновение ситуаций, в которых абоненты
будут получать отказы из-за отсутствия свободных каналов или при-
боров АТС. Расчет количества обслуживающих устройств при про-
ектировании должен быть выполнен таким образом, чтобы доля по-
терянных вызовов не превышала нормативного значения, установ-
ленного международным или национальным стандартом.
Задача подобного рода решается и при проектировании пакетных
сетей передачи данных. В отличие от телефонной сети с коммута-
цией каналов, основным показателем качества обслуживания в па-
кетной сети является не доля потерянных вызовов, а продолжитель-
ность задержки при передаче информации. Кроме того, качество
262
обслуживания определяется здесь не количеством обслуживающих
устройств, а их производительностью — скоростью передачи инфор-
мации в канале, числом пакетов, обрабатываемых маршрутизатором
в единицу времени и т.п. Тем не менее цель проектирования остает-
ся той же самой: найти техническое решение, обеспечивающее ком-
промисс между затратами на создание сети и уровнем предоставляе-
мых услуг.
Для решения поставленных задач необходимы математические
методы, определяющие количественные зависимости между потреб-
ностями пользователей, производительностью сетевого оборудова-
ния и качеством обслуживания. Создание таких методов и представ-
ляет собой основную цель теории телетрафика. Начало теории теле-
трафика было положено в то время, когда телефонная связь стала
шрать существенную роль в экономике. Основы теории были раз-
работаны датским ученым А. К. Эрлангом в 1908—1918 гг. Работы,
посвященные телефонным сетям, впоследствии послужили базой д ля
создания бод^е обшей теории — теории систем массового обслужи-
вашм.
Втеории телетрафика рассматриваются системы распределения
информации — сети связи, а также отдельные элементы этих сетей.
Предметом исследований является количественная сторона процес-
сов обслуживания потоков заявок. Под заявками на обслуживание в
зависимости от вида сети могут подразумеваться телефонные вызо-
вы или пакеты данных. Электрические и акустические характерис-
тики аппаратуры, способы передачи информации и форма сообще-
ний находятся вне рамок этой теории. Поскольку процессы обслу-
живания заявок в системах распределения информации являются
преимущественно случайными процессами, теория телетрафика тес-
но связана с теорией вероятностей и математической статистикой.
Методы теории телетрафика предназначаются прежде всего для
решения практических задач. Наиболее распространенной задачей
такого типа является задача синтеза, возникающая в процессе проек-
тирования сетей связи. Ее можно сформулировать следующим обра-
зом: при известных параметрах поступающего потока заявок требует-
ся определить количество (или производительность) обслуживающих
устройств, которое обеспечит заданное качество обслуживания.
Различным классам систем распределения информации соответ-
ствуют разные методы теории телетрафика. Поскольку техника
263
связи продолжает интенсивно совершенствоваться, также интенсив-
но развивается и теория телетрафика.
6.2. Математические модели
Теория телетрафика оперирует не с самими материальными
объектами — системами распределения информации, а с их матема-
тическими моделями.
Математическая модель системы распределения информации
состоит из следующих элементов: входящего потока вызовов, дис-
циплины обслуживания вызовов, схемы системы распределения
информации.
В математической модели, как правило, не удается отразить все
закономерности, свойственные реальным процессам. Кроме того, в
некоторых случаях, для того чтобы создать удобный инженерный
метод расчета, модель сознательно упрощают, отбрасывая детали,
не оказывающие существенного влияния на результат при опреде-
ленных условиях. Поэтому при практическом использовании мето-
дов теории телетрафика необходимо обращать внимание на условия
применения тех или иных математических моделей.
Потоки вызовов (заявок). Поскольку область применения теории
телетрафика не ограничивается исключительно телефонными сетя-
ми, то в качестве заявок на обслуживание могут рассматриваться не
только вызовы абонентов этих сетей, но также информационные
пакеты, передаваемые в сетях передачи данных, запросы на выпол-
нение различных функций, передаваемые между УУ в системе уп-
равления коммутационного узла и т.д. Поскольку данный учебник
посвящен телефонной связи, в общем случае здесь будет использо-
ваться термин «поток вызовов». Исключения будут сделаны лишь
для тех случаев, когда пойдет речь о применении методов теории те-
летрафика к сетям другого типа.
Потоком называется последовательность вызовов, поступающих
в некоторые моменты времени. Как следует из определения, поток
вызовов можно задать, указав моменты поступления вызовов или
интервалы времени между вызовами. Однако описанные способы
удобны лишь в том случае, когда поток является детерминирован-
ным, т.е. моменты поступления вызовов заранее известны. Для за-
дания более распространенных случайных потоков используют две
характеристики: параметр потока и интенсивность потока.
264
Параметр потока к(1) — это плотность вероятности поступления
одного и более вызовов в момент времени t.
, , 7t „(/,/ + Д/)
lim ------------.
ДГ-»оо Д/
В этой формуле л>0(/,/+ Д/) — вероятность поступления более од-
ного вызова в интервале (/,/+д/)_ В общем случае параметр потока
зависит от времени. В телефонной сети, например, в ночные часы
вызовы возникают редко, а днем наступают периоды повышенной
активности абонентов, так что соответствующая функция Х(/) имеет
минимумы и максимумы. Тем не менее бдльшая часть математиче-
ских моделей теории телетрафика включает в себя так называемые
стационарные потоки вызовов, параметр которых л(/) = X от време-
ни не зависит. Причина заключается в том, что практический инте-
рес обычно представляет исследование поведения системы распре-
деления информации в наиболее трудных для нее условиях. В этом
случае работа системы рассматривается на относительно небольшом
отрезке времени, на протяжении которого параметр потока макси-
мален и не подвержен существенным изменениям. В таких условиях
поток может считаться стационарным.
Параметр стационарного потока можно интерпретировать как
математическое ожидание числа моментов поступления вызовов в
единицу времени. Следует подчеркнуть, что здесь учитываются не
сами вызовы, а моменты поступления вызовов. Эту особенность па-
раметра потока можно пояснить следующим примером. В сетях опе-
ративно-технологической телефонной связи железнодорожного
транспорта применяется циркулярный вызов, при поступлении ко-
торого устанавливается связь между вызывающим и несколькими
вызываемыми абонентами. Циркулярный вызов можно рассматри-
вать как совокупность нескольких обычных вызовов, поскольку он
требует обслуживания более одной пары абонентов. Несмотря на это,
при определении параметра потока такой вызов будет учтен единож-
ды, поскольку он поступил в один момент времени.
Вторая характеристика поступающего потока вызовов, его интен-
сивность, в отличие от параметра потока, связана именно с вызова-
ми, а не с моментами их поступления. Интенсивностью стационар-
ного потока вызовов ц называется математическое ожидание числа
вызовов, поступающих в единицу времени. Поскольку число вызо-
265
Рис. 6.1. Простейший (пуассоновский)
поток вызовов
bob всегда больше или равно числу моментов поступления этих вы-
зовов, справедливо следующее неравенство: ц>Х. В системах связи
чаще всего встречаются потоки, в которых одновременное поступ-
ление двух и более вызовов невозможно. Такие потоки называют
ординарными. Для ординарных потоков имеет место равенство ц=X.
Наряду с тем что поток вызовов может быть стационарным или
нестационарным, ординарным или неординарным, его характер
определяется также наличием или отсутствием последействия. В по-
токе без последействия поступление вызовов после произвольно
выбранного момента времени не зависит от того, когда и в каком
количестве вызовы поступали до этого момента.
Три описанных свойства потоков вызовов: стационарность, ор-
динарность и последействие являются основными классификацион-
ными признаками. В математических моделях систем телефонной
связи наиболее часто встречаются стационарные ординарные пото-
ки с простым последействием и без последействия. К таким пото-
кам относятся простейший и примитивный потоки, а также поток с
повторными вызовами.
Простейшим называется стационарный ординарный поток вызо-
вов без последействия (рис. 6.1). Для этого потока число источни-
ков вызовов не определено. Считается, что параметр потока остает-
ся постоянным независимо от того, сколько вызовов уже находится
на обслуживании. В действительности, если абонент телефонной
сети разговаривает с другим абонентом, он не может послать новый
вызов до тех пор, пока не даст отбой, т.е. пока не закончится обслу-
живание текущего вызова. Таким образом, в реальном потоке имеет
место последействие: моменты поступления новых вызовов зависят
от моментов поступления
предыдущих вызовов, создан-
ных теми же абонентами. Фак-
тором, определяющим воз-
можность пренебречь таким
последействием, является со-
отношение между числом ис-
точников и количеством об-
служивающих устройств. Если
число источников вызовов
настолько велико, что значе-
п
о
о
о
о
о
о
3
w
§
. Обслуживающие
устройства
V ооооооо
Поток
вызовов
S
266
ния параметра потока в случаях занятости и свободное™ всех об-
служивающих устройств практически одинаковы, то поток может
считаться простейшим (естественно, при наличии у него также
свойств стационарное™ и ординарное™).
Из определения простейшего потока следует, что вероятаость
поступления ровно к вызовов за отрезок времени определяется фор-
мулой Пуассона:
, ч -kt
hW = *! е
В связи с этим простейший поток называют также стационарным
пуассоновским или просто пуассоновским. На рис. 6.2 приведены оги-
бающие кривые значений функции С увеличением значения
произведения kt кривые имеют все более симметричную форму, при-
ближаясь к нормальному закону распределения случайной величины.
Математическое ожидание М\К\ числа вызовов простейшего по-
тока, поступающих за время t, равно
M[K\ = kt=pt. (6.1)
В этом случае к=ц, поскольку простейший поток является орди-
нарным. Иными словами, за время t в среднем поступает kt= ц/ вы-
зовов.
267
Одним из свойств простейшего потока является численное равен-
ство математического ожидания и дисперсии числа вызовов:
где о2[ Л] = — среднеквадратическое отклонение.
Отсюда следует, что с увеличением математического ожидания
величина коэффициента вариации v = о[Х]/Л/[А] уменьшается про-
порционально М[К\, поскольку в этом случае
1
v М[К] M[tf] м[к\
Коэффициент вариации характеризует относительное отклоне-
ние случайной величины от ее математического ожидания. Приве-
денный вывод свидетельствует о том, что для простейшего потока с
большой интенсивностью отклонение числа вызовов в среднем от-
носительно меньше, чем для потока с малой интенсивностью. Ины-
ми словами, по мере роста интенсивности простейший поток стано-
вится более предсказуемым.
Представляет интерес также распределение интервалов времени
между вызовами. Распределение вероятностей Д t < Т) того, что оче-
редной вызов поступит через время t, не превышающее Т, определя-
ется показательным законом:
Показательный закон обладает свойством, которое применитель-
но к распределению интервалов между вызовами, можно сформу-
лировать так: если от момента поступления последнего вызова до
момента начала наблюдения за потоком уже прошло некоторое вре-
мя, то это время никак не влияет на вероятность распределения ин-
тервала времени от начала наблюдения до следующего вызова.
Еще одно важное свойство простейшего потока заключается в том,
что при объединении нескольких простейших потоков суммарный
поток также будет простейшим.
В тех случаях, когда число источников вызовов невелико, обыч-
но используется модель примитивного потока.
Примитивный поток вызовов — это стационарный ординарный
поток с ограниченным последействием (рис. 6.3). Ограниченность
последействия выражается в том, что параметр потока определяется
268
текущим состоянием системы
распределения информации и
не зависит от того, в каких со-
стояниях находилась система
в период, предшествовавший
данному моменту времени.
Примитивный поток отлича-
ется от простейшего тем, что
его занятые источники (або-
ненты) не создают вызовов.
Рис. 6.3. Примитивный поток вызовов
Параметр примитивного потока прямо пропорционален числу сво-
бодных источников:
Xf= (N— i) а,
где Л.,— параметр потока в состоянии i, т.е. в момент, когда на обслуживании
находятся вызовы от i источников;
N— общее число источников вызовов;
а — параметр потока, создаваемого одним источником.
• Очевидно, что параметр потока тем меньше зависит от z, чем боль-
ше N. Поэтому, если число источников вызовов велико, примитив-
ный поток близок к простейшему. Более того, если N-+ <х> и а —> <»
так, что произведение а.У остается конечной величиной, то прими-
тивный поток вызовов переходит в простейший с параметром 7.=aN.
Примитивный поток вызовов более сложен для анализа в срав-
нении с простейшим, поскольку в нем учтен эффект последействия.
Поэтому, в тех случаях когда это возможно, целесообразно исполь-
зовать модели с простейшим потоком. В практических расчетах по-
ток можно считать простейшим, если число источников вызовов
превышает число обслуживающих устройств в 15 и более раз.
Поток с повторными вызовами представляет собой еще один вид
потока с простым последействием. Этот поток также является ста-
ционарным и ординарным. В нем наряду с обычными (первичны-
ми) вызовами присутствуют повторные, возникающие из-за того, что
некоторые первичные вызовы не обслуживаются. Механизм возник-
новения повторных вызовов в сетях телефонной связи следующий:
абонент в процессе установления соединения получает отказ — слы-
шит сигнал занятости; поскольку его потребность передать сообще-
ние остается неудовлетворенной, он совершает одну или, если вновь
возникнут отказы, несколько повторных попыток установления
269
соединения. Причинами потерь вызовов в телефонных сетях могут
быть занятость абонента, занятость обслуживающих устройств: ли-
ний связи, станционных комплектов и т.д.
Одна из распространенных моделей с повторными вызовами пред-
ставлена на рис. 6.4. Поток первичных вызовов — простейший с па-
раметром X. Если первичный вызов не был обслужен, то с вероятно-
стью Н абонент создаст повторный вызов. Подобным же образом
после потери очередного повторного вызова абонент создаст следу-
ющий с вероятностью Н Таким образом, число источников повтор-
ных вызовов/ увеличивается на единицу с вероятностью Н после
потери первичного вызова. Уменьшение j на единицу происходит в
том случае, когда после потери повторного вызова абонент отказы-
вается с вероятностью (1 — Н) от дальнейших попыток установления
соединения, либо если его повторный вызов обслуживается. Веро-
ятность //является мерой настойчивости абонентов. Как показали
исследования, для абонентов телефонной сети Н= 0,7...0,9. Повтор-
ные вызовы отрицательно сказываются на качественных показателях
работы сети связи. Причина заключается в том, что они увеличивают
общее число поступающих вызовов и тем самым осложняют работу
сети именно в те периоды времени, когда возникают потери первич-
ных вызовов, т.е. коща сеть и без того находится в трудных условиях.
Рис. 6.4. Потоке повторными вызовами
270
Поток с повторными вызовами тем больше отличается от про-
стейшего, чем чаще возникают отказы в обслуживании и чем мень-
ше интервалы между повторными вызовами, создаваемыми одним
абонентом. Параметр потока в состоянии с j источниками повтор-
ных вызовов равен сумме:
X+jv,
где v — параметр потока, создаваемого одним абонентом (источником повтор-
ных вызовов).
Величина v, как правило, в десятки раз превышает значение па-
раметра потока первичных вызовов, поступающих от одного источ-
ника, поскольку абонент обычно совершает не менее одной повтор-
ной попытки установления соединения в минуту.
На практике, если доля потерянных вызовов не превышает 1 %,
можно считать поток простейшим, не разделяя вызовы на первич-
ные и повторные. Если же вызовы теряются чаше, а число обслужи-
вающих устройств невелико, следует использовать модель потока с
повторными вызовами.
Уменьшению потоков повторных вызовов на сетях телефонной
связиспособствуют некоторые дополнительные виды обслуживания,
предоставляемые абонентам АТС с программным управлением.
К таким видам обслуживания относятся постановка на ожидание вы-
зова к занятому абоненту — услуга, называемая также «обратный
вызов», и уведомление занятого абонента о новом входящем вызове.
Рассмотренные модели потоков применяются прежде всего для
описания процессов поступления вызовов по абонентским линиям,
т.е. непосредственно от абонентов. В то же время по соединитель-
ным линиям и междугородным каналам на АТС поступают вызовы,
уже прошедшие через коммутационное поле одной или нескольких
станций. При использовании на сети развитых систем маршрутиза-
ции, на линии одних направлений могут направляться избыточные
потоки вызовов с других направлений, т.е. те вызовы, которые при
отсутствии поиска дополнительных маршрутов соединений были бы
потеряны. Потоки вызовов, прошедших через коммутационные поля
АТС, и, в большей степени, потоки потерянных вызовов, отличают-
ся от потоков, поступающих по абонентским линиям. В тех случаях
когда эти отличия оказываются существенными, для описания по-
токов обслуженных и потерянных вызовов используют модели по-
токов с оцэаниченным последействием.
271
Потоком с ограниченным последействием называется поток, у ко-
торого последовательность промежутков времени между вызовами
представляет собой последовательность взаимно независимых слу-
чайных величин, имеющих любые функции распределения. После-
действие потока проявляется в том, что поскольку характер потока
задан распределением именно промежутков между вызовами, то по-
явление вызова в некоторый момент времени / оказывает влияние
на вероятности возникновения вызова в промежутки времени, не-
посредственно следующие за моментом t. Среди потоков с ограни-
ченным последействием чаще всего рассматриваются стационарные
ординарные потоки, получившие название потоков Пальма. Если на
входы коммутационного поля, работающего с потерями вызовов, по-
ступает простейший поток, д ля которого математическое ожидание
равно дисперсии (Л/[А] = ДА]), то для потока Пальма, образован-
ного вызовами, прошедшими через коммутационное поле, будет
справедливо неравенство М\К\ > ДА], т.е. поток обслуженных вы-
зовов окажется более равномерным. Поэтому потоки на выходах ком-
мутационного поля называют выровненными. В свою очередь из-
быточный поток, образованный потерянными вызовами и также яв-
ляющийся потоком Пальма, менее равномерный в сравнении с про-
стейшим, так как для него М[К\ < ДА].
Длительность занятия. Вызов, поступивший в систему распре-
деления информации, занимает обслуживающее устройство на не-
которое время, называемое длительностью занятия или длитель-
ностью обслуживания. Эта длительность может быть постоянной
или случайной величиной. Например, длительности занятия управ-
ляющих устройств чаще бывают постоянными, поскольку для ус-
тановления каждого соединения требуется одно и то же фиксиро-
ванное время. Напротив, линии связи занимаются на случайное
время, которое определяется продолжительностью разговора двух
абонентов.
Распределение случайных длительностей занятия для систем те-
лефонной связи хорошо описывается показательным законом:
Д/< 7) = 1—е-77т,
где Д t < Т) — вероятность того, что длительность занятия не превысит время 7]
т — средняя длительность занятия (математическое ожидание длительно-
сти занятия).
272
Целью большинства расчетов, выполняемых средствами теории
телетрафика, является определение величин, не имеющих размер-
ности: значений вероятностей, количества обслуживающих уст-
ройств. Поэтому для упрощения расчетных формул средняя длитель-
ность занятия часто принимается за единицу измерения времени.
В теории телетрафика используется также понятие потока осво-
бождений или потока вызовов, покидающих систему распределения
информации после окончания обслуживания. Параметр этого пото-
ка равен
% = (6.2)
т
где / — число вызовов, находящихся на обслуживании, или число занятых об-
служивающих устройств.
Нагрузка. В теории телетрафика обслуживание вызова понимает-
ся как предоставление обслуживающего устройства в распоряжение
источника этого вызова на определенное время. Поэтому работу,
выполненную системой распределения информации, можно харак-
теризовать суммой длительностей занятия обслуживающих уст-
ройств. Соответствующая характеристика получила название «теле-
фонная нагрузка», или просто «нагрузка», так как речь может ид ти
не только о системах телефонной связи. В последние годы для обо-
значения нагрузки также часто используют термин «график» (от англ,
traffic).
Если в течение некоторого периода времени Тпоступило С вызо-
вов, причем длительность занятия при обслуживании г-го вызова
(/= 1, 2,..., С) равнялась tit то нагрузка Уза этот период составляет:
nn=Z',-
1=1
Если известна средняя длительность занятия т, то нагрузку мож-
но определить как произведение средней длительности занятия на
число поступивших вызовов:
}{7) = Ст.
Различают поступающую, обслуженную и потерянную нагрузку.
Поступающая нагрузка характеризует потребность абонентов в ус-
лугах связи; это нацэузка, которая была бы обслужена, если бы не
было потерь вызовов. В связи с тем что некоторые вызовы встречают
273
отказы, обслуженная нагрузка меньше поступающей на величину
потерянной нагрузки. Если потерянные вызовы имеют реальный
смысл (их число может быть измерено), то понятие потерянной на-
грузки является условным, так как длительности занятия для вызо-
вов, встретивших отказы, измерить невозможно. Обычно длитель-
ность занятия для потерянного вызова принимается (условно) рав-
ной средней длительности занятия для обслуженных вызовов.
Нагрузка, поскольку она представляет собой сумму длительнос-
тей занятия, измеряется в часо-занятиях. Ее можно измерить в тече-
ние одного или двух часов, в течение суток или месяца. По этой при-
чине, оперируя величиной нагрузки, следует всегда иметь в виду пе-
риод времени, в течение которого она измерялась. Так, например,
одно устройство способно обслужить нагрузку не более 1 часо-заня-
тия в течение одного часа.
Для того чтобы величину нагрузки было удобнее сопоставлять с
числом обслуживающих устройств, введено понятие интенсивнос-
ти нагрузки. Интенсивность нагрузки — это нагрузка за единицу вре-
мени. Введена специальная единица измерения интенсивности на-
грузки — Эрланг (Эрл), равная 1 часо-занятию за 1 час. Если извес-
тна интенсивность потока вызовов ц и средняя длительность заня-
тия т, то интенсивность поступающей нагрузки составит:
У= цт.
При выборе средней длительности занятия в качестве единицы
измерения времени, интенсивность нагрузки Кчисленно равна ин-
тенсивности потока вызовов ц, а если поток ординарный, то она так-
же равна величине параметра X.
Интенсивность телефонной нагрузки зависит от категории або-
нентов и, как правило, изменяется в широких пределах по часам
суток, дням недели и сезонам года. Максимальные значения ин-
тенсивности нагрузки наблюдаются обычно по будням: наиболь-
шее число вызовов от служебных телефонных аппаратов поступает
в утренние или дневные часы, а от квартирных — в вечернее время.
Сезонные колебания величины нагрузки на сети телефонной свя-
зи железнодорожного транспорта связаны, в частности, с увеличе-
нием пассажиропотока в летние месяцы. На рис. 6.5 представлен
пример распределения телефонной нагрузки в течение одних суток.
Нагрузка, создаваемая одной и той же группой абонентов в разные
274
дни, может быть распределе-
на неодинаково, но законо-
мерности возрастания и убы-
вания ее интенсивности в оп-
ределенные часы обычно со-
храняются.
Качество обслуживания
абонентов в любое время суток
не должно опускаться ниже
допустимого предела, поэтому
число обслуживающих уст-
ройств рассчитывается на ос-
нове наибольших значений
интенсивности нагрузки. Час,
Рис. 6.5. Пример распределения нагрузки
в течение суток
в течение которого телефонная нагрузка максимальна, называется
часом наибольшей нагрузки (ЧНН). В примере, представленном на
рис. 6.5, ЧНН расположен между 9 и 10 часами утра. Отношение на-
грузки в ЧНН Kjj-fH к значению нагрузки Yc, поступающей от той же
группы абонентов в течение суток, называется коэффициентом кон-
центрации нагрузки:
к- ^чнн/^с-
Коэффициент концентрации нагрузки характеризует неравномер-
ность ее распределения по часам суток. Теоретически он может при-
нимать значения в интервале от 1/24 в том случае, когда интенсив-
ность постоянна и нагрузка распределена абсолютно равномерно,
до 1, когда вся суточная нагрузка поступает в течение ЧНН. В боль-
шинстве случаев коэффициент ^находится в пределах от 0,07 до 0,2.
Очевидно, что средства связи используются более эффективно в том
случае, когда нагрузка распределяется более равномерно. Для ее вы-
равнивания предпринимается ряд мер. Во-первых, абоненты объе-
диняются в большие группы, так чтобы создаваемые ими вызовы об-
разовывали общие потоки: чем больше источников вызовов, тем
меньше колебания интенсивности потока относительно среднего
значения. Во-вторых, в одну группу включаются абоненты различ-
ных категорий, создающие наибольшую нагрузку в различные часы
суток. На рис. 6.6 показаны распределения нагрузок, создаваемых
двумя группами абонентов (кривые 1 и 2), а также распределение
275
Рис. 6.6. Распределение нагрузок, соз-
даваемых двумя группами абонентов
суммарной нагрузки, которую
создадут эти абоненты при сли-
янии двух трупп в одну (кри-
вая 3). Суточные натрузки и
нагрузки ЧНН для первой, вто-
рой и объединенной групп обо-
значены соответственно YCi,
YC2’ *СЗи *ЧНН1’ ^ЧНН2’ ^чннз-
Данный пример показывает,
что положительный эффект,
полученный в результате объе-
динения абонентов различных
категорий, выражается прежде
всего в том, что нагрузка ЧНН
для объединенной труппы оказывается меньше суммы нагрузок ЧНН
отдельных групп:
^чннз< ^ЧНН1 + ^чннз-
Поскольку суточные нагрузки при слиянии суммируются: YCi =
= YCi + YC2, то величина коэффициента концентрации нагрузки
^3 = ^чннз/ ^СЗ будет меньше по крайней мере наибольшего из зна-
чений коэффициентов = Kjhhi / ^ci и ^2= У4НН2/ ^С2> т-е- СУМ-
марная нагрузка распределится более равномерно.
Еще один метод выравнивания нагрузки заключается во введении
льготных тарифов. В периоды когда нагрузка мала, устанавливают
более низкую цену пользования услугами связи. Это приводит к пере-
распределению вызовов: абоненты откладывают передачу менее сроч-
ных сообщений на время действия льготного тарифа. Данный способ
нельзя рекомендовать д ля повсеместного применения, так как он при-
водит к задержке сообщений и создает неудобства для абонентов. Вве-
дение льготных тарифов требует определенных затрат и оправданно
в тех случаях, когда требуется добиться высокого использования доро-
гостоящего оборудования, например междугородных каналов связи.
Периоды низкой интенсивности нагрузки, когда значительное
число обслуживающих устройств простаивает, используются для тех-
нического обслуживания аппаратуры, так как блокировка части ус-
тройств в такое время не приводит к заметному для абонентов сни-
жению качества связи.
276
Нафузка телефонной сети с коммутацией каналов, если иметь в
виду голосовое общение абонентов, не имеет свойства резко изме-
нять свой характер. Факторами, влияющими на эту часть нагрузки,
являются увеличение телефонной плотности (отношения числа або-
нентских устройств к численности населения) и смена тарифных пла-
нов. Рост количества телефонных аппаратов на душу населения при-
водит к снижению удельной телефонной нагрузки на абонентскую
линию. Выгодные тарифы наоборот способствуют увеличению ко-
личества и продолжительности разговоров. Более серьезные изме-
нения характера нагрузки произошли в связи с началом использова-
ния коммутируемой телефонной сети для доступа к сети Internet.
Низкая стоимость услуги доступа в вечерние и ночные часы привела
к росту количества вызовов в этот период времени. Кроме того, из-
менения коснулись также и величины средней длительности заня-
тия. На рис. 6.7 представлены результаты измерений, выполненных
на городской телефонной сети в одной из европейских стран. Мож-
но видеть, что средняя длительность соединения с сетью Internet в
2—3 раза превышает среднюю продолжительность разговора.
Рис. 6.7. Распределение средней длительности занятия в течение суток
277
Нагрузка в пакетных сетях передачи данных имеет существенные
отличия от нагрузки сетей с коммутацией каналов. Во-первых, если
абоненту телефонной сети соединение предоставляется на все вре-
мя от занятия до отбоя независимо от того, происходит в течение
этого времени разговор или нет, то сеанс передачи данных обычно
состоит в передаче последовательности пакетов, возможно переме-
жающихся паузами, причем каждый из них представляет собой за-
явку на обслуживание, поскольку обрабатывается оборудованием
коммутационного узла отдельно от других. Пакеты, относящиеся
к одному сеансу, нельзя уподобить вызовам, которые совершает один
и тот же абонент, поскольку они переносят данные, между которы-
ми существует более жесткая логическая связь, чем между разгово-
рами абонента. Во-вторых, характер нагрузки пакетных сетей меня-
ется в большей степени не по воле пользователя, а в результате про-
цессов, происходящих в самих информационных технологиях. Рост
производительности компьютеров и пропускной способности сете-
вого оборудования влечет разработку приложений, требующих пе-
редачи больших объемов данных. Пакетные сети все шире исполь-
зуются для обмена аудио- и видеоинформацией. Все это приво-
дит к изменению как количественных, так и качественных характе-
ристик нагрузки пакетных сетей.
Измерения, проводившиеся в сетях с пакетной коммутацией,
позволили выявить ряд закономерностей. Было обнаружено, что ха-
рактер нагрузки, обслуживаемой пакетной сетью, чаще всего не со-
ответствует традиционной модели с простейшим потоком вызовов.
Она обладает существенно большей неравномерностью по сравне-
нию с нагрузкой телефонной сети. Интересным свойством пакет-
ной нагрузки является сходство ее статистических характеристик при
измерении в разных масштабах времени. Это свойство, встречаю-
щееся в различных природных явлениях, получило название само-
подобия (Self Similarity). Самоподобный характер имеет, в частности,
нагрузка транспортного уровня сети Internet.
Для практических расчетов систем распределения информации
необход имы достоверные данные о нагрузке. Эти данные могут быть
получены путем измерений на действующей сети. Удобнее всего про-
водить измерения на коммутационных узлах. В АТС с программным
управлением обычно имеются средства для наблюдения за нагруз-
кой — программы учета телетрафика. Соответствующие программы
278
имеются также в маршрутизаторах пакетных сетей. Довольно сложно
измерить нагрузку в локальной сети, так как простой коммутатор LAN
чаще всего не имеет даже интерфейса, который позволил бы контро-
лировать происходящие в нем процессы. Здесь учет отправленных и
принятых пакетов может быть организован только на персональных
компьютерах пользователей, что, как правило, неудобно.
Как уже было сказано выше, распределение нагрузки в различ-
ные дни может быть разным. Следовательно, для получения досто-
верных данных требуется проводить измерения в течение достаточ-
но длительного периода времени. Основой для расчета числа обслу-
живающих устройств является среднее значение нагрузки в ЧНН для
тридцати наиболее нагруженных дней в году. Поэтому измерения
необходимо организовать в наиболее нагруженные месяцы года, дни
недели и часы суток.
Дисциплины обслуживания вызовов. Дисциплина обслуживания
прежде всего определяет реакцию системы распределения инфор-
мации на вызов, поступающий в момент, когда его обслуживание
невозможно из-за занятости обслуживающих устройств.
Как уже было сказано выше, сеть телефонной связи проектируют
таким образом, что не все вызовы в ней обслуживаются немедленно.
Если вызов поступает в тот момент, когда устройства, необходимые
для установления соединения, заняты, то реакция системы распре-
деления информации зависит от принятой в ней дисциплины об-
служивания. Различают системы с потерями, с ожиданием и комби-
нированные.
В системе с потерями при занятости обслуживающих устройств
абонент получает отказ (слышит сигнал занятости) и вынужден пре-
кратить вызов (дать отбой).
Система обслуживания называется системой с ожиданием, если
абонент получает возможность дождаться освобождения обслужива-
ющего устройства, после чего для него будет установлено соединение.
Комбинированная система обслуживания предусматривает ожида-
ние или отказ в зависимости от тех или иных условий. Например, в
системе с ограниченным числом мест ожидания, абонент получит
отказ, если все места, предусмотренные в системе для ожидающих
вызовов, уже заняты. В системе с ограниченным временем ожида-
ния вызов теряется, если он не был обслужен в течение определен-
ного времени.
279
Для системы с ожиданием и комбинированной системы дисцип-
лина обслуживания определяет также порядок выбора из очереди,
т.е. порядок обслуживания ожидающих вызовов. Чаще всего вызовы
обслуживаются либо в порядке поступления (дисциплина FIFO —
«первым поступил — первым обслужен»), либо в случайном порядке.
Наряду с потерями или ожиданием дисциплина обслуживания
определяет также наличие или отсутствие приоритетов. Дисципли-
ной обслуживания с приоритетами называется такая, при которой
поступающие вызовы делятся на категории, и вызовы более высо-
кой категории при обслуживании имеют какие-либо преимущества
(приоритеты). Системы с приоритетами часто встречаются в сетях
оперативно-технологической связи.
Пучки линий и каналов, коммутационные поля АТС сети с ком-
мутацией каналов в большинстве случаев представляют собой сис-
темы с потерями. Ожидание в них предусматривается лишь при за-
казе абонентами некоторых дополнительных видов обслуживания и
при установлении соединений со справочными службами. Приме-
рами систем с ожиданием и комбинированных систем являются
прежде всего ручные междугородные телефонные станции и управ-
ляющие устройства АТС. Так, в станциях с программным управле-
нием информация о поступающих вызовах сохраняется в запомина-
ющих устройствах, и поскольку емкость запоминающих устройств
ограничена, ограничено и число мест в очереди вызовов, ожидаю-
щих обслуживания.
Функционирование систем с разными дисциплинами обслужива-
ния характеризуется различными показателями. В системе с потеря-
ми основным показателем качества обслуживания является вероят-
ность потерь по вызовам р, равная математическому ожид анию отно-
шения числа потерянных вызовов Сп к общему числу поступивших С
р=М
Иногда рассчитывают также вероятности потерь по нагрузке и по
времени:
Рц=м у- >Pt = M -у ’
(63)
280
где:
— математическое ожидание отношения потерянной нагрузки Уп к
поступающей нагрузке Y,
М -~
— математическое ожидание отношения суммы длительностей Т3, в
течение которых наблюдалась занятость всех обслуживающих устройств, к об-
щему времени наблюдения за системой Т.
Вероятностьхарактеризует долю информации, которую не
удалось передать по причине отказов, а вероятность pt — долю вре-
мени, в течение которого все поступающие вызовы теряются. Если
абонент совершает повторные попытки установления соединения,
то число потерянных вызовов превышает число потерянных сооб-
щений, поэтому для модели с повторными вызовами р > Нетруд-
но заметить также, что наименьшее значение интенсивности при-
митивного потока наблюдается именно в периоды занятости всех
обслуживающих устройств (Г3), следовательно, в случае примитив-
ного потока вызовов р< pt. В наиболее часто используемой модели
простейшего потока абонент после потери вызова отказывается от
дальнейших попыток, т.е. число потерянных вызовов равно числу
потерянных сообщений. Кроме того, параметр простейшего пото-
ка одинаков в любое время. Из сказанного следует, что все три по-
казателя в модели с простейшим потоком равны между собой:
P=Pt=PH-
Для систем с ожиданием показателями качества обслуживания
являются функция распределения длительностей ожидания и сред-
нее время ожидания. Распределение длительностей ожидания харак-
теризуется вероятностями Литого, что поступивший вызов будет об-
служен после некоторого времени ожидания А., превышающего за-
данное значение t. Функция распределения длительностей ожида-
ния дает исчерпывающую информацию о качестве обслуживания,
однако в инженерных расчетах удобнее использовать какие-либо
дискретные характеристики. Такими характеристиками для систем
с ожиданием являются вероятность ожидания и средняя длитель-
ность ожидания. Вероятность ожидания Р>0 представляет собой зна-
чение функции P>t при t= 0. Это вероятность задержки обслужива-
ния вызова на какое-либо время t> 0. Средняя длительность ожида-
281
ния характеризует время, на которое задерживается обслуживание
вызовов. Различают среднюю длительность ожидания для всех по-
ступивших вызовов у и только для тех вызовов, обслуживание кото-
рых было задержано, уож.
Качество обслуживания абонентов в комбинированных системах
оценивается показателями, свойственными как системам с потеря-
ми, так и системам с ожиданием: вероятностями потерь, вероятнос-
тями ожидания и средними длительностями занятия.
Расчет количества оборудования сетей связи производится на
оснований значений качественных показателей, приведенных в нор-
мативных документах. Эти значения выбраны с таким расчетом, что-
бы обеспечить компромисс между неудобствами, доставляемыми
абонентам возникающими потерями и задержками, и стоимостью
аппаратуры, возрастающей с повышением качества обслуживания.
В табл. 6.1 приведены допустимые значения вероятности потерь по
вызовам, которые используются при проектировании автоматичес-
ких телефонных станций ТФОП. При соблюдении данных норма-
тивных значений абоненты практически не ощущают дискомфорта
из-за недостатка обслуживающих устройств, поскольку значитель-
но большее количество вызовов теряется по другим причинам. Так,
например, потери из-за занятости или неответа вызываемого або-
нента могут достигать соответственно 20 и 15 % от общего числа по-
ступающих вызовов.
Таблица 6.1
Виды соединений Вероятность потерь вЧНН
На местной сети 0,020
Исходящие к АМТС 0,020
При связи с УПАТС 0,025
Исходящие к экстренным службам (вызов пожар- ной охраны, медицинской скорой помощи и др.) 0,001
Пучки линий. Если говорить о приложении теории телетрафика
к анализу систем телефонной связи, то под схемой системы распре-
деления информации следует понимать прежде всего вид пучка, об-
разованного включением линий в коммутационное поле телефон-
ной станции. Пучок состоит из линий, выполняющих одинаковые
функции. Например, отдельный пучок образуют соединительные ли-
нии одного направления связи.
282
Тип пучка определяется в первую очередь структурой коммута-
ционного поля. Входы поля связаны с источниками нагрузки; в вы-
ходы включаются линии рассматриваемых пучков. Имеет значение
как число входов и выходов используемых коммутационных прибо-
ров, так и количество звеньев коммутации, а также схемы включе-
ния входящих, исходящих и промежуточных линий. Различают пол-
нодоступные и неполнодоступные, блокируемые и неблокируемые
пучки линий.
Пучок называется полнодоступным, если каждому источнику на-
грузки доступны все Рлиний этого пучка, т.е. вызов, поступивший
от любого источника, может быть обслужен любой из Илиний при
условии свободности самой линии и соединительного пути в ком-
мутационном поле. Полнодоступными являются пучки, которые
образуются как в однозвенных, так и в многозвенных коммута-
ционных полях цифровых, а также некоторых аналоговых АТС.
В частности, пучки исходящих соединительных линий, включае-
мых в АТСКЭ «Квант», являются полнодоступными. Поскольку каж-
дый БАЛ этой станции связан промежуточными линиями со всеми
имеющимися БСЛ, то можно установить соединение между любой
абонентской и любой соединительной линией.
Неполнодоступные пучки также могут встречаться в однозвенных
и многозвенных коммутационных полях. В случае неполнодоступ-
ного пучка источники нагрузки разделены на несколько подгрупп.
Абонентам каждой подгруппы доступны только D линий из общего
числа линий V(D< И). Если при поступлении вызова все D линий,
доступных данному источнику, оказываются занятыми, то незави-
симо от состояния остальных V D линий пучка, этот вызов не об-
служивается. Неполнодоступные пучки характерны для декадно-
шаговых и координатных АТС, в которых величина доступности D
определяется конструктивными особенностями искателей и соеди-
нителей.
В однозвенных коммутационных полях образуются исключитель-
но неблокируемые пучки. В неблокируемом пучке необходимым и
достаточным условием немедленного обслуживания вызова являет-
ся свободность хотя бы одной линии из общего числа линий V, если
этот пучок полнодоступный, или из числа доступных линий D, если
он неполнодоступный. Блокируемые пучки образуются только в ком-
мутационных полях с числом звеньев два и более. Они также быва-
283
ют полнодоступными или неполнодоступными. Потери вызовов в
них связаны не только с занятостью линий самих пучков, но и с внут-
ренними блокировками. Состояние внутренней блокировки возни-
кает тогда, когда установление соединения с линией пучка, вклю-
ченной в выход коммутационного поля, оказывается невозможным
из-за занятости промежуточных линий, связывающих звенья ком-
мутации. На рис. 6.8 приведена схема двухзвенного коммутацион-
ного поля, построенного из четырех соединителей 2 х 2. В выходы
включены линии двух направлений связи (Н1 и Н2), образующие
два полнодоступных блокируемых пучка. Предположим, что в неко-
торый момент времени в этом поле установлено два соединения (по-
казаны штриховыми линиями на рисунке). При этом установить со-
единение от входа 2 в направлении Н2 будет невозможно из-за внут-
ренней блокировки: путь от этого входа к единственной свободной
линии направления Н1 проходит через первую промежуточную ли-
нию, которая занята.
Рис. 6.8. Двухзвенное коммутационное поле
284
Многозвенные коммутационные поля требуют применения бо-
лее сложных управляющих устройств, но в то же время при прочих
равных условиях содержат значительно меньше коммутационных
элементов по сравнению с однозвенными. Поэтому многозвенные
структуры характерны для тех АТС, в которых используются дорого-
стоящие искатели и соединители, прежде всего для АТС квазиэлек-
тронной системы. В таких станциях образуются блокируемые пучки
линий. Низкая стоимость TDM-коммутаторов позволяет строить
цифровые АТС так, что даже при использовании многозвенной схе-
мы коммутационного поля вероятность блокировки оказывается
очень малой и пучок можно считать неблокируемым.
Система обозначений математических моделей. В справочной и
научной литературе для компактного описания элементов матема-
тической модели применяют систему условных обозначений. Эти
обозначения были введены Д. Кендаллом и позднее несколько ви-
доизменены другими исследователями.
. ?. Математическую модель обозначают последовательностью сим-
—Первый символ обозначает вид потока вызовов и может при-
Н|Ш№вдадующие значения:
>4/ -г' простейший поток;
D — детерминированный поток;
G — поток вызовов имеет случайный характер, но отличается от
простейшего.
Для примитивного потока, потока с повторными вызовами и мно-
гих других используется один и тот же символ G, поэтому часто ус-
ловные обозначения дополняются словесными описаниями. Второй
символ указывает функцию распределения длительности обслужи-
вания:
М — показательное распределение;
D — длительности обслуживания постоянны;
G — длительности обслуживания имеют случайный характер рас-
пределения, отличный от экспоненциального.
Третий символ соответствует количеству обслуживающих уст-
ройств. Чаще всего встречаются следующие обозначения:
V — для произвольного числа линий;
1 — для пучка из одной линии.
Последующие позиции предназначены для указания дисципли-
ны обслуживания:
285
L — система с потерями;
W — система с ожиданием;
LW— комбинированная система.
Для комбинированных систем в конце последовательности мо-
жет быть указано число мест ожидания. Иногда в условное обозна-
чение модели вводят вид пучка линий, порядок выбора из очереди и
другие характеристики системы.
Описанная система обозначений иллюстрируется следующими
примерами:
• М/М/ V/L — простейший поток вызовов, экспоненциальное рас-
пределение длительностей обслуживания, пучок содержит про-
извольное число линий, система обслуживания с потерями;
• GID/XILW/b — поток, отличающийся от простейшего, (может
быть, например, примитивный), постоянная длительность обслужи-
вания, однолинейный пучок, комбинированная система, количество
мест ожидания в очереди — 5.
6.3. Методы теории телетрафика
Аналитические методы. Процесс обслуживания вызовов можно
рассматривать как последовательность переходов системы распреде-
ления информации из состояния в состояние. Переходы совершают-
ся при поступлении вызовов и в моменты освобождения обслужива-
ющих устройств, когда вызовы покид ают систему. Набор параметров,
характеризующих состояния, определяется принятой математической
моделью. Например, для полнодоступного неблокируемого пучка, на
который поступает поток с повторными вызовами, такими парамет-
рами являются число занятых обслуживающих устройств и количе-
ство источников повторных вызовов.
Аналитические методы предусматривают составление уравнений,
описывающих процессы переходов, и охватывают все возможные
состояния рассматриваемых систем распределения информации.
Главным фактором, ограничивающим возможности этих методов, яв-
ляется число состояний. Если число состояний невелико, то удается
по крайней мере найти численные значения вероятностных харак-
теристик путем решения систем уравнений на компьютере. Для про-
стых математических моделей с помощью аналитических методов
были получены удобные формулы, позволяющие рассчитывать по-
казатели качества обслуживания.
286
X XX
Рис. 6.9. Диаграмма переходов для модели M/M/V/L
Продемонстрируем способ составления уравнений, описывающих
переходы, на примере наиболее распространенной модели полнодоступ-
ного неблокируемого пучкалиний. Рассмотрим систему M/M/V/L. Про-
цесс обслуживания вызовов в этом случае можно пояснить с помо-
щью диаграммы, приведенной на рис. 6.9. Число занятых линий пуч-
ка i — единственный параметр состояния рассматриваемой системы.
Всего насчитывается К+1 состояний (7=0,1,2,..., V). Переходы про-
исходят при наступлении событий двух видов: при поступлении вызо-
ва, когда занимается одна из свободных линий пучка, и при окончании
обслуживания вызова, когда одна из занятых линий освобождается.
Иными словами, если система находится в состоянии (z), то при усло-
вии, что z < V, поступающий вызов переводит ее в состояние (z + 1),
а вызов, покидающий систему после окончания обслуживания, —
в состояние (z — 1). Следует обратить внимание на то, что в силу орди-
нарности потоков одновременное занятие или освобождение двух и
более линий пучка невозможно, т.е. в один момент времени система
может перейти только в одно из двух соседних состояний.
На диаграмме переходов (см. рис. 6.9) указаны также параметры
потоков событий в предположении, что за единицу измерения вре-
мени принята средняя длительность занятия (т = 1). Параметр по-
ступающего потока вызовов одинаков и равен X во всех состояниях,
так как этот поток является простейшим. Параметр потока освобож-
дений зависит от количества вызовов, находящихся на обслужива-
нии, т.е. от числа занятых линий. Как следует из (6.2), при т = 1 пара-
метр потока освобождений численно равен /.
Обозначим через p(i) вероятность пребывания системы в состоя-
нии (z). Эта вероятность может быть определена как математическое
ожидание отношения времени 7), в течение которого в пучке были
заняты / линий, к времени Т, в течение которого производились на-
блюдения за линиями пучка:
p(z) = M[7j./7]. (6.4)
287
За время наблюдения /система может многократно изменять свое
состояние, поэтому 7] представляет собой сумму длительностей не-
скольких отрезков времени. На рис. 6.10 приведена диаграмма пере-
ходов и временная диаграмма, поясняющая процесс обслуживания
вызовов в полнодоступном пучке из V= 2 линий. В этом примере:
Го=+ /7; 1\ +t2 + + % + t8; Т2= + /5.
В дальнейшем будем полагать, что продолжительность наблюде-
ния Т- 1. Тогда вероятность р(0 будет численно равна среднему вре-
мени пребывания системы в состоянии (/):
На основании (6.1) можно определить среднее число вызовов,
поступающих в систему в то время, когда в ней заняты /линий. Оно
равно произведению интенсивности потока на длительность интер-
вала времени:
Так как поступивший вызов занимает свободную линию, то най-
денное среднее число вызовов равно среднему числу переходов
системы из состояния (/) в состояние (/ + 1) в единицу времени.
• — момент поступления вызова
О — момент освобождения линии
Рис. 6.10. Обслуживание вызовов полнодоступным пучком из двух линий
288
Используя аналогичные рассуждения можно найти также среднее
число переходов из (z) в (/— 1). Выше было показано, что в рассмат-
риваемой модели параметр потока освобождений численно равен
числу занятых линий z. В таком случае среднее число освобожде-
ний обслуживающих устройств, равное среднему числу переходов
из состояния (z) в состояние (z— 1), составит:
zJW[7}] = zp(z).
Общее число переходов в единицу времени из состояния z в дру-
гие состояния будет равно:
(X+z)=p(z).
Система должна выходить из каждого состояния в среднем
столько же раз, сколько раз она входит в это состояние. Исходя из
сказанного можно составить следующее уравнение:
(X + z)p(z) = Xp(z— 1) + (z'+ l)p(z+ 1)* (6.5)
Сумма в правой части представляет собой среднее число переходов
всостояние (z) из состояний (z‘— 1) и (z‘ + 1) соответственно. При выво-
де уравнения (6.5) предполагалось, что вероятности p(z) не зависят от
времени. Это справедливо, если система распределения информации
работает в установившемся режиме, когда поток вызовов уже воздей-
ствовал на нее в течение продолжительного времени до момента нача-
ла наблюдения. Практический интерес представляет именно такой ре-
жим, поскольку в реальных условиях телефонная нагрузка, как прави-
ло, не под вержена резким изменениям. Если же рассматривать процесс
обслуживания вызовов с того момента, когда на свободный пучок только
начинают поступать первые вызовы, то процесс изменения вероятнос-
тей состояний будет подобен переходным процессам в электрических
цепях. На рис. 6.11 приведены графики, отражающие процесс измене-
ния вероятностей p(i) для пучка из двух линий при поступлении про-
стейшего потока с параметром X = 1. Так как в момент /= 0 все линии
пучка свободны, тор(0) = 1. В дальнейшем, по мере поступления вызо-
вов, значения вероятностей претерпевают изменения так, что уже при
t= 3 можно считать процесс установившимся.
Уравнение (6.5) описывает состояние, в котором вероятностные
характеристики процесса не зависят от времени. Такое состояние
А.К. Эрланг назвал состоянием статистического равновесия, а соот-
ветствующие уравнения принято называть уравнениями статисти-
19-3936
289
Рис. 6.11. Поведение вероятностей />,(/) с момента начала обслуживания
ческого равновесия. Полная система уравнений, описывающая ма-
тематическую модель M/M/V/L в случае полнодоступного неблоки-
руемого пучка, имеет вид:
кр(0)=р(1);
(X+1)XD=XXO) +2X2);
(X+2)X2) = XXD +3X3);
(х + 0X0=х(/-1) + (Z + i)Xz +1); (6.6)
(х+ v- 1)X v-1)=XX V- 2) + Vp( Ю;
РХЮ=ХХИ-2).
Количество элементов в первом и последнем уравнениях меньше,
чем в остальных, поскольку из состояния (0) возможен переход толь-
ко в состояние (1), а из состояния ( F) — только в состояние (V— 1).
Для системы уравнений статистического равновесия (6.6) можно
получить достаточно простое аналитическое решение. Для этого
подставим значение XI), полученное из первого уравнения, во вто-
рое уравнение системы. После преобразований получим:
х2
рр)~₽(о);
Теперь, подставляя в каждое последующее уравнение значения
Х0, выраженные черезХ0), найдем соответствующие выражения для
всех остальных вероятностей:
290
X2
р(з)—р(о);
р(4)=2^р(0);
р(0 = 77г(0); (б?)
хк
/>(П=~Хо).
Так как сумма всех вероятностей, образующих полную группу
событий, равна единице, то
V У Р
Z₽(0=ZyAo)=i.
i=0 /=0 l-
Из этого равенства найдем р(0):
7’(0)=-Лт- <68>
S^T
Теперь, подставляя (6.8) в (6.7), получим:
X1'
ИО'тЛг- <6-9)
к=0 К-
Распределение вероятностей, определяемое выражением (6.9),
называется усеченным распределением Пуассона, или распределе-
нием Эрланга.
Среди всех вероятностей состояний р( О наиболее важное значе-
ние имеет вероятность занятости всех линий пучка р( V). Из сопо-
ставления определений вероятности потерь по времени (6.3) и веро-
ятности состояния (6.4) следует, что
Pt=P( V)-
291
Поскольку все три вероятности потерь р, pt и pt в случае простей-
шего потока вызовов одинаковы, то на основании (6.9) можно запи-
сать формулу для определения вероятности потерь:
р=ХП=тит- (61°)
Эта формула называется первой формулой Эрланга. Она часто
встречается в задачах теории телетрафика. Как было показано выше,
среднюю длительность занятия удобно принять равной единице.
Тогда параметр простейшего потока X численно равен поступающей
нагрузке Уи формула примет вид:
г=-рИ-. (6.11)
/=0
Для обозначения первой формулы Эрланга часто используется
условная запись:
К сожалению, аналитические методы довольно редко дают простой
результат, подобный первой формуле Эрланга. Среди распространен-
ных систем распределения информации многие характеризуются
большим числом состояний, и даже составление систем уравнений,
описывающих их функционирование, часто оказывается практичес-
ки невозможным. К таким системам относятся, в частности, много-
звенные коммутационные поля. При их анализе необход имо учиты-
вать все возможные сочетания занятых и свободных линий пучка и
промежуточных линий, так что уже для схемы с тремя звеньями коли-
чество состояний может составлять десятки и сотни тысяч.
Приближенные методы. Приближенные, или априорные методы
(от лат. a priori — независимо от опыта) разрабатываются с целью
обеспечения инженерных расчетов в тех случаях, когда аналитичес-
кое решение не найдено или оно требует сложных вычислений. Они
основываются на предположениях относительно характера воздей-
292
ствия потока вызовов на систему распределения информации. Пред-
положения позволяют значительно упростить математическую мо-
дель, хотя естественно, вносят погрешность в расчет. Иногда в фор-
мулы, полученные с помощью упрощенных математических моделей,
для повышения точности вводят эмпирические коэффициенты. Преж-
де чем приближенный метод может быть рекомендован для практичес-
кого применения, его достоверность проверяется путем сравнения рас-
четных значений параметров качества обслуживания с результатами
измерений на реальных сетях связи или с результатами статистическо-
го моделирования, выполняемого на компьютере. Примером такого
метода является метод вероятностных графов, рассмотренный ниже.
Статистическое моделирование. Метод статистического модели-
рования, называемый также методом Монте-Карло и методом ими-
тационного моделирования, реализуется средствами вычислитель-
ной техники и может применяться практически к любым системам
распределения информации. Во многих случаях, когда не удается ис-
пользовать аналитический или создать приближенный метод расче-
та, статистическое моделирование является единственным средством
анализа.
Сущность метода состоит в разработке имитационной модели и
получении с ее помощью оценок вероятностных характеристик сис-
темы распределения информации. Модель, представляющая собой
программу для компьютера, имитирует процесс обслуживания вызо-
вов. Изменения состояния системы отображаются записью данных в
запоминающие устройства вычислительной машины. Такими данны-
ми могут быть: время поступления вызова, количество и номера заня-
тых линий, число занятых мест ожидания и т.п. Для моделирования
случайных процессов (чаще всего случайными величинами являются
интервалы между вызовами и длительности обслуживания) применя-
ются датчики случайных чисел, так же чаще всего программные.
Программа моделирования обеспечивает сбор статистической
информации о числе поступивших, обслуженных и потерянных вы-
зовов, о д лительностях занятия и времени ожидания. На основании
этих данных рассчитываются оценки искомых вероятностей. В час-
тности, поскольку вероятность потерь по вызовам равна математи-
ческому ожиданию отношения числа потерянных вызовов Сп к об-
щему числу поступивших С, то само отношение Сп/ С может служить
оценкой вероятности потерь. Точность результата характеризуется
293
абсолютной или относительной погрешностью при определенной до-
верительной вероятности. Обычно погрешность рассчитывается при
доверительной вероятности, равной 0,95. В этом случае полученная
оценка отличается от искомой вероятности не более, чем на величи-
ну погрешности с вероятностью 0,95. Заданная точность достигает-
ся определенным числом испытаний, т.е. моделированием опреде-
ленного количества вызовов. На рис. 6.12 представлена зависимость
между величиной вероятности р, подлежащей определению путем
моделирования, и числом испытаний Лисп» необходимых для по-
лучения оценки с заданной относительной погрешностью s (при до-
верительной вероятности 0,95). Следует обратить внимание на то, что
величина ЛИС|1 резко увеличивается в области значенийр= 0... 0,1;
т.е. именно при тех значениях, которые характерны для вероятнос-
тей потерь на телефонных сетях. В общем случае статистическое
моделирование требует значительно большего объема вычислений
по сравнению с аналитическими и приближенными методами. По-
этому для реализации модели необходим компьютер, имеющий до-
статочно высокую производительность.
Существенный недостаток метода заключается в его трудоемко-
сти. Для каждой конкретной системы распределения информации
требуется составлять отдельную программу моделирования. Про-
Рис. 6.12. Зависимость числа испытаний от величины вероятности
294
граммы создаются либо с использованием универсальных языков
высокого уровня, либо с помощью специализированных средств,
среди которых можно выделить систему моделирования общего на-
значения GPSS. Тем не менее при существующем уровне развития
вычислительной техники использование метода статистического
моделирования оправдано не только в исследовательских работах,
но и при проектировании коммутационных узлов и сетей связи.
6.4. Инженерные методы расчета систем с потерями
Полнодоступный неблокируемый пучок. Полнодоступный неблоки-
руемый пучок наиболее часто встречается в практических задачах,
поэтому в рамках теории телетрафика для него разработано наиболь-
шее число инженерных методов расчета. Ниже будут рассмотрены
три основные математические модели, которые используют для опи-
сания элементов сетей связи, работающих с потерями вызовов.
Система M/M/V/L. Как было показано в предыдущем разделе, в
случае простейшего потока зависимость между вероятностью потерь,
поступающей нагрузкой и числом линий пучка определяется пер-
вой формулой Эрланга (6.11). В этой формуле число линий пучка V
задано в неявном виде, поэтому при расчете числа обслуживающих
устройств по заданной нагрузке Уприходится подбирать значение V,
для которого вероятность потерь не превышает заданного норматив-
ного значения. Так как непосредственное вычисление величины
У) затруднительно, на практике обычно используют графики, таб-
лицы или прибегают к помощи готовых программ. Одним из спосо-
бов решения задачи является использование Intemet-pecypca по ад-
ресу http://www.erlang.com/calculator/erlb/.
На рис. 6.13 в качестве примера приведены графики зависимости
вероятности потерь от нагрузки при V- 1...10. При составлении таб-
лиц и в некоторых практических расчетах удобно пользоваться рекур-
рентным соотношением, составленным на основе формулы Эрланга:
(6.12)
Система G/M/V/L, примитивный поток вызовов. Для данной мо-
дели, как и для предыдущей, существует аналитическое решение.
Здесь вероятности потерь по вызовам, времени и нагрузке имеют
295
1,00
различные значения. Анализ систем уравнений статистического рав-
новесия дает следующие выражения для расчета этих вероятностей:
Р= !^~1У (6ЛЗ)
i=0
Cyvv
(6-14)
pH=(l-V/MPt, (6.15)
где N— число источников вызовов;
у=ат — нагрузка, поступающая от одного источника, в момент, когда он
свободен;
С#— число сочетаний из Д'по V.
296
Формулы (6.13)—(6.15) называются формулами Энгсета.
Математическая модель примитивного потока вызовов исполь-
зуется при ограниченном числе источников вызовов (когда N< 15 V).
При N-+ оо формулы Энгсета переходят в первую формулу Эрланга.
Сравнивая модели простейшего и примитивного потоков можно за-
метить, что первая формула Эрланга при Y= TV дает большее значе-
ние вероятности потерь в сравнении с формулой (6.13). Данная за-
кономерность иллюстрируется графиком, приведенным на рис. 6.14.
Таким образом, для реальных систем, в которых число источников
вызов ограничено, величина jE’j/I) представляет собой верхнюю
оценку вероятности потерь по вызовам.
Система G/М/ V/L, поток с повторными вызовами. Аналитическое
решение для модели потока, представленной на рис. 6.4, затруднено
тем, что число источников повторных вызовов не ограничено и мо-
жет изменяться от нуля до бесконечности. Однако, как показывают
расчеты, при небольших значениях вероятностей потерь, вероят-
ность пребывания системы в состоянии с у источниками повторных
вызовов быстро убывает с ростом j. Это позволяет заменить исход-
Рис. 6.14. Сравнение вероятностей потерь в системах M/M/V/L и G/M/V/L
(примитивный поток)
297
ную модель упрощенной моделью, в которой при достижении вели-
чиной/некоторого предельного значения/тах, потери первичных
вызовов уже не приводят к образованию новых источников повтор-
ных вызовов, т.е. абоненты отказываются от продолжения попыток
установления соединений. Иначе говоря, величина /оказывается
ограниченной значением Число состояний и, соответственно,
число уравнений статистического равновесия в упрощенной моде-
ли является конечным, что необходимо для получения аналитичес-
кого решения. Максимальное число источников повторных вызо-
вов /тах при составлении системы уравнений выбирается таким,
чтобы вносимая погрешность не превышала определенного допу-
стимого значения. Переход к упрощенной модели тем не менее не
позволяет вывести универсальную формулу, пригодную для практи-
ческих расчетов. Оказывается возможным лишь численное решение
системы уравнений. На практике обычно пользуются таблицами
значений вероятностных характеристик модели с повторными вы-
зовами, составленными ГЛ. Иониным и Я.Я. Седолом на основе раз-
работанного ими алгоритма решения уравнений статистического
равновесия.
Повторные вызовы могут оказывать существенное влияние на ка-
чество обслуживания абонентов в тех случаях, когда велика вероят-
ность потери первичного вызова. Это хорошо видно на графиках, пред-
ставленных на рис. 6.15.
Блокируемые пучки. Модель М/М/ V/L. Аналитический расчет бло-
кируемых пучков обычно весьма сложен, что приводит к необходи-
мости использования приближенных методов. Одним из универсаль-
ных методов, применимым к различным структурам коммутацион-
ных полей, является метод вероятностных графов.
Метод вероятностных графов основан на представлении возмож-
ных соединительных путей между входом коммутационного поля и
линиями пучка, включенными в его выходы, в виде графа. Верши-
ны графа отображают коммутаторы, а дуги, соединяющие эти вер-
шины, — промежуточные линии. На основании полученного графа
составляется функция, определяющая зависимость вероятности по-
терь от вероятностей занятости отдельных дуг. Вероятности занято-
сти дуг графа при этом считаются взаимно независимыми и обычно
принимаются равными удельным обслуженным нагрузкам соответ-
ствующих промежуточных линий.
298
Рис. 6.15. Сравнение вероятностей потерь в системах M/M/V/L и G/M/V/L
(поток с повторными вызовами)
Вид графа зависит от структуры системы коммутации и от режи-
ма искания. На рис. 6.16, а изображено трехзвенное коммутацион-
ное поле и соответствующие ему графы для режимов линейного и
группового искания (рис. 6.16, б и в). Следует обратить внимание на
то, что во втором графе вершина D не соответствует какому-либо
коммутатору. Она введена для объединения дуг, отображающих ли-
нии пучка, включенного в выходы последнего звена. Процесс состав-
ления функции вероятности потерь продемонстрируем на примере
графа для режима линейного искания (см. рис. 6.16, б). Обозначим
вероятности занятости дуг, отображающих промежуточные линии
между звеньями А и В, В и С — соответственно wAB и wBC. Путь от
вершины А к вершине В( оказывается занятым при условии занято-
сти обеих дуг, связывающих эти вершины. Чтобы найти вероятность
такого события, необходимо вычесть из единицы произведение ве-
роятностей свободное™ этих дуг: [1 — (1 — м>АВ)2]. Для того чтобы ока-
зался недоступным весь соединительный путь от вершины А к вер-
шине С через вершину В ], достаточно занятости дуги В j С либо заня-
тости пути от А к Bj. Соответствующая вероятность определяется как
произведение: wBC[l - (1 - wAB)2]. Наконец, учитывая, что всего
299
а. Трехзвенное коммутационное поле
Рис. 6.16. Метод вероятностных графов
насчитывается т соединительных путей, проходящих через верши-
ны можно записать функцию вероятности потерь:
^{b-bc[1-(1-mxb)2]}w.
Рассмотренный граф относится к классу параллельно-последо-
вательных, поэтому функция вероятности потерь для негодовольно
проста. На практике нередко встречаются также непараллельно-по-
следовательные (мостиковые) графы с пересекающимися дугами,
имеющие более сложные функции вероятностей потерь. К классу
непараллельно-последовательных относится граф для режима груп-
пового искания, приведенный на рис. 6.16, в.
Метод вероятностных графов обеспечивает удовлетворительную
точность при расчетах потерь в режиме линейного искания. В слу-
чае группового искания целесообразно применять другие методы,
такие, как метод эффективной доступности, основанный на приве-
дении блокируемого пучка к неполнодоступному неблокируемому.
300
Объектом применения метода вероятностных графов могут быть так-
же сети связи, в которых соединения устанавливаются с использо-
ванием нескольких альтернативных маршрутов.
6.5. Методы расчета систем с ожиданием
и комбинированных систем
> Наиболее широкой областью использования систем с ожидани-
ем являются сети передачи данных. Сам принцип коммутации па-
кетов предполагает наличие в оборудовании буферов, хранящих при-
нятую и подлежащую обработке информацию. В телефонных сетях
с коммутацией каналов аналогичный способ обслуживания заявок
используется прежде всего в устройствах обработки информации
общих каналов сигнализации, где применяется тот же пакетный ре-
жим обмена. Междугородная телефонная сеть, где из-за недостатка
каналов когда-то применялась заказная система обслуживания, уже
практически целиком перешла на автоматический способ установ-
ления соединений с отказами. Участие оператора в предоставлении
услуг телефонной сети и сопутствующее ему образование очередей
на обслуживание сохранилось сейчас в справочных службах и цент-
рах обработки вызовов (Call Center).
Практические задачи, относящиеся к системам обслуживания с
ожиданием, стараются по возможности свести к модели простейшего
потока и экспоненциально распределенной длительности обслужи-
вания, поскольку д ля нее существует аналитическое решение. Изве-
стна формула, определяющая вероятность ожидания:
Yv V
>и r—i у1 уу V
Эта формула получила название второй формулы Эрланга. Она
может быть преобразована к виду, позволяющему упростить расче-
ты путем использования таблиц, составленных по первой формуле
Эрланга:
э VEv(Y)
>0 И-Г[1-Аг(Г)]’
(6.17)
301
Вероятность ожидания свыше заданного времени /для этой мо-
дели определяется выражением:
Р -р e-<V-Y)th
>t >о ’
где т — средняя длительность занятия.
Важными характеристиками рассматриваемой системы являют-
ся также средние длительности ожидания для всех поступивших вы-
зовов у и для ожидающих вызовов Уож. Расчетные формулы для этих
величин выглядят следующим образом:
^ож~ y~Y’ ~ ^>0 И-У ож
Следует обратить внимание, что приведенные выражения, ха-
рактеризующие систему с ожиданием, имеют смысл только при V> Y.
В противном случае, поскольку линия пучка не может обслужить на-
грузку, превышающую 1 Эрланг, а потери вызовов отсутствуют, оче-
редь ожидающих вызовов будет непрерывно расти.
В реальной жизни мы не встречаемся с бесконечными очередя-
ми. Размер буфера для ожидающих заявок всегда ограничен. Тем не
менее обычно стараются сделать его достаточно большим, для того
чтобы вероятность потери заявки из-за отсутствия мест ожидания
оказалась пренебрежимо малой. Размер буфера можно оценить с
помощью еще одного важного параметра системы с ожиданием —
среднего числа ожидающих вызовов L. Для его определения следует
воспользоваться формулой Литтла:
£=Ху.
Необходимо обратить внимание на то, что эта формула не зави-
сит от законов, описывающих поступающий поток и распределение
времени обслуживания.
Практический интерес представляет также модель системы с по-
стоянной длительностью занятия — M/D/V/W. Эта модель может
использоваться для анализа процессов функционирования управля-
ющих устройств узлов коммутации. Время обслуживания заявки
микропроцессором системы управления определяется только быст-
родействием самого процессора и длиной программного кода, т.е.
случайный характер действий абонентов здесь не оказывает влия-
ния на длительность занятия.
302
> М Вероятностные характеристики систем распределения информа-
ции, описываемых моделью М/D/ V/ Ж, могут быть определены на
обнове теории, разработанной Кроммелином (C.D. Crommelin). На
рис. 6.17 приведены так называемые кривые Кроммелина для одно-
линейной системы (модель M/D/X/W). Каждая кривая характеризу-
ет функцию распределения времени ожидания P>t, соответствующую
определенному значению поступающей нагрузки Y. По оси абсцисс
отложено время ожидания t, выраженное в единицах средней дли-
тельности занятия (т = 1).
Среднее время ожидания в системе с постоянной длительностью
занятия вдвое меньше соответствующего времени в системе с экс-
поненциальной длительностью:
^ож ~ ~ ^>0 2(И- У) ~
Наряду с видом потока и распределением длительностей занятия
на качественные показатели оказывает влияние порядок выбора
Рис. 6.17. Кривые Кроммелина для системы M/D/X/W
303
ожидающих вызовов из очереди. Это влияние сказывается на функ-
ции P>t, но не отражается на величине среднего времени ожидания.
Выше были рассмотрены модели систем, в которых вызовы посту-
пают на обслуживание в том же порядке, в котором они ставились в
очередь (FIFO). По сравнению с ними, в системах с случайным по-
рядком выбора из очереди вероятность ожидания P>t оказывается
несколько меньшей в области малых значений tn несколько боль-
шей при больших значениях времени ожидания.
Сделать размер буфера таким, чтобы подавляющему большинству
ожидающих заявок в нем хватало места, удается не всегда. Например,
вызовы, ожидающие обслуживания оператором центра обслужива-
ния вызовов занимают небесконечные ресурсы телефонной сети —
входы и выходы коммутационных полей, соединительные линии и т.п.
В подобных случаях приходится использовать модели комбиниро-
ванных систем обслуживания.
Схема, представленная на рис. 6.18, иллюстрирует процесс обслу-
живания вызовов в модели с комбинированной дисциплиной обслу-
живания M/MIVIWL/r/t^ где потери вызовов возникают как при
занятости всех мест ожидания в буфере, так и по причине истечения
времени ожидания в очереди. Модель функционирует следующим
образом. Простейший поток вызовов с параметром X поступает на V
обслуживающих устройств. В случае, когда все обслуживающие уст-
ройства заняты, совершается попытка занятия места в очереди ожи-
дающих вызовов. Если все г мест в буфере также заняты, вызов теря-
Потерянные вызовы
Рис. 6.18. Система Л//Л//И/£И7г//ехр
304
ется. Потери вызовов происходят и по второй причине — из-за исте-
чения случайно распределенного времени ожидания в очереди. Этот
вид потерь характерен для очередей в столе справок: нетерпеливые
абоненты, не дождавшись ответа телефонистки, дают отбой, отка-
зываясь от обслуживания. Время с момента постановки вызова в
очередь до отказа от обслуживания распределено по экспоненциаль-
ному закону с параметром v. Вероятности потерь вызовов, обуслов-
ленных первой и второй причинами, обозначены соответственно Рг
и Pv. Вызовы, находящиеся в буфере, обслуживаются в порядке по-
ступления (буфер FIFO).
Формула, определяющая полную вероятность потерь Рдля опи-
санной комбинированной системы распределения информации, при-
ведена в работе Г.И. Ивченко, В.А. Каштанова и И.Н. Коваленко:
Здесь, помимо Ии v, присутствуют: Y— интенсивность поступающей нагруз-
ки; т — средняя длительность обслуживания вызова.
На рис. 6.19 изображены графики зависимости вероятностей Р,
Рг и Pv от числа мест ожидания в буфере при V- 30; У= 20,4 Эрл и
vt = 1,7. На графиках хорошо видно, что уже при г= 8 потери из-за
недостатка мест ожидания практически отсутствуют и дальнейшее
увеличение размеров буфера не приводит к повышению качества об-
служивания. Если произведение vt будет принимать большее значе-
ние (абоненты будут более нетерпеливыми), то размер буфера мо-
жет быть еще уменьшен.
305
Рис. 6.19. Зависимость вероятностей потерь от размера буфера
6.6. Пропускная способность линий
Для оценки производительности систем распределения инфор-
мации используется специальная характеристика — пропускная спо-
собность. Под пропускной способностью обслуживающих устройств
понимается интенсивность обслуженной нагрузки при заданном ка-
честве обслуживания. Можно определять пропускную способность
коммутационных полей, пучков и отдельных линий.
Величина пропускной способности служит удобным средством
для сравнения эффективности различных систем телетрафика. При
сравнении пучков различной емкости и различных типов обычно
рассчитывают удельную пропускную способность линии г], называ-
емую также средним использованием линий пучка. Она определя-
ется следующим выражением:
где Yq — нагрузка, обслуженная пучком; в системе с потерями и без повторных
вызовов она равна Yo= Д1 — р);
V— число линий в пучке.
На рис. 6.20 приведены графики зависимости р =/( Ю для систе-
мы M/M/V/L и полнодоступного неблокируемого пучка, построен-
306
Емкость пучка
Рис. 6.20. Зависимость пропускной способности линий от емкости пучка
ные при различных значениях вероятности потерь р. Следует обра-
тить внимание на то, что наилучшее использование линий дости-
гается в пучках большой емкости. Это объясняется уменьшением
коэффициента вариации с ростом интенсивности потока вызовов,
о чем говорилось выше при рассмотрении свойств простейшего по-
тока. Следовательно, для обеспечения высокой пропускной спо-
собности линий необходимо создавать большие полнодоступные
пучки и, соответственно, большие группы источников нагрузки.
Так, например, в АТС, применяемых на железнодорожном транс-
порте, группы источников нагрузки обычно состоят из 50-1-00 або-
нентских линий.
Использование крупных пучков обеспечивает снижение затрат на
линейные сооружения и каналообразующую аппаратуру, поскольку
при высокой удельной пропускной способности заданная нагрузка
может быть обслужена меньшим числом линий. Однако вместе с тем
создание крупных пучков требует большего числа коммутационных
элементов, что приводит к увеличению стоимости АТС. Как пока-
зывают приведенные храфики, среднее использование линий быстро
307
возрастает при увеличении емкости пучка до значений V- 20—30.
Дальнейшее увеличение числа линий в значительно меньшей степе-
ни отражается на удельной пропускной способности, но может по-
влечь существенный рост затрат на коммутационную аппаратуру.
Оптимальная емкость пучка определяется в зависимости от конк-
ретного соотношения стоимостей линий и оборудования АТС.
6.7. Методы теории телетрафика
в проектировании сетей связи
Описанные выше методы позволяют решать задачи расчета от-
дельных звеньев сети — коммутационных узлов и пучков линий. Зна-
чительно более сложные задачи возникают при разработке структуры
сети в целом и определении способа управления потоками вызовов.
Их сложность объясняется несколькими причинами, среди которых
можно выделить следующие. Во-первых, процессы обслуживания
вызовов на различных участках сети взаимосвязаны. Потоки разде-
ляются и сливаются в коммутационных узлах, а избыточная нагруз-
ка одних направлений связи может переадресовываться на другие
направления для установления обходных соединений. Во-вторых,
сети представляют собой системы многофазового обслуживания,
в которых установление соединения может состоять из несколько фаз
(этапов), связанных с различными группами устройств. Например,
при установлении транзитного соединения последовательно зани-
маются линии нескольких пучков, образующие соединительный путь
между абонентами. Общий показатель качества обслуживания в этом
случае складывается из показателей качества всех последовательных
фаз обслуживания вызова.
При проектировании сетей связи широко используется статис-
тическое моделирование, которое позволяет проводить анализ слож-
ных математических моделей. Ограниченный круг задач удается ре-
шать также с помощью аналитических и приближенных методов.
С целью упрощения расчетов здесь применяют два принципа. Пер-
вый принцип состоит в переходе от многофазного к однофазному
по времени процессу обслуживания. Для этого продолжительности
отдельных фаз установления соединения включаются в длительно-
сти занятия соответствующих обслуживающих устройств, а разно-
временность работы этих устройств в процессе установления одного
308
соединения не учитывается. Второй принцип — это принцип деком-
позиции сети. Он заключается в рассмотрении каждого звена сети в
отдельности при сохранении в среднем условий его загрузки. Благо-
даря декомпозиции становится возможным использование методов,
предназначенных для расчета отдельных пучков.
Одним из методов, применяемых для анализа математических
сетей связи, является метод укрупнения состояний. Он заключается
в объединении состояний, оказывающих примерно одинаковое вли-
яние на вероятностные характеристики системы. Например, веро-
ятность внутренней блокировки в многозвенном коммутационном
поле при небольшом числе занятых промежуточных линий бывает
очень малой и почти не отражается на качестве обслуживания вызо-
вов в сети. В таком случае все состояния с количеством занятых про-
межуточных линий, не превышающим некоторого значения к, мо-
гут быть объединены. В математической модели они будут представ-
лены одним укрупненным состоянием, которое характеризуется ве-
роятностью блокировки, усредненной по всем объединяемым
состояниям.
Сети связи с точки зрения теории телетрафика весьма многооб-
разны. Различия прежде всего касаются топологии, т.е. структуры
связей между узлами, а также потоков вызовов и дисциплин обслу-
живания. Разные дисциплины и потоки могут встречаться на отдель-
ных звеньях одной и той же сети.
Реальные системы связи отличаются от математических моделей,
кроме всего прочего, тем, что емкость пучков линий и скорость пе-
редачи в каналах увеличиваются дискретно. Так, например, пучки
цифровых соединительных линий наращиваются каналами Е1, каж-
дый из которых содержит 30 речевых трактов. Скорость же передачи
информации в локальной сети Ethernet может быть выбрана равной
только 10,100 или 1000 Мбит/с. Напомним также, что нагрузка в сети
может существенно изменяться, особенно в результате появления
новых технологий и услуг. Данные факты объясняют то, что в боль-
шинстве случаев расчеты, выполняемые при проектировании, но-
сят оценочный характер, а порой специалистам бывает достаточно
положиться на собственный опыт и интуицию.
Глава?
ПОСТРОЕНИЕ ОБЩЕТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ ОбТС
7.1. Общие принципы построения сети ОбТС
Сеть общетехнологической телефонной связи предназначена для
предоставления услуг телефонной связи абонентам разных подраз-
делений РЖД- Территория предоставления услуг охватывает все же-
лезные дороги.
Эта сеть имеет категорию технологической сети связи, присо-
единенной к сети связи общего пользования. Услуги сети общего
пользования могут предоставляться как абонентам технологической
связи, так и иным абонентам на возмездной основе. Внутри сети
ОбТС могут также образовываться выделенные сети телефонной свя-
зи, предназначенные для оказания возмездных услуг пользователям,
не относящимся к абонентам технологической связи.
Далее рассматриваются вопросы построения сети ОбТС для пре-
доставления услуг технологической связи и взаимодействия с сетью
общего пользования.
На аналоговой и цифро-аналоговой сети ОбТС выделяют уровни
иерархии: магистральный, дорожный, отделенческий и местный.
На магистральном уровне происходит объединение всех желез-
ных дорог. Сеть дорожного уровня охватывает все железнодорожные
станции и узлы одной железной дороги. Отделенческий уровень ог-
раничивает действие сети территорией отделения железной дороги.
На местном уровне территория предоставления услуг ОбТС ограни-
чена одной железнодорожной станцией или одним железнодорож-
ным узлом.
Сеть ОбТС местного уровня получила название местная сеть
ОбТС. На всех других уровнях образуется междугородная сеть ОбТС,
310
которая характеризуется возможностью установления соединений
между абонентами разных железнодорожных станций и узлов.
Аналоговая сеть ОбТС строится на базе аналоговых АТС и анало-
говых соединительных линий. На местной аналоговой сети ОбТС ис-
пользуются стандаргные для России системы коммутации и системы
сигнализации. На междугородной аналоговой сети ОбТС использу-
ются как АТС, так и ручные междугородные станции (РМТС). Осно-
вой РМТС являются ручные междугородные коммутаторы, на кото-
рых операторы (телефонистки) устанавливают междугородные соеди-
нения с помощью шнуровых пар. В РМТС включаются междугород-
ные каналы ручных и полуавтоматических соединений. Между АТС
организуются междугородные каналы автоматической связи. Между-
городные каналы образуются из стандартных каналов ТЧ с использо-
ванием систем передачи. Чтобы обеспечить взаимодействие между
АТС междугородной сети ОбТС в 50-е гг. прошлого столетия была раз-
работана специализированная для железных дорог одночастотная сиг-
нализация. Необходимость в такой сигнализации объясняется тем, что
электромеханические АТС могли обмениваться только сигналами
постоянного тока, а по каналам ТЧ можно передавать сигналы пере-
менного тока. Введение новой сигнализации привело к созданию спе-
циальной аппаратуры дальней автоматической телефонной связи
(ДАТС), предназначенной только для сетей междугородной связи
железнодорожного транспорта. К такой аппаратуре относятся ком-
плекты междугородной связи (комплекты дальнего и тонального набо-
ра), позволяющие использовать каналы тональной частоты для орга-
низации соединительных линий между аналоговыми АТС. На между-
городной аналоговой сети ОбТС работают узлы автоматической ком-
мутации (УАК), представляющие собой совокупность оборудования
стандартных АТС и специальной аппаратуры ДАТС.
В 90-е гг. прошлого столетия началось внедрение цифровых сис-
тем коммутации, которые в совокупности с цифровыми системами
передачи, стали основой цифровых сетей ОбТС. На местных и меж-
дугородной сетях ОбТС стали внедряться стандартные цифровые
АТС, соединенные между собой цифровыми каналами Е1. Взаимо-
действие между цифровыми АТС стало осуществляться только с при-
менением стандартных систем сигнализации по общему каналу.
Сети ОбТС превратились в цифро-аналоговые. На них появилось
значительно больше каналов междугородной связи, что, в принципе,
311
могло бы позволить отказаться от РМТС. Однако особенности обес-
печения технологических процессов на железнодорожном транспор-
те повлияли на то, что ручные междугородные станции остались на
цифро-аналоговой и цифровой сети. Однако РМТС принципиаль-
но изменились — вместо ручных шнуровых междугородных комму-
таторов стали использоваться автоматизированные рабочие места
(АРМ), построенные на базе персональных компьютеров.
Для цифровой сети ОбТС была принята новая идеология ее по-
строения. Предусмотрены следующие категории сетей: магистраль-
ная, зоновая и местная. Зоновая сеть объединяет в себе множество
железнодорожных станций и узлов (исключение составляет зона для
ЦСС). Магистральная сеть служит для того, чтобы связать между
собой группы зоновых сетей, относящиеся к разным железным до-
рогам. К магистральной сети также подключена зона ЦСС. При этом
можно говорить о следующих услугах телефонной связи: местной,
зоновой (внутризоновой) и междугородной связи. Услуга зоновой
связи предусматривает соединения в пределах одной зоновой сети.
Услуга междугородной связи позволяет устанавливать соединения
между абонентами разных зоновых сетей.
Как было отмечено выше, доля цифровых АТС на сети ОбТС со-
ставляет около 40 %. При этом цифровизация охватила отдельные
районы сети ОбТС, в которые в основном входят железнодорожные
узлы и крупные железнодорожные станции.
Внутри сети ОбТС используются закрытая и смешанная системы
нумерации. Закрытая применяется в местных и зоновых сетях, а сме-
шанная — в междугородных сетях.
7.2. Местные сети ОбТС и взаимодействие
с телефошюй сетью общего пользования
Местные сети ОбТС. На местной сети ОбТС используются АТС,
которые по назначению делятся на оконечные и узловые. Оконеч-
ные АТС обеспечивают абонентам внутристанционные и межстан-
ционные (с абонентами других АТС) соединения. Такие станции
имеют в среднем два-три направления внешней связи к другим АТС
и УАК. Узловые АТС, кроме внугристанционных и внешних соеди-
нений, позволяют осуществлять транзитные соединения. Местная
сеть чаще всего имеет полносвязную структуру. На крупных желез-
нодорожных узлах находит применение узловая структура.
312
Рассмотрим пример построе-
ния местной сети, включающей в
себя узловую (УС) и четыре око-
нечных (ОС) АТС (рис. 7.1). Стан-
ции ОС1, ОС2 и УС образуют пол-
носвязную структуру, ОСЗ и ОС4
соединяются прямыми пучками
линий с УС, образуя звездообраз-
ную структуру. Узловая станция
осуществляет транзитные соеди-
нения между абонентами оконеч-
ных станций местной сети. Для
Рис. 7.1. Построение местной сети
ООТС
выхода на сеть междугородной ав-
томатической связи в АТС местной сети включаются пучки СЛ к
УАК, которые выполняют функции автоматической междугород-
ной телефонной станции (АМТС) сети ОбТС. Абоненты ОСЗ, не
имеющей прямых линий к УАК, при осуществлении междугород-
ной связи соединяются с узлом через УС.
В зависимости от территориальных размеров, объема выполняе-
мых работ и численности работников железнодорожной станции на
местной сети телефонной связи абонентская емкость АТС составля-
ет от нескольких десятков до 6000 номеров (за исключением АТС
ЦСС). Большинство местных сетей ОбТС имеют по одной АТС.
На аналоговой местной сети СЛ между АТС организуются пре-
имущественно по трехпроводным линиям. Иногда для организации
СЛ применяются цифровые каналы Е1 с сигнализацией многочас-
тотным кодом «2 из 6» или с двумя ВСК
Цифровая местная сеть ОбТС имеет следующие особенности:
— в качестве коммутационных станций используются цифровые
УПАТС с функциями ISDN;
— функции узла автоматической коммутации выполняет узловая
станция;
— вместо ОС малой емкости устанавливается выносной модуль
УПАТС (концентратор) или абонентский мультиплексор, каждый из
которых связан с УС каналом Е1 с применением сигнализации V5.1
илиУ5.2;
— УПАТС связаны между собой каналами Е1 с использованием
сигнализации QSIG или фирменной сигнализации;
313
— УПАТС, выполняющие функции ОС и УС, обеспечивают мар-
шрутизацию вызовов, что позволяет образовать прямые и обходные
соединения.
Пример цифровой местной сети ОбТС приведен на рис. 7.2, а,
она включает в себя ОС1—ОСЗ и УС. Узловая станция — комбини-
рованная, так как относится как к местной, так и междугородной
сети ОбТС. Соединения между любой парой УПАТС сети ОбТС мо-
жет идти по прямому или обходному пути. Например, между ОС1 и
ОСЗ прямой путь соединения имеет вид: ОС1—ОСЗ, а обходный —
ОС1-УС-ОСЗ.
Взаимодействие с телефонной сетью общего пользования (ОП) осу-
ществляется на уровне местной сети ОбТС. Присоединение сети
ОбТС к сети ОП происходит к одному из операторов местной или
зоновой сети телефонной связи. Для этого обычно используют сети
городской телефонной связи (ГТС). При этом выделяют два варианта
Магистральная или
зоновая цифровая сеть
ОбТС к другим УС
Рис. 7.2. Взаимодействие сетей ОП и ОбТС
314
организации взаимодействия. В первом случае каждая АТС желез-
нодорожной станции посредством СЛ соединяется с ближайшей рай-
онной АТС (РАТС) ГТС (рис. 7.2, б). ОС1 и ОСЗ включены в РАТС1,
а ОС1 — в РАТС2. Соединительные линии между ОС и РАТС обес-
печивают входящие и исходящие соединения. Во втором варианте
взаимодействия на местной сети ОбТС размещают узел входящих со-
общений УВС (рис. 7.2, в), в который заводятся все линии входящей
связи от абонентов сети ОП. На УВС входящие со стороны РАТС2
вызовы распределяются между оконечными станциями железнодо-
рожной сети. Для этого в УВС включены СЛ исходящей связи к каж-
дой ОС.
Исходящие соединения к абонентам сети ОП осуществляются по
отдельным пучкам СЛ, организуемым от каждой ОС и УС к РАТС.
Взаимодействие с использованием УВС осуществляется на крупных
железнодорожных узлах.
Абоненты железнодорожной сети, имеющие право выхода на об-
щегосударственную сеть связи, могут пользоваться и междугородной
и международной связью этой сети. При предоставлении абонентам
услуг междугородной и международной связи на сети ОП соединения
проходят через АМТС одного из операторов междугородной и между-
народной связи. При этом разговоры должны оплачиваться вызыва-
ющим абонентом по установленным тарифам и в зависимости от их
длительности. Для этой цели на аналоговой сети предусмотрена сис-
тема автоматического определения номера и категории вызывающе-
го абонента (АОН).
Эта система обеспечивает передачу номера и категории вызыва-
ющего абонента по запросу АМТС в соответствии с сигнальным мно-
гочастотным кодом, описанным в подразделе 3.3. По категории або-
нента устанавливается: имеет ли он право пользоваться автомати-
ческой междугородной/международной связью и есть ли у него при-
оритет в установлении соединений. Электромеханические АТС не
имеют системы АОН, поэтому для них потребовалась установка до-
полнительной аппаратуры АОН. В квазиэлектронных и цифровых
АТС функции АОН обеспечиваются аппаратными и программными
средствами этих станций.
На аналоговой сети при взаимодействии АТС ОбТС с городски-
ми коммутационными станциями организуют три пучка СЛ — ис-
ходящей связи, входящей местной и входящей междугородной свя-
315
зи. По пучку исходящей связи устанавливаются местные, междуго-
родные и международные соединения. Пучки входящих соединений
раздельно обслуживают соединения внутри местной (зоновой) сети
ОП и междугородные/межцународные соединения. Необходимость
такого разделения вызвана разными сигнальными кодами на этих
пучках, что в свою очередь объясняется возможностью устанавли-
вать соединения от ручной междугородной телефонной станции сети
ОП. Оператор (телефонистка) сети ОП имеет возможность подключать-
ся к занятому абоненту, переговорить с ним. Вызываемый операто-
ром РМТС абонент может отказаться от местного соединения в пользу
междугородного соединения.
На цифровой местной сети используются аналогичные правила
взаимодействия с сетью ОП с некоторыми особенностями.
При установке на местной сети ОбТС множества УПАТС соедине-
ния для всех абонентов УПАТС идут через УС (см. рис. 7.2, а). На циф-
ровой сети не требуется аппаратура АОН. Номер вызывающего абонента
и его категория переносятся в сигнальных сообщениях по ОКС с при-
менением сигнализации: внутри сети — QSIG, EDSS1 или фирменной
сигнализации; между сетями ОбТС и ОП — ОКС № 7 или EDSS1. Если
сеть ОП — аналоговая, то УС сети ОбТС передает номер и категорию
вызывающего абонента с помощью системы АОН. Между цифровыми
сетями ОбТС и ОП образуется общий пучок двусторонних соединений,
в котором каждая соединительная линия может использоваться для ме-
стных, междугородных и международных соединений.
Реализация функций АОН также требуется при пользовании або-
нентами сети ОбТС платными справочными службами сети ОП.
При выходе на сеть ОП абонент сети ОбТС набирает вначале ин-
декс «9» (иногда встречается «8»), а затем полный местный, между-
городный или международный номер абонента ОП. На аналоговых
сетях, как правило, после набора индекса выхода на сеть ОП або-
нент ОбТС должен услышать акустический сигнал ответа станции.
Если сети ОП и ОбТС — цифровые, то набор индекса и цифр номера
происходит без прослушивания такого сигнала.
Соединения от абонентов ОП к абонентам ОбТС происходят по
общим правилам сети ОП: без набора какого либо индекса и про-
слушивания сигналов от сети ОбТС.
Нумерация на местной сети ОбТС. За абонентами сети ОбТС, яв-
ляющимися также абонентами сети ОП, закрепляются два номера:
316
номер внутри сети ОбТС и номер в сети ОП. Эти два номера могут от-
личаться числом цифр в номере (например, номер в сети ОбТС —
5-значный, а в сети ОП — 7-значный). При этом удобнее, чтобы все
или часть цифр номера сети ОбТС совпадали с цифрами номера сети
ОП (например, номер в сети ОбТС — 32476, а в сети ОП — 2 652 476).
Однако достигнуть такого бывает сложно, и поэтому рассматриваемые
номера могут не совпадать.
На аналоговой местной сети ОбТС была принята четырехзначная
нумерация абонентов. При этом первая цифра определяет принад-
лежность абонента к соответствующему подразделению: «4» — к
управлению железной дороги, «3» — к отделению, «2» — к железно-
дорожной станции. Для иных абонентов, а также в случае недоста-
точности приведенных номеров, используются номера, начинающи-
еся с цифры «5», «6» и «7». На особенно крупных железнодорожных
Узлах (Москва, Санкт-Петербург) была принята пятизначная нуме-
рация.
В реальных местных аналоговых сетях можно встретить трехзнач-
ную, а иногда и двухзначную нумерацию. Эго связано с тем, что элек-
тромеханические АТС некоторых типов (например, КРЖ104/204,
ЕСК400Е) не могут работать более, чем с тремя (или двумя) цифра-
ми номера.
На цифровой местной и зоновой сетях ОбТС принята пятизнач-
ная абонентская нумерация, которая рассматривается ниже.
7.3. Способы установления соединений,
системы обслуживания заявок и РМТС
Долгое время междугородные сети ОбТС были аналоговыми.
В настоящее время эти сети — цифро-аналоговые.
На аналоговой сети были организованы Центральная станция
связи (ЦСС), дорожные узлы (ДУ), отделенческие узлы (ОУ), внут-
риотделенчсские узлы (ВОУ) связи, а также оконечные телефонные
станции местной связи (ОС). Размещение на сети ДУ и ОУ соответ-
ствует пунктам расположения управлений и отделений железных
дорог.
Способы установления соединений. На междугородной телефонной
станции (МТС) устанавливаются оконечные и транзитные соедине-
ния. При оконечных соед инениях на МТС обеспечивается подклю-
чение соединительных линий от АТС местной сети к каналам меж-
317
дугородной связи. В зависимости от направления прохождения со-
единений выделяют исходящие и входящие оконечные соединения.
Транзитные соединения устанавливаются между каналами разных на-
правлений междугородной связи.
Соединения на междугородной сети могут осуществляться руч-
ным, полуавтоматическим и автоматическим способами. Способ
установления соединения влияет на процесс обслуживания заявок
на междугородные разговоры и определяет технические и экономи-
ческие показатели междугородной связи.
При ручном способе соединений (рис. 7.3, а) оконечные и тран-
зитные соединения устанавливают операторы междугородных ком-
мутаторов МК, входящих в состав МТС. Наличие транзитных соеди-
нений усложняет и значительно тормозит процесс установления со-
единений. В итоге значительно снижается пропускная способность
междугородных каналов. Поэтому при ручном способе соединений
на сети связи преимущественное использование находят каналы
прямой связи. По качеству обслуживания абонентов и эксплуатаци-
онным расходам на содержание штата операторов этот способ уста-
новления соединений наиболее несовершенен.
При полуавтоматическом способе соединений (рис. 7.3, б) в осу-
ществлении соединения участвует один оператор, работающий на
Рис. 7.3. Способы установления соединений на междугородной телефонной
сети ОбТС
318
РМТС исходящего направления связи. Входящие и транзитные со-
единения устанавливают в УАК. Номер вызываемого абонента на
УАК передает оператор МК.
При автоматическом способе соединений (рис. 7.3, в) междуго-
родные оконечные и транзитные соединения устанавливаются в УАК.
Номер вызываемого абонента передается от телефонного аппарата
вызывающего абонента.
Автоматизация междугородных соединений обеспечивает абонен-
там большие удобства, повышает качество обслуживания, еще более
ускоряет процесс соединения и значительно сокращает эксплуата-
ционные расходы по сравнению с ручным способом обслуживания.
Системы обслуживания заявок. Аналоговая сеть междугородной
связи характеризуется высокой стоимостью каналов ТЧ, которые
образованы системами передачи с частотным разделением каналов.
Поэтому на такой сети в основном образуются пучки каналов малой
емкости. Для повышения экономической эффективности междуго-
родной связи необходимо обеспечить наилучшее использование
каналов. Должны обеспечиваться установленные нормы качества об-
служивания абонентов, пользующихся междугородной связью. Эко-
номические и качественные показатели обслуживания определяют-
ся системой обслуживания заявок на междугородные соединения.
Существует заказная, немедленная, комбинированная и скорая
системы обслуживания. Выбор той или иной системы обслужива-
ния зависит главным образом от соотношения между числом меж-
дугородных каналов и телефонной нагрузкой, поступающей на эти
каналы. Каждая из систем обслуживания характеризуется определен-
ным порядком установления междугородных соединений и соста-
вом оборудования МТС.
При заказной системе обслуживания (рис. 7.4, а) абоненты мест-
ной сети предварительно заказывают междугородный разговор, а
затем в порядке очереди получают требуемое соединение. Заказы
принимают операторы столов заказов СЗ (или при небольшой ем-
кости РМТС — операторы междугородных коммутаторов) по заказ-
ным линиям ЗЛ, соединяющим станции местной и междугородной
сети. Данные заказа (дата, время его поступления, требуемый насе-
ленный пункт, номер вызываемого и вызывающего абонентов) за-
писываются на бланке, который затем передается на междугород-
ный коммутатор МК. После приема заказа абонент кладет микроте-
319
Рис. 7.4. Системы обслуживания заявок на междугородной телефонной сети
АТС УАК
лефон, и соединение по ЗЛ нарушается. При наступлении очереди
абонента oi тератор МК вызывает его по соединительной линии СЛ и
устанавливает требуемое междугородное соединение. Следователь-
но, обслуживание всех заявок по заказной системе сопровождается
ожиданием.
При обслуживании по заказной системе для увеличения пропус-
кной способности междугородных каналов оператор МК передает
на соседнюю МТС сразу несколько заказов, а также проводит пред-
варительную подготовку абонентов. Суть последней операции со-
стоит в том, что операторы встречных РМТС согласованно вызыва-
ют и подготавливают к соединению очередных абонентов еще до
окончания предыдущего разговора. Указанные мероприятия повы-
шают использование междугородных каналов, достигающее при за-
казной системе обслуживания 95—98 %, что является основным до-
стоинством этой системы.
Заказная система обслуживания не удовлетворяет требования або-
нентов по качеству их обслуживания. Длительность ожидания со-
единения, как правило, превышает 10—15 мин, а среднее время ожи-
дания достигает 30 мин. Заказную систему обслуживания применя-
ют на направлениях с малым числом каналов междугородной связи.
При заказной системе обслуживания используют ручной и полу-
автоматический способы установления соединения.
320
-q Лри немедленной системе обслуживания (рис. 7.4, б) абонент мес-
жой сети, вызывая МТС по заказно-соединительной линии ЗСЛ,
Соединяется с междугородным коммутатором МК. Оператор МК
увданавливает требуемое соединение в большинстве случаев за вре-
мя, не превышающее 1—2 мин. При этом каналы не закрепляются
3»МК и включаются в многократное поле, поэтому любой свобод-
ный оператор может принять заказ от абонента и выполни ть его. Если
В момент поступления заказа все каналы требуемого направления за-
няты, оператор предлагает абоненту положить микротелефон (дать
отбой) и ожидать вызова, но удерживает его линию за своим рабо-
чим местом в течение приблизительно 10 мин, ожидая освобожде-
ния канала. Если в течение указанного времени какой-либо канал в
нужном направлении освобождается, то оператор МК по СЛ вызы-
вает абонента и устанавливает междугородное соединение; в против-
ном случае она предупреждает его о продолжении ожидания, запи-
сывает заказ на бланке и передает бланк на специальный коммута-
тор задержанных соединений МКЗС. В данном случае, как и при
«казной системе, соединение устанавливается в порядке очереди.
Немедленная система обслуживания также относится к системам
с ожиданием. В отличие от заказной, при немедленной системе ожи-
дает обслуживания только часть вызовов. На РМТС большой емкости
коммутаторы обычно используют д ля входящих или исходящих со-
единений. Показателями качества обслуживания абонентов при рас-
смотренной системе обслуживания являются среднее время ожидания
соединений и доля задержанных вызовов. Число каналов должно быть
рассчитано так, чтобы в большинстве случаев примерно 50 % поступив-
ших вызовов обслуживалось с ожиданием до 2 мин, примерно 40 % —
с ожиданием от 2 до 10 мин и только 10 % — с задержкой более 10 мин.
Немедленная система обслуживания по сравнению с заказной
обеспечивает лучшее качество обслуживания абонентов. Однако для
его достижения требуется большее число каналов, использование
которых ниже, чем при заказной системе.
При немедленной системе используется ручной или полуавтома-
тический способ установления соединений.
Комбинированная система обслуживания (рис. 7.4, в) объединяет
заказную и немедленную. Оборудование таких РМТС позволяет часть
направлений с достаточным числом каналов обслуживать круглосу-
точно по немедленной системе эксплуатации, направления с малым
21-3936
321
числом каналов в ЧНН — по заказной, в остальное время (в вечер-
ние и ночные часы) — по немедленной. Для того чтобы обеспечить
такую гибкость системы, предусматривают возможность приема за-
каза от абонента на столе заказов и на междугородном коммутаторе,
а также возможность переключения любого канала на любую систе-
му обслуживания. Это осуществляется специальными переключате-
лями Q и применением универсальных МК, которые могут работать
с использованием любой из этих двух систем обслуживания.
Скорая система обслуживания (рис. 7.4, г) является системой связи
с потерей вызовов. При этой системе вызов, поступающий от або-
нента на телефонную станцию, обслуживается сразу при наличии
свободного канала в требуемом направлении. В противном случае
абонент получает отказ в соединении и через некоторое время мо-
жет повторить вызов.
Скорая система обслуживания применяется при автоматическом
способе соединений. Число междугородных каналов рассчитывает-
ся по норме допустимых потерь по вызовам. По сравнению с други-
ми системами обслуживания скорая система требует наибольшего
числа каналов и их использование может быть низким.
Расчетом может быть найдено значение е использования каналов
в ЧНН, измеряемое в процентах и равное средней нагрузке, обслу-
женной одним каналом пучка, умноженной на 100. Данный показа-
тель служит количественным критерием оценки экономичности раз-
личных систем обслуживания. Для всех систем, кроме заказной, этот
показатель зависит от числа каналов Ив данном пучке (рис. 7.5). За-
казная система обслуживания (кривая 7) при любой емкости пучка
обеспечивает максимальное использование каналов; при немедлен-
ной (кривая 2) и скорой (кривые 5) системах обслуживания каналы
используются менее интенсивно, чем при заказной, так как возмож-
ны простои каналов из-за неравномерности поступления вызовов на
МТС, а также отсутствия предварительной подготовки абонентов.
Однако с увеличением числа каналов в пучке разница в величине их
использования по сравнению с заказной системой уменьшается.
С повышением качества обслуживания использование каналов
уменьшается. Самым интенсивным использованием каналов харак-
теризуется заказная система обслуживания. Скорая система даже при
значительных потерях характеризуется меньшим использованием ка-
налов, чем немедленная и заказная системы. На рис. 7.5 кривая 2
322
Рис. 7.5. Использование каналов на междугородной
телефонной сети
построена при заданной вероятности ожидания более 10 мин, а кри-
вые 3 — при разных вероятностях потерь по вызовам.
При выборе системы обслуживания междугородных заявок необхо-
димо провод ить технико-экономическое сопоставление пропускной
способ] юсти пучков каналов с капитальными и эксплуатационными за-
тратами, а также учитывать требуемое качество обслуживания абонентов.
Ручные МТС. РМТС строятся на базе ручных междугородных ком-
мутаторов и оборудования цифровых АТС, в которое включаются
АРМы операторов связи. Первый тип станции будем называть ана-
логовая РМТС, а второй — цифровая РМТС.
В свою очередь междугородные коммутаторы могут быть шнуро-
вые и бесшнуровые. В шнуровых коммутаторах соединительный раз-
говорный тракт образуется приборами шнуровой пары коммутато-
ров. Бесшнуровые коммутаторы представляют собой автономное
электронное оборудование, заменяющее собой шнуровые коммута-
торы. Операторы связи работают за специализированными пульта-
ми или персональными компьютерами. Схемы включения шнуро-
вого и бесшнурового коммутаторов одинаковы.
Цифровая РМТС является частью УС, предназначенной как для
местной, так и междугородной сети ОбТС (см. рис. 7.2, а).
323
На аналоговой междугородной сети ОбТС широкое применение
нашли шнуровые коммутаторы. Цифровые РМТС стали появляться
благодаря внедрению цифровых АТС. В дальнейшем цифровые
РМТС должны будут заменить шнуровые коммутаторы.
Аналоговые и цифровые РМТС позволяют устанавливать соеди-
нения по заказной, немедленной и комбинированной системам об-
служивания.
Междугородные ручные коммутаторы обеспечивают: соединение
каналов с АЛ местных абонентов; транзитные двухпроводные соеди-
нения каналов; предоставление «прямым» абонентам внеочередного
соединения; раздельную сигнализацию при занятости вызываемого
абонента местным и междугородным разговором; под ключение раз-
говорных приборов оператора к абонентским линиям, занятым ме-
стным соединением, и возможность нарушения этого соединения
в пользу междугородного; раздельную посылку вызова и раздельный
разговор оператора по любому шнуру; раздельный набор номера;
подключение оператора параллельно разговорному тракту для кон-
троля качества передачи речи без внесения дополнительного затуха-
ния; «скрещивание» операций (например, разговор по одной шну-
ровой паре и посылка вызова по другой). При работе по заказной
системе обслуживания обеспечивается возможность предваритель-
ной подготовки очередного абонента для междугородного разговора.
Каждая линия или канал, включаемые в аналоговую РМТС, име-
ют на станции релейный комплект и гнезда с приборами сигнализа-
ции, расположенные в поле коммутатора. Соединение каналов с або-
нентами местной АТС устанавливается по СЛ через междугородные
приборы АТС. Шнуры, образующие шнуровые пары междугородных
коммутаторов, одинаковы по схеме включения и допускают ведение
разговора и посылку вызова по любому из них.
Любой канал в каждой секции многократного поля коммутатора
имеет по одному гнезду ГнМнП и по два гнезда в местном поле
ГнМШ и ГнМП2 (рис. 7.6). Многократное поле оборудуется при на-
личии на МТС более двух коммутаторов. Для этого гнезда местного
поля каждого коммутатора многократно подключаются к другим
коммутаторам МТС. В местном поле предусмотрен ключ подготовки
КлП для переключения канала с одного гнезда на другое при пред-
варительной подготовке абонента. Для сигнализации вызова и за-
нятости каналы снабжены в местном и многократном полях лампами
324
Рис. 7.6. Схема междугородного коммутатора
вызова ВЛ и занятости ЛЗ. Переключение вызывной сигнализации
с местного на многократное поле при переходе от заказной к немед-
ленной системе обслуживания осуществляется специальным пере-
ключателем. Вызывные лампы и гнезда многократного поля позво-
ляют любому свободному в данный момент оператору обслужить
каждый поступающий вызов, что ускоряет процесс соединения и
повышает качество обслуживания абонентов.
Каждая шнуровая пара имеет шнуры со штепселями Ш1 и Ш2, от-
бойные лампы ОЛ1 и ОЛ2 и два ключа: вызывной (Bl—В2) для посыл-
ки вызова по любому из шнуров и опросно-контрольный (О—К), позво-
ляющий в положении О (опроса) подключать к шнуровой паре гарниту-
ру оператора согласованно по сопротивлению через трансформатор СТ,
325
а в положении К — через высокоомный вход ВТ (для уменьшения ее
шунтирующего действия).
Отбойные лампы сигнализируют об отбое раздельно со стороны
месп юго абонента и канала. Ойюйные лампы сигнализируют о заня-
тости или свободное™ абонента местной АТС, вызываемого по СЛ.
Если абонент свободен, отбойная лампа загорается; если абонент занят
местным соединением — горит мигающим светом; если он занят меж-
дугородным соединением, то кроме того, телефонистка получает акус-
тический сигнал, указывающий, что к этому абоненту подключиться
невозможно (абонент недоступен). При ответе абонента лампа гаснет.
На рабочем месте коммутатора (см. рис. 7.6) расположены клю-
чи: ВРМ для посылки вызова с рабочего места по любому шнуру;
С для принудительного сброса местного соединения в пользу меж-
дугородного; РР для раздельного разговора с любой стороной и Н
для подключения номеронабирателя НН к любому шнуру. При по-
сылке вызова ключом ВРМ или В1(В2) подается плюс батареи на
провод а (нарис. 7.6 не показан), в результате чего в соответствую-
щем линейном комплекте срабатывает реле, обеспечивающее посыл-
ку в канал или линию вызова индукторным током. Сброс обеспечи-
вается подключением плюса на провод b (на рис. 7.6 не показан),
отчего в соответствующем комплекте РСЛ работает реле, трансли-
рующее этот сигнал в сторону АТС, где произойдет нарушение мес-
тного соединения. При раздельном разговоре ключ О—К переводит-
ся в положение О, а ключ РР — в соответствующее крайнее положе-
ние. При этом гарнитура оператора остается подключенной к одному
из шнуров (к одной стороне), а другой шнур в это время подключает-
ся к нагрузочному резистору во избежание нарушения равновесия
дифференциальной системы канала, который в рассматриваемый
момент может быть соед инен с этим шнуром.
На аналоговых РМТС ОбТС можно найти коммутаторы М-60 и
МРУ. Первые используют обычно на станциях емкостью до 60 кана-
лов, вторые — на станциях емкостью до 240 каналов. Эта коммута-
торы допускают включение каналов междугородной связи, заказных
линий, линий «прямых» абонентов и соединительных линий с мест-
ными станциями. На РМТС железнодорожных узлов в эти коммута-
торы включают также ряд цепей избирательной связи сета ОТС (по-
станционной, линейно-путевой, служебной диспетчерской, дорожной
распорядительной).
326
Коммутаторы М-60 и МРУ отличаются друг от друга емкостью
Местного и многократного полей, способом установления транзит-
ных соединений, а также некоторыми схемными решениями. В мес-
тное поле коммутатора МРУ можно включить до четырех каналов, а
в многократное поле при четырехпанельной системе монтажа — до
240 каналов, 360 СЛ, 72 заказных линий и 240 линий «прямых» або-
нентов. Оконечные и транзитные соединения осуществляются в этих
коммутаторах с использованием одних и тех же гнезд. Каждый ком-
мутатор оборудован 10 шнуровыми парами, восемь из которых име-
ют счетчики продолжительности разговора.
В местное поле коммутатора М-60 можно включить шесть кана-
лов междугородной (или избирательной) связи, а в многократное
поле при двухпанельной системе монтажа — 20 каналов, 20 линий
«прямых» абонентов, 40 СЛ, 10 заказных и 10 служебных линий. При
четырех- или шестипанельном многократном поле указанное число
линий будет в 2 или 3 раза больше.
Цифровые РМТС могут быть построены на базе цифровых АТС
разных типов. Наибольшее применение в дорожных узлах связи по-
лучили цифровые РМТС, построенные на оборудовании SI2000.
Рассмотрим схему организации цифровой РМТС на базе станции
SI 2000 (рис. 7.7). Для цифровой РМТС используется блок MLC, в
который с одной стороны включаются линии базового доступа ISDN
со стандартной точкой So, а с другой — q каналов Е1 для связи с мо-
дулем MCA На период существования цифро-аналоговой сети ОбТС
и аналоговой сети ОТС в цифровую РМТС включаются аналоговые
каналы: постанционной (ПС), линейно-путевой (ЛПС), служебной
диспетчерской (СДС) связи и ручные междугородные каналы. В каж-
дую из Плиний базового доступа включается АРМ оператора связи.
Такой АРМ представляет собой персональный компьютер, который
имеет аппаратные и программные средства для выполнения функ-
ций цифрового телефонного аппарата, включая набор номера и раз-
говор с помощью микротелефонной гарнитуры (МГ). В п линий
базового доступа включается сервер, выполняющий роль шлюза меж-
ду модулем MLC и локальной вычислительной сетью Ethernet. Сеть
Ethernet построена на концентраторе HUB и в нее включены все АРМ
операторов. Сервер и концентратор нужны для равномерного рас-
пределения вызовов, поступающих от абонентов, между рабочими
местами операторов связи. Эти средства также позволяют вести
327
АТСЦ
SI 2000
Рис. 7.7. Организация цифровой РМТС на базе станции SI2000
статистику по обслуживанию вызовов на РМТС. Рабочие места опе-
раторов необходимы для непосредственного обслуживания вызовов:
приема вызова, опроса абонента, установления соединения. Опера-
торы обслуживают входящие вызовы от абонентов по немедленной
или заказной системам. В первом случае оператор, получив от вы-
зывающего абонента данные о вызываемом абоненте, устанавлива-
ет соединение с удержанием вызывающего абонента. После ответа
вызванного абонента, оператор завершает соединение и отключает-
ся. В дальнейшем оператор контролирует окончание разговора между
абонентами. При заказной системе после получения оператором от
вызывающего абонента данных о вызываемом абоненте, произво-
дится разъединение. После установления оператором соединения с
вызываемым абонентом оператор вызывает вызывавшего абонента,
обеспечивает соединение между ними и отключается. Все устанав-
ливаемые оператором соединения между абонентами замыкаются
внутри модуля MLC. Разъединение между абонентами производит-
ся без участия оператора. На цифро-аналоговой сети операторы связи
328
могут обслуживать входящие и исходящие вызовы на каналах по-
станционной, линейно-путевой, служебной диспетчерской связи и
на ручных междугородных каналах.
7.4. Аналоговая сеть
автоматической междугородной ОбТС
Построение сети. В узловых пунктах аналоговой сети междуго-
родной телефонной связи установлены узлы автоматической ком-
мутации УАК или узловые станции УС, выполняющие функции
АМТС сети ОбТС. Кроме того, УС также является коммутационной
станцией местной сети.
Междугородная аналоговая сеть связи железнодорожного транс-
порта делилась на магистральную автоматически коммутируемую
телефонную сеть (МАКТС) и дорожные автоматически коммутиру-
емые сети (ДАКТС). Число ДАКТС соответствует числу железных
дорог. На магистральной сети были организованы главный (ГУ) и
дорожные (ДУ) узлы связи, в которых размещались узлы автомати-
ческой коммутации классов УАК1 и УАКП. Главный узел находился
на ЦСС. Дорожная сеть включает в себя дорожные, отделенческие
(ОУ) и вспомогательные отделенческие (ВОУ) узлы, оборудованные
УАК. В ДУ узлы автоматической коммутации выполняют соедине-
ния одновременно на МАКТС и ДАКТС.
Сеть автоматической междугородной ОбТС (рис. 7.8) построена
с применением комбинированной структуры, позволяющей органи-
зовать обходные соединения на МАКТС и ДАКТС. В узлах связи в
аппаратуру УАК включают АТС местных сетей и междугородные ком-
мутаторы МК При этом в каждом узле размещается АТС, обслужи-
вающая работников ОАО «РЖД», управления дороги (УД), отделе-
ния дороги (НОД) или станции, где размещается ВОУ. Оконечные
станции ОС соединяются с соответствующим УАК по физическим
линиям, а при достаточно большом удалении — по каналам ТЧ.
На междугородной сети автоматической связи соединение может
проходить через несколько УАК, причем число транзитных узлов не
должно превышать четырех. Во всех транзитных узлах должны вы-
полняться четырехпроводные соединения. Через ГУ устанавли-
ваются соединения между абонентами разных железных дорог.
Соединения между смежными ДУ (на рис. 7.8 — между ДУ 1 и ДУ2)
могут устанавливаться по прямым каналам, минуя ГУ. На дорожной
329
К др. ДУ
К др. ДУ
к др. ДУ
К др. ОУ
Кдр. ОУ
102
АТС
ОС
Кдр. оу ДУ’
942
921
101
НОД
МК
121
304
АТС
ОС
АТС
ОС
АТС
ОС
Сеть дороги 2
Каналы ТЧ
Физические линии
202
АТС
ОС
АТС
ОС
ВОУ
Сеть дороги 1
УАК
III
АТС
НОД
УАК
III
АТС
III МК
НОД
АТС
УД/
101
мк
ос
АТС
МК
ВОУ
УАК
III
УАК 1100
II
Рис. 7.8. Сеть аналоговой междугородной общетехнологической связи
ОУ1
ДУ2, ОУ1
204
ОУ2
Кдр. ОУ
205 \
200
203
АТС
ОС
НОД
201
АТС
\ АТС
\ ОС
102 1
АТС/
ОС/ 303
АТС
ОС
103 \
\ 302
сети соединения между абонентами разных отделений устанавлива-
ются через ДУ, а также по прямым каналам между смежными ОУ (на-
пример, между ОУ1 и ОУ2 на сети дороги 1). На сети междугородной
связи в некоторых случаях объединяют дорожный и отделенческий
узлы (например, ДУ2 и ОУ1). Объединенный узел обслуживается
одним комплектом аппаратуры УАК. В аналоговых сетях ДАКТС
применяют аппаратуру УАК и УС координатного, квазиэлектронного
типов, позволяющую осуществлять четырехпроводные транзитные
соединения и реализовывать смешанную систему нумерации.
Аналоговая междугородная сеть характеризуется относительно
малой емкостью пучков каналов телефонной связи. На многих зве-
ньях сети, связывающих ОС с УАК (УС) число каналов не превыша-
330
ет двух-трех. Это приводит к низкому качеству обслуживания вызо-
вов, особенно на низовом уровне. При проектировании количество
каналов рассчитывалось исходя из вероятности потери вызовов на
одном звене равной 0,2. В реальных сетях потери вызовов иногда
достигали 80—90 %.
В настоящее время сеть МАКТС полностью цифровая, а анало-
говые сети сохранились внутри железных дорог.
Система нумерации на аналоговой сети. На аналоговой сети ав-
томатической междугородной телефонной связи применяют сме-
шанную систему нумерации. Каждая дорожная сеть образует от-
дельную зону с закрытой нумерацией, независимую от других до-
рожных сетей. Зонам соответствуют магистральные трехзначные
коды АДЕ, присваиваемые дорожным узлам автоматической ком-
мутации УАКП (см. рис. 7.8). Магистральные коды присваиваются
также главному узлу ГУ, дорожным узлам ДУ и АТС при управлени-
ях дорог. Магистральные коды начинаются с цифры 9, а индексы Д и Е
могут быть любыми цифрами. Внутри каждой зоны телефонным
станциям местных сетей и между-
городным коммутаторам при-
сваивают дорожные трехзначные
коды ВДЕ, где В — любая цифра,
кроме 9. Нумерация узлов, стан-
ций и МК приведена на рис. 7.9.
Для выхода на сеть автоматичес-
кой междугородной связи исполь-
зуют индекс 0, при наборе которо-
го устанавливается соединение ме-
стной станции с УАК или с УС.
Магистральные коды включают
в себя сто номеров (см. рис. 7.9).
В России 17 железных дорог и один
ГУ при ОАО «РЖД». Следователь-
но, из 100 могут использоваться не
более 35 номеров. Внутри дорож-
ной сети число номеров может
достигать 900, что значительно
превышает число станций одной
зоны. Таким образом, принятая
Рис. 7.9. Нумерация на аналоговой
междугород! юй сети ОбТС
331
система нумерации предусматривает долговременное развитие сети
автоматической междугородной связи.
При соединениях между абонентами одной дорожной зоны вы-
зывающий абонент набирает номер 0-ВДЕ, а затем местный номер
абонента. Соединения между абонентами разных дорожных зон, а
также от абонентов МАКТС к абонентам ДАКТС устанавливаются
после набора номера 0-АДЕ-ВДЕ, а затем местного номера абонен-
та. Соединения между абонентами МАКТС, включая абонентов уп-
равлений дорог, устанавливаются набором номера 0-АДЕ и далее
местного номера абонента.
Комплекты междугородной связи аналоговой сети. Каждый меж-
дугородный канал включается в коммутационное оборудование УАК
или АТС посредством комплектов междугородной связи. Комплек-
ты междугородной связи обеспечивают передачу по каналу линей-
ных и управляющих сигналов токами тональной частоты.
В зависимости от направления установления соединения комплек-
ты междугородной связи делятся на односторонние и двусторонние
(рис. 7.10). Первые обеспечивают установление соединения только
в одном направлении и в зависимости оттого, на каком конце канала
они включаются, подразделяются на исходящие (ИК) и входящие
(ВК). Двусторонние комплекты осуществляют соединения в обоих
направлениях канала связи. Двусторонние комплекты, позволяющие
Рис. 7.10. Односторонние и двусторонние комплекты междугородной связи
332
повысить пропускную способность каналов, используются для обра-
зования пучков каналов малой емкости. На междугородной сети ОбТС
двусторонние комплекты используются на пучках каналов, число ко-
торых не превышает 20. В коммутационное оборудование электроме-
ханической, квазиэлекгронной и цифровой систем включаются раз-
личные по типу комплекты междугородной связи.
В существующем коммутационном оборудовании для включения
каналов ТЧ, как правило, применяют комплекты типа КТН-2Ш и
КТН-2К
Оборудование КТН-2Ш содержит два комплекта (КТН-Ш1 и
КТН-Ш2) для включения их в два канала ТЧ. Оборудование КТН-2К
состоит также из двух междугородных комплектов — КТН-К1 и
КТН-К2. Комплекты КТН-П11 и КТН-Ш2 обеспечивают включе-
ние каналов ТЧ в АТС разных типов: АТС-47, УАТС-49, АТС-54,
АТСК-100/2000, КРЖ, ЕСК400Е, ЕСКЗООО Е. Комплекты КТН-К1
и КТН-К2 предназначены для работы в УАК и УС типа АТСК 100/2000.
Посредством комплектов КТН-Ш1 и КТН-К1 осуществляется со-
вместная работа АТС (УАК) с РМТС типов М-60 и МРУ.
Оборудование КТН-Ш и КТН-К обеспечивает контроль работо-
способности каналов ТЧ с автоматической блокировкой неисправ-
ных каналов. Посредством комплектов осуществляется прямой
доступ оператора аналоговой РМТС к каналу ТЧ с относительным
приоритетом его занятия. В случае занятости КТН оператор предва-
рительно подключается к комплекту. Когда данный комплект осво-
бождается, он сразу поступает в распоряжение телефонистки. Обо-
рудование КТН-Ш и КТН-К может работать совместно с любым
включенным на противоположном конце канала ТЧ комплектом,
поддерживающим одночастотную сигнализацию междугородной теле-
фонной сети ОбТС. Однако при этом контроль каналов ТЧ возможен
лишь при включении на другом конце канала КТН-Ш или КТН-К
Комплект КТН-Ш (рис. 7.11) состоит из устройств сопряжения
разговорного тракта УСРТ, управления соединениями УУС, сопря-
жения с АТС и РМТС (УСА и УСР), контроля каналов УКК. Комп-
лект КТН-Ш2 отличается от КТН-Ш 1 отсутствием в его составе УСР.
В состав КТН-Ш входят генератор (ГТНВ) и приемник (ПТНВ) то-
нального набора.
Устройство УСРТ предназначено для согласования двухпровод-
ных разговорных цепей АТС и РМТС с четырехпроводным каналом
333
К АТС-7 дБ От АТС 0 дБ
Рис. 7.11. Функциональная схема комплекта КТН-Ш
334
ТЧ по уровням сигналов и входным сопротивлениям при установле-
нии автоматических и полуавтоматических оконечных и двухпровод-
ных транзитных соединений.
Устройство УУС осуществляет прием и обработку управляющих
и линейных сигналов, поступающих с выхода ПТНВ в виде логичес-
ких сигналов, а также посылку управляющих и линейных сигналов в
тракт передачи канала ТЧ. УУС обеспечивает управление коммута-
цией разговорного тракта на всех этапах установления соединений.
Устройства УСА и УСР предназначены для согласования сигналов
низкого уровня от УУС с сигналами высокого уровня, передаваемыми
по проводам, соединяющим КТН-Ш с АТС и РМТС.
Исходящее занятие комплекта осуществляется со стороны АТС
подачей плюса в провод с. В результате под управлением УУС в УСРТ
включается электронный контакт ЭК5 на время 80 мс. Сигнал заня-
тия от ГТНВ поступает в тракт передачи канала. Выключается УКК, и
образуется тракт приема в комплекте (включается электронный кон-
такт ЭК1). Получив акустический сигнал «ответ станции» от встреч-
ной АТС, вызывающий абонент набирает номер, транслируемый по
проводам о и б от АТС в УСА. В УСА импульсы набора номера высо-
кого уровня преобразуются в управляющие логические сигналы,
которые поступают в УУС. По командам из УУС включается и вы-
ключается ЭК5 в УСРТ. Частотные импульсы набора с помощью ЭК5
передаются от ГТНВ на встречную станцию. При ответе вызывае-
мого абонента поступающий на вход приемника ПТНВ тональный
сигнал ответа транслируется в УУС. От УУС в УСРТ передается уп-
равляющий сигнал для образования тракта передачи (включается
ЭК2). Таким образом, комплект переводится в разговорное состоя-
ние. При отбое от вызывающего абонента со стороны АТС отключа-
ется «плюс» от провода с. Устройство УСА возвращается в исходное
состояние. При этом под управлением УУС на время 800—900 мс
включается ЭК5, чем обеспечивается трансляция в канал связи то-
нального импульса «отбой». В случае отбоя со стороны вызванного
абонента импульс отбоя принимается ПТНВ и транслируется в УУС.
В результате этого от УСА по проводу б к АТС передается отрица-
тельный потенциал, который воспринимается станцией как сигнал
отбоя.
При входящем соединении импульс занятия принимается при-
емником ПТНВ. От УСА в сторону АТС по проводу с передается по-
335
ложительный потенциал. Под управлением УУС в УСРТ образуется
тракт передачи (включается ЭК2), и в сторону вызывающего або-
нента транслируется от АТС акустический сигнал «ответ станции».
Тональные импульсы набора принимаются из канала ПТНВ и
поступают в УУС, а затем в УСА От УСА происходит трансляция
знаков номера по проводам о и б в сторону АТС. При ответе вызыва-
емого абонента по проводу а от АТС поступает положительный по-
тенциал, который воспринимается УСА как признак ответа вызван-
ного абонента. От ГНТВ в канал ТЧ передается тональный импульс
«ответ», а затем в УСРТ образуется тракт приема (включается ЭК1).
Процессы отбоя происходят так, как было описано выше при рас-
смотрении исходящего занятия.
Транзитное соединение осуществляется аналогично оконечному,
однако при этом по проводу b—b' через коммутационную систему
АТС, из УСА входящего комплекта передается плюсовой потенциал.
В результате в УСА обоих комплектов срабатывают определители при-
знака транзита. В обоих КТН-Ш по команде из УУС выключаются
удлинители с затуханием 3,5 дБ (работают контакты ЭКЗ и ЭК4).
7.5. Магистральная и зоновые цифровые сети ОбТС
Принципы построения сети. Как было отмечено выше на цифро-
вой сети ОбТС выделены магистральная, зоновые и местные сети.
Особенности местных цифровых сетей ОбТС были рассмотрены
выше.
Магистральная сеть объединяет ЦСС и дорожные узлы. Зоновые
сети организуются внутри железных дорог и на ЦСС. В зоновой сети
(зоне) используется закрытая нумерация. Зоны могут не привязы-
ваться к отделениям железной дороги. В зону могут вход ить абонен-
ты нескольких отделений. Емкость одной зоны не превышает 60 тыс.
абонентов.
На рис. 7.12 показана структура цифровой сети ОбТС, где пока-
заны магистральная и зоновые сети. В центре магистральной сети
находится главный магистральный транзитный узел (ГМТУ), соеди-
ненный с дорожными транзитными узлами (ДТУ). ГМТУ входит
в состав ЦСС. Для ЦСС организована отдельная зона, обслуживае-
мая узлом ГМТУ. Узлы ДТУ также связаны между собой прямыми
пучками соединительных линий, что позволяет на магистральной
сети устанавливать соединения по обходным маршрутам. Внутри
336
Рис. 7.12. Структура цифровой сети ОбТС
337
железной дороги ДТУ служит для транзитных соединений между
зонами дороги и внутри зоны, в которой он находится. В зоновой
сети транзитные соединения между узлами коммутации осуществ-
ляет транзитный зоновый узел (ГЗУ). Узлы ТЗУ связаны с узлом ДТУ
и между собой, что обеспечивает обходные соединения. В одной
зоне устанавливаются транзитные внутризоновые узлы (ТВЗУ),
которые связаны с ТЗУ и с нижестоящими станциями. Последние
образуют узловую и линейную структуры. На многих участках
в один канал Е1 последовательно включается от двух до четырех
(на рис. 7.12 — до трех) внутризоновых узлов (ВЗУ), которые пред-
ставляют собой АТС малой емкости (суммарная емкость этих АТС
обычно не превышает 200—300 номеров). Через ВЗУ устанавливают-
ся транзитные соединения в пределах соответствующего участка од-
ной зоны. Прямые СЛ между двумя ТВЗУ и между ТВЗУ и ВЗУ,
а также включенные в одну цепочку ВЗУ, позволяют организовать
обход! 1ые соединения между любой парой узлов участка. За счет ли-
нейной структуры достигается высокое использование каналов Е1.
В зоновой сети могут также быть оконечные станции (ОС), включен-
ные прямыми СЛ в соответствующие узлы.
На цифровой сети, как правило, узлы ВЗУ, ТВЗУ, ТЗУ и ДТУ осу-
ществляют как транзитные, так и оконечные соединения. Последнее
означает, что в эти узлы включаются абонентские устройства.
На цифровой сети соединения MOiyr устанавливаться между або-
нентами внутри одной зоны и между абонентами двух разных зон,
находящихся как в пределах одной железной дороги, так и на раз-
ных железных дорогах. Как правило, межзоновые соединения про-
ходят через ТЗУ. Однако соединения между смежными станциями,
относящимся к разным зонам, могут осуществляться напрямую (на-
пример, на рис. 7.12 — между ОС зоны 1 и ВЗУ зоны 2).
На цифровой зоновой сети ОбТС в первую очередь находит при-
менение система сигнализации QSIG. На магистральной сети, кроме
сигнализации QSIG, применяется сигнализация ОКС № 7.
На железнодорожных станциях цифровой сети вместо УПАТС,
выполняющие функции ОС, MOiyr устанавливаться выносы (концен-
траторы) или мультиплексоры.
По сравнению с аналоговой на цифровой сети значительно
увеличивается количество СП. Минимальное число СЛ в пучке рав-
но 30. На звеньях ТЗУ—ТВЗУ предусматривается по 2—3 канала Е1,
338
а на звеньях ДТУ—ТЗУ — по 3—6 каналов Е1. На такой сети замет-
но повышается качество обслуживания вызовов: вероятность по-
тери вызовов на одном звене в большинстве случаев не должна пре-
вышать 0,05.
Цифровая междугородная сеть должна быть полностью автомати-
зированной. Однако на ней для обеспечения специфических техно-
логических процессов должны использоваться полуавтоматические
соединения, осуществляемые на цифровых РМТС.
Цифровизация междугородной сети осуществляется по принци-
пу «сверху-вниз» методом замещения, т.е. в первую очередь анало-
говые АТС заменяются на цифровые в дорожных и отделенческих
узлах. Затем цифровая сеть охватывает отдельные участки сети, по-
степенно вытесняя аналоговые системы коммутации.
В настоящее время во всех дорожных узлах построены цифровые
сети. Такие сети существуют во многих отделениях железных дорог,
прежде всего в тех, которые территориально совпадают с дорожны-
ми узлами.
Важной предпосылкой создания цифровой сети ОбТС является
первоочередное построение первичной цифровой сети передачи.
Единая система нумерации на цифровой сети ОбТС. Единая сис-
тема нумерации предназначена для применения на цифровых мес-
тных и междугородных сетях ОбТС и для использования на пере-
ходный период при одновременной работе фрагментов цифровой
и аналоговой сетей в рамках железной дороги.
В основу плана нумерации цифровой сети ОбТС положен принцип
единой закрытой пятизначной нумерации вида аХХХХ внутри одной
зоны (на рис. 7.12 показаны три таких зоны внутри железной дороги).
Единая система нумерации на цифровой сети связи (ЕСНЦ) же-
лезнодорожного транспорта РФ должна использоваться во всех зо-
новых сетях и на магистральной сети ОбТС.
Рассмотрим общие принципы нумерации на цифровой сети
ОбТС.
Внутри каждой зоны применяется закрытая 5-значная нумерация.
Абонентам присваиваются номера вида аХХХХ, где а — любая циф-
ра, кроме 1, 9, 8, 0. В пределах одной зоны число абонентов ОбТС
может доходить до 60 000.
Номера вида 1ХХХХ закрепляются за линиями специального на-
значения (стол заказов РМТС, стол справок и т.п.).
339
Индекс выхода на телефонную сеть общего пользования —
цифра 9.
Индекс выхода в другую зону сети ОбТС — цифра 0.
Номера вида 8ХХ резервируются в качестве кодов выхода на ком-
мерческие сети и для доступа к перспективным сервисным службам.
Каждой зоне сети ОбТС присваивается двухзначный код вида АВ,
где А — любая цифра, кроме 9 и 0, В — любая цифра.
При установлении соединения внутри зоны набирается 5-значный
номер вызываемого абонента: аХХХХ.
При соединении между абонентами разных зон набирается ин-
декс доступа к междугородной сети 0, код зоны АВ и 5-значный но-
мер вызываемого абонента: 0-АВ-аХХХХ. Прослушивания акусти-
ческого сигнала станции после набора 0 не требуется.
Для ЦСС выделена отдельная зона с кодом АВ = 90.
При соединении от абонента железнодорожной сети к абоненту
сети общего пользования набирается индекс доступа к сети общего
пользования 9 и номер абонента ГТС в соответствии с принятым на
данной сети планом нумерации.
В процессе соединения от абонента железнодорожной сети к сети
междугородной или международной связи общего пользования после
индекса 9 набирается код выхода на междугородную станцию 8, а
затем либо междугородный/международный номер, либо код выбо-
ра оператора междугородной/международной связи (две цифры) и
далее междугородный/международный номер.
При соединении от абонента железнодорожной сети к специаль-
ным службам сети общего пользования (OX, ОХХ) после индекса 9
набирается номер соответствующей службы.
При составлении плана нумерации желательно, чтобы совпа-
дали последние цифры номера ОбТС и ГТС. В случае невыпол-
нения данного условия АТС сети ОбТС должна устанавливать со-
единения с применением двух планов нумерации — для сети ОбТС
и для сети ОП.
На цифровой сети при установлении соединений внутри зоны и
между зонами передача акустического сигнала ответа станции, а так-
же речевых сообщений не предусматривается. Такие сигналы могут
сохраниться на этапе, пока существует цифро-аналоговая сеть.
В табл. 7.1 представлена характеристика системы единой нуме-
рации на цифровой сети ОбТС.
340
Таблица 7.1
Единая нумерация на цифровой сети ОбТС (ЕСНЦ)
№ п/п Виды соединений и показатели Набираемые номера и значения показателей
1. Соединения внутри одной зоны dope Между абонентами Возможное число номеров в зоне )жной сети аХХХХ а/0; 1; 9; 8 60000
2. Со справочными службами, с операторами связи, предоставление дополнительных услуг 1ХХХХ
3. С сетью общего пользования Индекс «9»
4. С междугородной сетью общего пользования Индекс «9—8»
5. Резерв (для связи с сетями других операторов и с перспективными службами) 8ХХ
1. Соединения между зонам Между абонентами 0-АВ-1ХХХХ А^9,0
2. Со справочными службами, с операторами связи другой зоны 0-АВ-1ХХХХ А/9,0
В период существования цифро-аналоговых сетей будут исполь-
зовать системы нумерации, принятые для аналоговых и цифровых
сетей.
7.6. Сеть ОбТС с пакетной коммутацией
Современное развитие систем коммутации направлено на пере-
ход к системам с коммутацией пакетов. Производители коммутаци-
онного оборудования постепенно прекращают выпуск систем с ком-
мутацией каналов и расширяют производство систем с коммутаци-
ей пакетов. В области построения перспективных сетей получила
общее признание концепция сети следующего поколения NGN.
Становится ясно, что перспективная сеть ОбТС должна стать
частью сети NGN. Последняя должна представлять собой техно-
логическую сеть связи железнодорожного транспорта, предостав-
ляющую разные услуги своим пользователям: речевые, видео и пе-
редачи данных, с возможностью доступа к сети общего пользова-
ния. В дальнейшем преимущественно рассматриваются услуги
передачи речи.
Процесс конвергенции сети ОбТС с сетью с коммутацией паке-
тов во многом зависит от существующего состояния сети ОбТС.
341
В настоящее время на сети ОбТС преобладают системы с комму-
тацией каналов. В крупных железнодорожных узлах велика доля циф-
ровых АТС. На других, особенно на малых железнодорожных стан-
циях сохранилось значительное количество аналоговых АТС. При
этом большинство аналоговых АТС выработали свой ресурс, а срок
эксплуатации цифровых АТС еще не велик.
Рассмотрим, в чем состоят основные особенности перевода сети
ОбТС на коммутацию пакетов.
Системы пакетной коммутацией должны в первую очередь заме-
нить аналоговые АТС, а следовательно, внедрение таких систем преж-
де всего следует ожидать на железнодорожных станциях средних и
малых размеров.
В переходный период потребуется довольно много устройств со-
пряжения систем пакетной коммутации с существующими АТС.
При этом придется производить сопряжение с такими специфи-
ческими системами сигнализации как одночастотная для между-
городных каналов сети ОбТС и по трехпроводным соединительным
линиям.
На сети пакетной коммутации доля аналоговых телефонных ап-
паратов должна заметно преобладать по сравнению с 1Р-телефона-
ми и смартфонами. Это следует из того, что на цифровой сети с ком-
мутацией каналов доля цифровых телефонных аппаратов обычно не
превышает 10—15 %. Вместе с тем следует ожидать увеличения доли
мобильных телефонов, работающих в сети доступа по такой техно-
логии как Wi-Fi с применением протокола SIP. Следовательно, на
сети пакетной коммутации должно быть достаточно много абонент-
ских шлюзов, интегрированных устройств доступа и терминальных
адаптеров, ориентированных прежде всего на включение в них ана-
логовых телефонных аппаратов.
Преобладание аналоговых телефонных аппаратов приводит к не-
обходимости использовать в пакетной сети ОбТС систему адресации
терминалов пользователей, основанной на присвоении терминалам
десятичных номеров, как это делается в классической телефонной
сети. На сети ОбТС с коммутацией пакетов (ОбТС-П) может быть
применена система единой нумерации, принятая для цифровой сети
ОбТС с коммутацией каналов (см. табл. 7.1).
Возможны разные варианты построения сети ОбТС-П на желез-
ных дорогах. На сети ОбТС-П должны сохраниться магистральный
342
и дорожный уровни иерархии. Внутри железной дороги должны быть
образованы районы, в каждом из которых используется единая 5-знач-
ная нумерация. В пределах одного или нескольких районов должен
быть центр технического обслуживания сети ОбТС-П. Количество
районов сети ОбТС-П зависит от конкретной железной дороги.
В частности один район может совпадать с одним отделением же-
лезной дороги. На рис. 7.13 в качестве примера показана общая схема
построения сети ОбТС-П на одной железной дороге с пятью райо-
нами. В каждом районе находятся устройства, управляющие соеди-
нениями: коммутаторы Softswitch и/или SIP-серверы, а также сер-
вер конференц-связи. На схеме для районов 1, 2 и 3 показаны толь-
ко коммутаторы Softswitch, SIP-серверы и серверы конференц-свя-
зи. На рисунке штрихпунктирные линии указывают на логические
соединения между узлами сети и с узлами других сетей. Так напри-
мер, SIP-сервер района 2 может маршрутизировать вызовы к ком-
мутаторам Softswitch районов 1 и 5 и к SIP-серверу района 4. Пред-
полагается, что все узлы сети ОбТС-П включены в дорожную 1Р-сеть.
На дорожной сети в главном районе (на рис. 7.13 — район 1), в кото-
ром находится Управление железной дороги, должен устанавливаться
коммутатор Softswitch, выполняющий роль дорожного узла (ДУ).
Этот коммутатор логически связан с SIP-серверами и коммутатором
Softswitch других районов. Через него осуществляются соединения
внутри района и между районами железной дороги, а также с други-
ми дорожными узлами на магистральном уровне. Коммутатор
Softswitch ДУ обеспечивает соединения с сетью общего пользования
для абонентов района 1.
В других районах преимущественно должны устанавливаться
SIP-серверы, а в наиболее крупных — коммутаторы Softswitch (на
рис. 7.13 — район 5). SIP-сервер или коммутатор Softswitch обслу-
живает вызовы внутри одного района, устанавливая соединения
между абонентами этого района и внешние соединения с другими
районами сети ОбТС-П и с сетью ОП. Эти же устройства устанав-
ливают транзитные соединения между районами. В каждом районе
для включения аналоговых телефонных аппаратов должны приме-
няться шлюзы различной емкости, распределяемые по разным же-
лезнодорожным станциям. Шлюзы логически связаны с SIP-серве-
ром или коммутатором Softswitch. Возможен вариант объединения
шлюзов с управлением от контроллера MGC по протоколу MGCP
343
Рис. 7.13. Пример построения сети ОбТС-П
344
или MEGACO/H.248 (на рис. 7.13 — район 5). SIP-сервер или ком-
мутатор Softswitch может напрямую управлять IP-телефонами,
включенными в сети LAN разных железнодорожных станций или
непосредственно в IP-сеть. Очевидно, что на сети ОбТС-П могут
находить применение такие устройства, как IAD и терминальные
адаптеры.
Как видно из рис. 7.13, на сети ОбТС-П предусматривается не
менее двух маршрутов установления соединений между районами,
что повышает живучесть сети и предотвращает перегрузки отдель-
ных SIP-серверов и коммутаторов Softswitch при установлении тран-
зитных соединений.
В каждом районном центре или в одном центре, обслуживающем
несколько районов, должны устанавливаться серверы конференц-
связи, с помощью которых организуются аудиоконференции для або-
нентов одного и/или разных районов. Ресурсы конференц-серверов
могут быть распределены между сетями ОбТС и ОТС.
Взаимодействие с сетью ОП должно происходить в каждом райо-
не на местном уровне. Управление соединениями с сетью ОП долж-
но осуществляться SIP-сервером или коммутатором Softswitch соот-
ветствующего района. Если телефонная сеть ОП является пакетной,
то SIP-сервер или коммутатор Softswitch сети ОбТС обменивается
сигнальной информацией с узлом управления сети ОП, например, с
коммутатором Softswitch сети ОП (на рис. 7.13 — район 4). С целью
пропуска речевого и сигнального трафика IP-сеть ОбТС должна быть
напрямую связана с IP-сетью ОП (на рис. 7.13 — IP-сети не показа-
ны). При взаимодействии с TDM-сетью ОП, должны использовать-
ся шлюзы соединительных линий, причем в одном районе может
быть несколько точек присоединения к сети ОП (на рис. 7.13 для
района 5 показаны две точки присоединения). На сети ОП каждая
точка присоединения организуется для отдельной АТС.
Для сети ОбТС характерно множество железнодорожных станций
небольшой емкости, расположенных вдоль одной линии. Доступ
пользователей этих станций к IP-сети железной дороги может осуще-
ствляться разными способами. Рассмотрим варианты сети доступа с
применением цифровых линий xDSL и коммутаторов локальной сети.
На рис. 7.14 показан пример организации сети доступа на участке
железной дороги со станциями А—Д с применением цифровых ли-
ний SHDSL. Станции вытянуты в одну линию, причем станции А и Д
345
IP-сеть
железной дороги
являются узловыми и через них осуществляется доступ к IP-сети же-
лезной дороги. На этих станциях находятся мультиплексоры доступа
по цифровой абонентской линии DSLAM (Digital Subscriber Line Access
Multiplexer). Co стороны IP-сети мультиплексор включен по интер-
фейсу Ethernet (Eth) в коммутатор, а с абонентской стороны в него
включены линии SHDSL. На промежуточных станциях Б, В и Г уста-
навливаются оконечные устройства в виде модема (М) или устрой-
ства интегрального доступа (IAD). Модем должен иметь интерфейсы
Ethernet, к которым подключаются шлюз AG и IP-телефоны. Цифро-
вая линия SHDSL может быть организована по электрическому кабе-
лю с использованием двух или четырех жил, что зависит от требуемой
пропускной способности и удаления промежуточных станций от узло-
вой станции. Для увеличения д альности связи в цифровую линию мо-
гут быть включены регенераторы (репитеры). Связь между мультиплек-
сором DSLAM и модемом может быть организована по волокош ю-оп-
тическому кабелю, что позволяет заметно увеличить дальность связи.
На схеме (см. рис. 7.14) также показан коммутатор Softswitch,
включенный в IP-сеть и управляющий соединениями на данном уча-
стке сети ОбТС-П. Пакеты сигнальной информации проходят через
IP-сеть и один из узлов рассматриваемого участка: станцию А или Д.
Путь прохождения речевого трафика зависит от местонахождения
пользователей и вида телефонного аппарата. Трафик замыкается внут-
ри шлюза или устройства IAD при соединениях между абонентами с
аналоговыми аппаратами внутри одной станции. При соединениях
внутри станции с участием IP-телефона трафик замыкается внутри
станции и проходит через коммутатор LAN (станция А), через марш-
рутизатор (станция Д), через модем М (станция Б) или через устройство
IAD (станция В). Такие пути передачи речевого трафика возможны бла-
годаря тому, что шлюзы AG, модем и устройство IAD выполняют фун-
кции коммутатора LAN. Если разговаривают абоненты разных про-
межуточных станций, прилегающих к одной узловой станции (стан-
ции Б и В), то трафик замыкается внутри узловой станции в коммута-
торе LAN (станция А) или маршрутизаторе (станция Д). Тоже самое
происходит при соединениях между абонентами узловой и промежу-
точной станций, когда промежуточная станция прилегает к данной
узловой станции (например, между абонентами станций А и В). Рече-
вой трафик проходит через IP-сеть при соединениях между узловыми
станциями или станциями, прилегающим к разным узловым станциям
347
346
Softswitch
Рис. 7.15. Организация доступа с применением коммутаторов локальной сети
348
(например, между станциями Б и Г), а также при соединениях с
абонентами сети ОбТС вне рассматриваемого участка.
Вариант организации доступа с применением коммутаторов ло-
кальной сети показан на рис. 7.15. На станциях А—Д установлены
коммутаторы LAN, образующие отдельную локальную сеть. Комму-
таторы соединены в цепочку с помощью волоконно-оптической ли-
нии. На узловых станциях А и Д коммутаторы соединены с маршру-
тизаторами IP-сети железной дороги. К коммутаторам LAN подклю-
чаются шлюзы AG и IP-телефоны. Соединениями внутри участка и
внешними соединениями управляет коммутатор Softswitch, находя-
щийся вне данного участка. В зависимости от станции участка сиг-
нальные сообщения при взаимодействии с коммутатором Softswitch
проходят через коммутатор LAN одной из узловых станций (напри-
мер, для станций А, Б и В — через коммутатор LAN станции А, а для
станций Г и Д — через коммутатор LAN станции Д). Потоки речевых
пакетов при соединениях между абонентами участка могут проходить
только через коммутаторы LAN внутри участка. IP-сеть железной до-
роги может использоваться для передачи речевых пакетов для связи
абонентов данного участка с другими абонентами сети ОбТС или ОП.
Следовательно, в этом варианте общая IP-сеть меньше загружается
речевым трафиком. Преимущество данного варианта также состоит в
возможности организации сети доступа с кольцевой структурой. Из
рис. 7.15 видно, что кольцо может быть образовано из последователь-
но соединенных коммутаторов LAN и ЕР-сетью, в которой напрямую
или через другие узлы IP-сети связаны между собой маршрутизаторы
станций А и Д. Поскольку сеть Ethernet может иметь только древо-
видную структуру, исключающую образование петель, то в пакетной
сети ОбТС необходимо использовать один из протоколов, обеспечи-
вающих реконфигурацию сети Ethernet в случае обрыва кольца (на-
пример, при обрыве кабеля между промежуточными станциями уча-
стка сети). Применение может найти протокол маршрутизации RIP
или OSPF (в этом случае коммутаторы LAN должны также выполнять
функции маршрутизации трафика), протокол STP (Spanning Tree
Protocol — протокол покрывающего дерева) или RPR (Resilient Packet
Ring — отказоустойчивое пакетное кольцо). Такое построение сети
доступа хорошо согласуется с требованиями сети ОТС, в которой на-
дежность сети играет важную роль. В этом случае может быть исполь-
зовано общее оборудование как для сети ОбТС, так и для сети ОТС.
349
Глава 8
СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ
8.1. Основы построения систем с коммутацией каналов
Системы с коммутацией каналов классифицируются по принци-
пу действия и применяемой элементной базе.
Электромеханические АТС — в них используются электромехани-
ческие устройства: электромагнитные реле, специальные искатели
и соединители. К таким станциям, действующим еще в сетях связи,
относятся: декадно-шаговые, координатные и релейные АТС.
Квазиэлектронные АТС — коммутационное поле и телефонная пе-
риферия строятся на основе малогабаритных реле с магнитоуправ-
ляемыми контактами; управляющие устройства выполнены на элек-
тронных элементах.
Электронные АТС— представляют собой системы, полностью или
почти полностью выполненные на электронных элементах. Элект-
ронные АТС могут быть аналоговыми и цифровыми. Аналоговые элек-
тронные станции строятся так же как квазиэлектронные, но в ком-
мутационном поле вместо механических контактов реле использу-
ются электронные ключи. В цифровых АТС происходит коммутация
только цифровых сигналов, полученных в результате импульсно-
кодовой модуляции (ИКМ). Аналоговые АТС, обладая серьезными
недостатками, практически не находят применения на сетях связи,
поэтому в дальнейшем рассматриваются только цифровые АТС.
Электромеханические и квазиэлектронные АТС являются анало-
говыми станциями.
Станция с коммутацией каналов имеет оборудование следующих
видов: коммутационное поле КП, управляющие устройства УУ, ком-
плекты абонентских (АК) и соединительных (КСИ) линий, группо-
вое оборудование ГО, источники электропитания ИЭП и кросс.
350
Рассмотрим состав оборудования и его особенности в системах с
коммутацией каналов.
Коммутационное поле в процессе установления соединений
обеспечивает образование трактов передачи разговорных сигна-
лов. В аналоговых системах коммутации такие тракты использу-
ются 2- или 4-проводные. Двухпроводные тракты применяются при
оконечных соединениях, четырехпроводные — при транзитных со-
единениях. Декадно-шаговые и релейные (ЕСК400, ЕСК3000) АТС
осуществляют только двухпроводные соединения. В координатных
и квазиэлектронных (АТСКЭ «Квант») АТС в зависимости от типа
блока коммутации устанавливаются двух- или четырехпроводные
соединения. В цифровых АТС используется только четырехпровод-
ная коммутация, причем в большинстве современных цифровых
систем через коммутационное поле проходят лишь тракты переда-
чи разговорных сигналов, однако в некоторых станциях через КП
передается также информация системы управления. Объем обору-
дования коммутационных полей аналоговых АТС, построенных на
электромеханических приборах, составлял около 50 % объема всей
станции. Цифровые коммутационные поля электронных станций
представляют собой миниатюрные интегральные микросхемы, при-
чем на одной такой микросхеме удается построить АТС емкостью в
несколько сотен номеров.
Управляющие устройства формируют сигналы управления узла-
ми телефонной станции при обслуживании вызовов. Алгоритмы
функционирования УУ аналоговых АТС определяются их принци-
пиальной схемой, т.е. реализованы аппаратно. Программное управ-
ление начало использоваться в станциях квазиэлектронной систе-
мы. В современном цифровом коммутационном оборудовании
используются исключительно микропроцессорные системы про-
граммного управления.
Комплекты абонентских и соединительных линий предназначе-
ны для сопряжения АЛ и СЛ с управляющими устройствами и комму-
тационным полем. Такие комплекты играют роль интерфейсов,
в которых происходит прием линейных и управляющих сигналов,
а также формирование акустических известительных сигналов, пе-
редаваемых абонентам. АК также обеспечивают питание абонент-
ских линий от станционной батареи. В цифровых АТС комплекты
аналоговых абонентских и соединительных линий содержат также
351
кодеки, выполняющие аналого-цифровое и цифро-аналоговое пре-
образование разговорных сигналов.
Устройства различного назначения, относимые к групповому обо-
рудованию, характеризуются тем, что они выполняют функции, свя-
занные с множеством линий или узлов АТС К групповому оборудо-
ванию относятся генераторы тональных сигналов и сигнала посыл-
ки вызова, устройства тактовой синхронизации цифровых станций
и другие устройства. Для многих видов аналоговых АТС характерно
использование таких групповых устройств, как регистры и шнуро-
вые комплекты. Регистры осуществляют прием цифр номера, а шну-
ровые комплекты — посылку сигналов вызова, контроля посылки
вызова и прием сигнала отбоя.
Основные источники электропитания обеспечивают оборудова-
ние АТС постоянным током с напряжением 60 или 48 В. (Напряже-
ние 60 В характерно для аппаратуры отечественного производства,
48 В — для импортных систем). Такое напряжение необходимо в пер-
вую очередь для питания аналоговых абонентских линий. В АТС
электромеханических систем релейные управляющие устройства,
элементы коммутационных полей, АК и КСИ также потребляют ток
непосредственно от основного источника. В квазиэлектронных и
электронных станциях для питания полупроводниковых приборов
используется низкое напряжение, которое вырабатывается так на-
зываемыми вторичными источниками питания. В современном ком-
мутационном оборудовании цифровые интегральные микросхемы,
работают при напряжении питания 3,3 В.
Абонентские и соединительные линии включаются в АТС через
кросс. Его основным назначением является устройство постоянных
соединений (кроссировок) между линейной стороной, в которую
включены жилы кабелей, образующих абонентские и соединитель-
ные линии, и станционной стороной, от которой идут кабели к обо-
рудованию станции. Кросс позволяет выполнять оперативные пе-
реключения, отключать поврежденные линии, здесь же в случае не-
обходимости устанавл иваются устройства защиты от опасных напря-
жений. Электромеханические АТС не имели в своем составе
устройств контроля состояния линий связи, поэтому все измерения
выполнялись персоналом станций вручную с помощью специаль-
ных измерительных приборов, подключавшихся к кроссу. В совре-
менном коммутационном оборудовании для этого предусмотрены
352
специальные аппаратные и программные средства, позволяющие
оператору получать информацию о состоянии линий с помощью тер-
минала — персонального компьютера, связанного каналом переда-
чи данных с управляющими устройствами станции.
8.2. Электромеханические АТС
-1 Декадно-шаговые станции выпускались в нашей стране в течение
примерно тридцати лет. Для городских АТС предназначалось обору-
дование типов АТС-47 и АТС-54 (число в обозначении соответству-
ет году разработки), а для ведомственных— УАТС-49. Основной ком-
мутационный элемент декадно-шаговой станции — щеточный ис-
катель типа ДШИ-100. Принцип действия этого искателя поясняет-
Йй схемой на рис. 8.1. Соединения устанавливаются тремя щетками,
Перемещающимися по контактному полю. Поле состоит из трех сек-
ций — по одной для каждой щетки. В секции контакты размещены
в 10 рядов (декад), по 10 контактов в каждом. Щетки, жестко свя-
занные между собой, совершают движение вокруг общей оси под дей-
ствием электромагнитов — электромагнита подъема и электромаг-
нита вращения. При установлении соединения сначала происходит
подъемное поступательное движение, по окончании которого щет-
ки останавливаются напротив одной из десяти декад. Затем, при вра-
щательном движении, они скользят по контактам выбранной дека-
ды. После остановки щеток оказываются замкнутыми 3 электричес-
Рис. 8.1. Щеточный искатель ДШИ-100
23-3936
353
ких цепи: щетки останавливаются на одноименных контактах трех
секций контактного поля. Таким образом, ДШИ-100 способен со-
единить один трехпроводный вход с одним из 100 выходов. Если по-
давать на электромагниты ДШИ-100 импульсы, формируемые но-
меронабирателем телефонного аппарата, то номер выбираемого вы-
хода в контактном поле будет соответствовать цифрам, набранным
абонентом. Благодаря такой конструкции искателей управляющие
устройства декадно-шаговых станций оказываются очень простыми.
Структурная схема декадно-шаговой АТС емкостью до 10 000 но-
меров приведена на рис. 8.2. Станция содержит ступень предвари-
тельного искания (ПИ), две ступени группового искания (ГИ) и сту-
пень линейного искания (ЛИ). Ступень ПИ строится на более про-
стых и дешевых щеточных искателях типа ШИ-11. Каждый такой
искатель имеет 1 вход и 11 выходов, из которых десять используются
для соединения со следующей ступенью. Предварительное искание
позволяет сократить число дорогих искателей типа ДШИ-100, уста-
новленных на ступенях ГИ и ЛИ.
В АТС, представленной на рис. 8.2, после занятия абонентской
линии ПИ устанавливает соединение со свободным прибором пер-
вой ступени группового искания. Со ступени 1ГИ абоненту переда-
ется сигнал ответа АТС. При наборе первой цифры номера щетки
искателя ДШИ-100 совершают под ъемное движение и выбирают де-
каду, соответствующую числу поступивших от номеронабирателя им-
пульсов. Далее, во время межсерийного интервала, щетки, враща-
ясь, перемещаются по контактам выбранной декады и останавлива-
ются при обнаружении свободной линии в направлении к ступени
ПГИ. Искатель второй ступени группового искания аналогичным об-
разом принимает следующую цифру номера и выбирает свободную
линию к ЛИ. Соединение с линией вызываемого абонента произво-
дится линейным искателем при наборе двух последних цифр номе-
ра: под действием соответствующих импульсов щетки совершают
ПИ 1ГИ ПГИ ли
Рис. 8.2. Структурная схема
декадно-шаговой АТС
сначала под ъемное, а затем вращательное
движение, останавливаясь на контактах,
к которым подключена выбранная або-
нентская линия.
На структурных схемах декадно-ша-
говых АТС принято изображать на каж-
дой из ступеней искания только соб-
354
ственно искатели. Это объясняется наличием у каждого из послед-
них индивидуального релейного управляющего устройства, одно-
временно выполняющего также функции АК или КСЛ.
• Для декадно-шаговых АТС характерно низкое качество разговор-
ных трактов и быстрый износ механических частей искателей.
Отечественные координатные NIC были разработаны в 50-е и
60-е гг. прошлого столетия. Для городских телефонных сетей пред-
назначалось оборудование типов АТСК и АТСКУ, для сельских и ве-
домственных сетей — АТСК100/2000, УПАТС100/400 и АТСК50/200.
На телефонной сети железнодорожного транспорта кроме станций
перечисленных типов устанавливалась также аппаратура КРЖ, про-
изводившаяся в Болгарии.
Коммутационные поля координатных АТС построены из многократ-
ных координатных соединителей (МКС). МКС представляет собой ком-
плект коммутационных элементов, объединенных общей системой элек-
тромагнитного привода (рис. 8.3). Каждый соединитель имеет группы
контактов, подобных применяемым в электромагнитных реле.
Принцип устройства МКС показан на рис. 8.4. Контактные груп-
пы состоят из неподвижных контактов НК, представляющих собой
вертикальные металлические струны, и подвижных контактных пру-
жин ПК. Контактные пружины могут перемещаться под действием
толкателя Т, приходя при этом в соприкосновение с неподвижными
контактами. Для переключения контактных групп на искателе уста-
навливаются выбирающие ВП и удерживающие УП планки.
Рис. 8.3. Многократный координатный соединитель
355
ПК
Рис. 8.4. Принцип устройства МКС
Выбирающая планка мо-
жет поворачиваться на своей
оси под действием одного из
двух выбирающих электро-
магнитов данной полосы на
небольшой угол. На каждой
выбирающей планке укреп-
лены выбирающие пальцы П
из гибкой стальной проволо-
ки, которые в исходном по-
ложении находятся между
смежными верхней и ниж-
ней контактными группами.
Удерживающая планка поворачивается вокруг вертикальной оси
при срабатывании удерживающего электромагнита. Этот электро-
магнит остается под током в течение всего времени соединения.
Замыкание какой-либо контактной группы происходит так. Пер-
вым срабатывает выбирающий электромагнит горизонтальной
планки и поворачивает эту полосу так, что все ее выбирающие пальцы
входят в промежутки между толкателями контактных групп одного
горизонтального ряда и удерживающими планками. (Возможные
положения выбирающего пальца показаны на рисунке штриховы-
ми линиями.) Затем включается удерживающий электромагнит и
поворачивает вертикальную планку. При повороте удерживающая
планка нажимает на выбирающий палец, находящийся между этой
планкой и толкателем. Выбирающий палец давит на толкатель, ко-
торый, в свою очередь, приводит в движение контактные пружи-
ны. При соприкосновении подвижных контактных пружин с не-
подвижными контактами происходит замыкание заданных элект-
рических цепей.
После замыкания контактной группы выбирающий электромаг-
нит выключается и соответствующая ему выбирающая планка воз-
вращается в исходное положение. Выбирающий палец контактной
группы оказывается зажатым удерживающей планкой и находится в
рабочем положении до конца соединения. При разьединении отпус-
кает якорь удерживающий электромагнит, вертикальная планка
освобождает выбирающий палец и все элементы искателя приходят
в исходное положение.
356
МКС позволяет одновременно удерживать столько соединений,
сколько имеется в нем вертикальных удерживающих планок. Про-
цесс установления соединения занимает существенно меньшее вре-
мя в сравнении с работой декадно-шагового искателя.
В координатных АТС наиболее часто встречаются многократные
соединители типов МКС20х10х6, МКС10х20х 6. Первое число в
обозначении МКС указывает количество вертикалей (входов), второе —
количество контактных трупп (выходов) в каждой вертикали, третье —
количество контактных пружин в группе, соответствующее числу
коммутируемых проводов.
Многократные координатные соединители по надежности, дол-
говечности и качеству контактных соединений обладают более вы-
сокими показателями, чем щеточные искатели.
Управление соединителями в координатных АТС осуществляют
релейные управляющие устройства. Каждое такое устройство спо-
собно последовательно обслуживать вызовы, поступающие от груп-
пы из нескольких десятков или сотен абонентов. Чтобы не было за-
держек в обслуживании, управляющие устройства разрабатываются
с таким расчетом, что время установления соединения на одной сту-
пени искания обычно не превышает 1 с. Для осуществления более
медленного процесса — приема номера, набираемого абонентом, во
избежание непроизводительного занятия ступеней искания, управ-
ляющих работой МКС, в координатных АТС имеются приемники
номера — регистры. Соединение с линией вызываемого абонента на-
чинает устанавливаться только после того, как будут приняты все
цифры номера. Передача цифр из регистра в управляющие устрой-
ства ступеней искания производ ится ускоренным способом: много-
частотным или полярным кодом.
Важным достоинством коорд инатных АТС по сравнению с декад-
но-шаговыми является возможность многократного использования
цифр номера при установлении соединения на разных ступенях ис-
кания. Поскольку все цифры, набранные абонентом, запоминаются
в регистре, они могут быть несколько раз переданы в управляющие
устройства различных ступеней.
На рис. 8.5 приведена структурная схема координатной АТС типа
АТСК100/2000. Эта станция имеет ступени искания трех типов —
абонентского АИ, групповою ГИ и регистрового РИ. Каждая сту-
пень состоит из однотипных блоков, число которых определяется
357
Рис. 8.5. Структурная схема координатной АТС типа АТСК100/2000
емкостью АТС и нагрузкой, создаваемой абонентами. Блок ступе-
ни абонентского искания рассчитан на включение 100 абонентс-
ких линий. Таким образом, число блоков АИ определяет емкость
АТС. Абонентские линии подключаются к коммутационному полю
через абонентские комплекты АК, предназначенные для регистра-
ции поступающих вызовов и передачи их в управляющие устрой-
ства. Коммутационное поле ступени АИ состоит из трех звеньев А,
В и С, построенных с использованием 6 соединителей типа
МКС20 х 10 х 6. Звенья соединены промежуточными линиями.
Управление многократными координатными соединителями бло-
ка АИ осуществляет маркер ступени абонентского искания МАИ.
Ступень АИ связана шестипроводными линиями с универсальны-
ми шнуровыми комплектами ШКУ и с выходами ступени группо-
вого искания ГИ.
Универсальные шнуровые комплекты участвуют в каждом соеди-
нении, исходящем от абонента данной АТС. Они обеспечивают пи-
тание телефонных аппаратов абонентов, удержание электромагни-
тов МКС в рабочих положениях, прием от абонентов линейных сиг-
налов отбоя, транслируют сигналы набора номера, передают акус-
тические сигналы занятости, вызова и контроля посылки вызова.
358
Количество ШКУ на станции рассчитывается на основании вели-
чины телефонной нагрузки, создаваемой абонентами.
Коммутационное поле блока ГИ состоит из двух звеньев—А и В. На
звене А используются три соединителя МКС10х20х6, а на звене В —
два соединителя МКС20 х 10 х 6. Управляет работой коммутационно-
го поля маркер МГИ (как и на ступени АИ каждый блок ГИ оборудо-
ван отдельным маркером). Число блоков ГИ на станции определяется
количеством ШКУ, а также количеством релейных комплектов РСЛ В
и РОЛИ, предназначенных для включения соответственно входящих и
исход ящих соединительных линий для связи с другими АТС. На АТС
большой емкости устанавливаются две ступени группового искания.
Регистр Р, принимающий импульсы от номеронабирателя телефон-
ного аппарата, подключается к шнуровому комплекту на время набо-
ра номера абонентом и передаче сохраненных цифр маркерам стан-
ции. Соединение ШКУ с регистром выполняет ступень РИ. Блок РИ
содержит только одно звено коммутации, построенное на соедините-
ле МКСЮх 10х 12. Управление блоком осуществляет маркер МРИ.
Поскольку ШКУ занимается на все время обслуживания абонен-
та от занятия абонентской линии до отбоя, а регистр — только на
время приема номера и установления соединения, число ШКУ в не-
сколько раз превышает число регистров.
Каждый регистр и каждый маркер блоков ступеней АИ и ГИ имеет
в своем составе кодовый приемопередатчик КПП, который обеспе-
чивает передачу цифровой информации полярным кодом от регист-
ров к маркерам и команд о порядке дальнейшей работы регистров от
маркеров к регистрам.
Рассмотрим установление соединения между двумя местными
абонентами при четырехзначной нумерации абонентских линий.
Когда вызывающий абонент снимает микротелефон, абонентский
комплект принимает сигнал вызова и передает его в МАИ. Маркер
блока АИ определяет номер линии вызывающего абонента, находит
свободный ШКУ и промежуточную линию между звеньями А и В,
после чего подключает абонентскую линию к ШКУ и освобождает-
ся. Цепи удерживающих электромагнитов МКС блока АИ получают
питание из ШКУ. ШКУ передает сигнал вызова маркеру блока РИ, в
который включен данный ШКУ. МРИ наход ит свободный регистр и
подключает его к шнуровому комплекту. Устанавливается соедине-
ние линии вызывающего абонента через ШКУ с регистром. Затем
359
МРИ освобождается, а регистр передает абоненту сигнал ответа стан-
ции. При наборе абонентом цифры номера импульсы набора под-
считываются счетчиком регистра. Принятые цифры сохраняются в
регистре до окончания установления соединения.
При приеме последней цифры номера регистр через ШКУ посы-
лает вызов маркеру блока ГИ. МГИ определяет номер линии, по ко-
торой поступил вызов, и подключает к ней кодовый приемопередат-
чик. После этого регистр при помощи своего приемопередатчика
быстродействующим полярным кодом передает первые две цифры
номера в маркер. МГИ определяет направление, соответствующее
принятым цифрам, и выбирает в этом направлении свободный со-
единительный путь: от входа звена А до свободной линии направле-
ния. Затем устанавливает соединение с блоком АИ. Перед тем как
освободиться, маркер блока ГИ передает в регистр команду о том,
что следующую цифру нужно передать полярным кодом. Регистр
оказывается подключенным к маркеру блока АИ, в который вклю-
чена линия вызываемого абонента. МАИ определяет номер входя-
щей линии и подключает ее к своему приемопередатчику. После этого
регистр полярным кодом передает сначала предпоследнюю, а затем
последнюю цифру номера. Маркер принимает цифры, находит ли-
нию вызываемого абонента и включает пробное устройство, опре-
деляющее состояние этой линии. Если абонент свободен, то уста-
навливается требуемое соединение, после чего маркер блока АИ и
регистр освобождаются. Если вызываемый абонент занят, то МАИ
освобождается после передачи регистру сигнала занятости. Регистр
переводит абонентский комплект вызывающего абонента в состоя-
ние передачи сигнала занятости этому абоненту, производит разъе-
динение и отключается от ШКУ.
В случае свободное™ вызываемого абонента после отключения
регистра ШКУ посылает этому абоненту сигнал вызова, а вызываю-
щему — сигнал контроля посылки вызова. Когда вызываемый або-
нент ответит, посылка сигналов прекращается и замыкается цепь
разговорного тока. После окончания разговора абоненты дают от-
бой и ШКУ выключает удерживающие магниты МКС в блоках АИ и
ГИ. Если один из абонентов задержит передачу сигнала отбоя, то ему
будет посылаться сигнал занятости из его абонентского комплекта.
При установлении внешних соединений со станциями других ти-
пов регистр передает цифры номера батарейными импульсами.
360
Передачу этим способом регистр начинает по команде маркера ГИ.
Если регистр перейдет на передачу знаков батарейными импульса-
ми, то дальнейшая передача знаков полярным кодом будет невоз-
можна.
Станции типа АТСК100/2000 можно встретить на сети ОбТС до-
статочно часто. На основе блоков группового искания этих АТС было
разработано оборудование узлов автоматической коммутации, пред-
назначенных для автоматизации междугородной связи. Применение
узлов автоматической коммутации координатной системы позволило
упорядочить систему нумерации на междугородной телефонной сети
железнодорожного транспорта.
Структура и принцип работы координатных АТС станций различ-
ных типов во многом совпадают. Отличия касаются главным обра-
зом принципиальных схем блоков и комплектов. Кроме того, в них
используются разные способы передачи информации между регис-
трами и маркерами: например, в оборудовании АТСК-У для этого
применяется не полярный, а многочастотный код «2 из 6».
В 1980-е гг. на телефонную сеть железнодорожного транспорта по-
ступило довольно большое количество релейных электромеханиче-
ских АТС типов ECK 400Е и ECK 3000Е. Эти станции построены на
электромагнитных малогабаритных реле ESK с магнитоуправляемы-
ми открытыми контактами. По принципу действия и по структуре
станции ЕСК наиболее близки к координатным АТС.
Реле ESK имеет четыре нормально разомкнутых контактных груп-
пы. Как показано на рис. 8.6, каждая контактная группа состоит из
подвижной НК и неподвижной ПК контактных пружин, прикреп-
ленных через изолирующие прокладки к магнитному сердечнику С.
Подвижные пружины изготовлены из
магнитного материала. Реле имеет об-
мотку срабатывания СО и удержания УО.
При включении реле по обмотке сраба-
тывания протекает импульс тока. Маг-
нитное поле, возникающее в сердечни-
ке, передается в подвижные пружины и
заставляет их притягиваться к неподвиж-
ным. Контакты замыкаются. Один из
контактов замыкает цепь обмотки удер-
жания, обеспечивая сохранение уста-
Рис. 8.6. Реле ESK
361
новленного соединения. Два из оставшихся контакта используются
для коммутации разговорного тракта.
АТС ECK 400Е (рис. 8.7) предназначены для построения оконеч-
ных станций емкостью от 100 до 400 номеров с наращиванием емко-
сти по 50 номеров. Коммутационное поле станции состоит из звень-
ев А, В, С и РИ. Звено А служит для включения абонентских линий
и соединительных линий поперечной связи (СЛП). На звене А об-
разовано восемь групп абонентских комплектов АК и комплектов
поперечной связи КПС, каждая из которых рассчитана на 50 АЛ и
СЛП. В выходы звена С включены шнуровые комплекты ШК и ком-
плекты соединительных линий РСЛ. Комплекты РСЛ обслуживают
соединительные линии городской связи СЛ Г. Звено В является свя-
зующим между звеньями А и С. Для соединений ШК и РСЛ с регис-
трами Р служит звено РИ. На рис. 8.7 указано количество комплек-
РИ
АВС
Рис. 8.7. Структурная схема АТС ECK 400Е
362
тов и регистров, а также количество промежуточных линий между
звеньями коммутации.
Система управления станцией включает в себя одно центральное
ЦУУ и несколько периферийных ПУУ управляющих устройств. Как
коммутационное поле, так и ЦУУ и ПУУ построены на базе реле ESK с
применением вспомогательных электронных устройств, таких как ди-
одные матрицы и транзисторные усилители постоянного тока. ЦУУ об-
служивает от начала до конца все вызовы, поступающие на станцию.
ПУУ непосредственно воздействуют на элементы коммутационного по-
ля, комплекты АК, ШК, РСЛ. От этих же комплектов ПУУ принимают
различные сигналы (в АК—вызов станции абонентом; в ШК—ответ
абонента и отбой), а от регистров — цифры номера. Комплекты КПС
имеют автономное управление, не связанное с ЦУУ и ПУУ.
При поступлении вызова от абонента устанавливается соединение
между АК и ШК по следующему пути: АК—А—В—С—ШК (сторо-
на А) и далее через РИ к регистру. Из регистра передается сигнал стан-
ции. Регистр принимает цифры номера и передает их в ПУУ. ЦУУ
освобождает регистр и, если набран номер абонента этой же станции,
образует соединительный путь (от линии вызывающего абонента
к линии вызываемого): АК—А—В—С—ШК (от стороны А к сторо-
не В) — С—В—А—АК. Сигналы вызова и контроля посылки вызова
передаются из ШК. Во время разговора ШК обеспечивает питание те-
лефонных аппаратов и удержание шести реле ESK коммутационного
поля. По окончании разговора из ШК перед ается сигнал «занято».
Если вызывающий абонент набирает код выхода на одно из направ-
лений, образованных линиями СЛГ, то устанавливается соединение по
пути: АК—А—В—С—РСЛ (сторона NA)—СЛГ. В том случае, когда при
поступлении от абонента вызова нет свободного шнурового комплекта,
соед инение с регистром устанавливается через РСЛ: АК—А—В—С—РСЛ
(сторона NA)—РИ—Р. Если абонент набирает код внешней связи,
то регистр освобождается и соединение продолжается на встречной
станции. В противном случае абонент получает сигнал «занято».
В РСЛ сторона RA используется при предоставлении услуги «На-
ведение справки».
При входящей внешней связи вызов поступает по одной из СЛГ
и через РСЛ и звено РИ передается в регистр. Последний принимает
от соседней станции три цифры номера и передает их в ПУУ. Устанав-
ливается соединение по пути: СЛ—РСЛ (сторона ЛИ)—С—В—А—АК.
363
Станция ECK 400Е позволяет организовать связь с другими АТС
по поперечным соединительным линиям, которые включаются в стан-
цию через согласующие комплекты и АК. Внешние соединения по
СЛП устанавливаются так же, как и внутренние. Поперечным лини-
ям одного направления присваивается один абонентский номер. При
наборе вызывающим абонентом такого номера происходит свобод-
ное (серийное) искание поперечных линий выбранного направления.
8.3. Квазиэлектронные АТС
Квазиэлектронные АТС (АТСКЭ) характеризуются тем, что в них
используются как электромеханические приборы (в коммутацион-
ном поле), так и электронные (в управляющих устройствах). Отече-
ственная промышленность выпускала АТСКЭ в течение сравнитель-
но непродолжительного времени в конце XX века. На железнодо-
рожном транспорте нашли применение АТС типа П-437 и «Квант».
Станции типа П-437 емкостью 100 номеров имели управляющие ус-
тройства (УУ) с замонтированной программой, т.е. с аппаратно реа-
лизованным алгоритмом управления, и использовались только в ка-
честве оконечных АТС. Оборудование типа «Квант» используется до
сих пор и имеет программное управление. Станция строится емкос-
тью до 2048 номеров и также используется в качестве узлов автома-
тической коммутации междугородных каналов (УАК).
В АТСКЭ «Квант» в качестве коммутационных приборов применя-
ются матричные соединители на герконовых реле — ферридах (МСФ)
(рис. 8.8). Феррид включает в себя два или четыре геркона, каждый из
которых состоит из двух контактных пружин 7, помещенных в стек-
лянный баллон 2, заполненный инерт-
ным газом. Контактные пружины выпол-
няются из магнито-мягкого материала
(магнито-никеливые сплавы), контак-
тирующие поверхности покрываются
тонким слоем из благородного металла:
золота, серебра или родия. При намаг-
ничивании контакты замыкаются, обес-
печивая высокое качество соединения.
Для управления ферридами служит
электромагнит, состоящий из сердечни-
ка 3, якоря 4 и двух обмоток Хи Y. При
364
прохождении импульса тока одновременно по двум обмоткам сердеч-
ник намагничивается, герконы замыкаются и удерживаются в замк-
нутом состоянии за счет остаточной намагниченности сердечника. Для
выключения феррида достаточно пропустить ток по одной из двух об-
моток — сердечник размагничивается, а контакты размыкаются.
Система управления АТСКЭ «Квант» — централизованная. Она
состоит из двух специализированных электронных управляющих ма-
шин, построенных на интегральных микросхемах малой и средней
степени интеграции (в поздних версиях в качестве управляющих уст-
ройств стали использоваться настольные персональные компьютеры).
На рис. 8.9 показана структурная схема АТСКЭ «Квант». Стан-
ция включает в себя устройства телефонной периферии (ТП) и уп-
равляющие устройства (УУ). К ТП относятся: коммутационные бло-
ки абонентских (БАЛ), исходящих (БИЛ) и входящих (БВЛ) линий;
абонентские комплекты (АК); входящие (ВШК) и исходящие
(ИШК) комплекты; исходящие (ИК), входящие (ВК) и двусторон-
ние (ЦК) комплекты соединительных линий; приемники и датчики
сигналов управления (ПДСУ). К управляющим устройствам отно-
сятся: центральное управляющее устройство (ЦУУ), периферийные
управляющие устройства (ПУУ), обеспечивающие согласование
сигналов по мощности при стыковке с устройствами ТП, и каналы
ввода-вывода (КВВ). Последние обеспечивают обмен информаци-
Рис. 8.9. Структурная схема АТСКЭ «Квант»
365
ей между ЦУУ и ПУУ. Надежность управляющего комплекса обес-
печивается наличием двух равноценных электронных управляющих
машин (ЭУМО и ЭУМ1) и «стволов» КВВ (КВВО и КВВ1). К ЦУУ
подключены внешние устройства: телецэафный аппарат (ТгА) и уст-
ройство автоматического ввода программ (УАВП), включающее в
себя накопители на магнитных дисках. Телеграфный аппарат исполь-
зуется для диалога между оператором и ЦУУ. УАВП служит для вво-
да программ работы станции и данных при пропаданиях первичного
электропитания, при первичном пуске или после устранения аварии.
В состав ПДСУ входят: приемник батарейный (ПБ), служащий
для приема импульсов набора, передаваемых постоянным током де-
кадным способом; приемник тональный (Ш), принимающий то-
нальные импульсы набора кодом «2 из 8» — DTMF; приемник (ПМ)
и датчик (ДМ) многочастотные, обеспечивающие прием и передачу
управляющей информации по СЛ кодом «2 из 6» (методами «импуль-
сный челнок», «импульсный пакет» и «безынтервальный пакет»);
приемник двухчастотный (П2), позволяющий принимать по СЛ от
встречной станции тональные сигналы: ответ станции — 425 Гц и
запрос АОН — 500 Гц.
Центральное управляющее устройство обслуживает вызовы на
всех этапах соединения и разъединения, включая предоставление
абонентам дополнительных видов обслуживания. Система управле-
ния осуществляет контроль и диагностику оборудования, что позво-
ляет автоматизировать техническое обслуживание на станции.
Внутреннее соединение выполняется в следующей последователь-
ности. При снятии вызывающим абонентом (абонент А) микроте-
лефона своего ТА, вызов поступает в АК и методом сканирования
(периодический опрос состояния периферийных устройств) обна-
руживается в ЦУУ. Центральное управляющее устройство находит
свободный соединительный путь и устанавливает соединение через
БАЛ, ИШК и БИЛ до приемника (ПБ или ПТ, в зависимости от ис-
пользуемого абонентом номеронабирателя), входящего в состав
ПДСУ. Абоненту А передается сигнал ответа станции, после чего он
набирает номер вызываемого абонента (абонента Б). ЦУУ, сканируя
приемник, получает импульсы набора номера и сохраняет приня-
тые цифры в своем запоминающем устройстве. После того как но-
мер абонента Б набран, ЦУУ нарушает ранее установленное соеди-
нение и определяет состояние АЛ абонента Б. Если абонент Б не за-
366
пят другим соединением, ЦУУ находит свободный соединительный
путь от АЛ вызывающего через БАЛ, ИШК, БИЛ, ВШК, БАЛ к ли-
нии вызываемого абонента.
Из ВШК в сторону абонента Б посылается сигнал вызова, а в сто-
рону абонента А — сигнал контроля посылки вызова. Когда вызыва-
емый абонент ответит на вызов, сигнал ответа принимается в ВШК
и с помощью сканирования передается в ЦУУ. ЦУУ прекращает по-
сылку вызова и включает в ВШК разговорный тракт. Во время раз-
говора телефонный аппарат абонента А получает питание из ИШК,
а телефонный аппарат абонента Б — из ВШК. ЦУУ сканирует эти
комплекты для обнаружения сигнала отбоя. Этот сигнал принима-
ется в ИШК или в ВШК в зависимости от того, кто из абонентов
первым освободит свою линию. После обнаружения сигнала отбоя
одного из абонентов ЦУУ выполняет разъединение и освобождает
шнуровые комплекты. Второму абоненту передается сигнал «заня-
то» из АК
При исходящем соединении к встречной АТС этапы приема вызо-
ва и цифр номера не отличаются от внутреннего соединения. Соеди-
нительный путь в направлении к вызываемому абоненту проходит
через БАЛ, ИШК, БИЛ и ИК или ДК Блоки входящих линий БВЛ
участвуют только во входящих внешних соединениях. Отличие вхо-
дящих соединений состоит также и в том, что импульсы декадного
набора принимаются не в ПБ, а в ВК. Соединительный путь к вызы-
ваемому абоненту прокладывается через ВК, БВЛ, БИЛ, ВШК, БАЛ.
8.4. Основы построения
цифровых коммутационных станций
Назначение и состав оборудования цифровых коммутационных
станций. Цифровые коммутационные станции представляют собой
полностью электронные системы, в которых коммутируются циф-
ровые сигналы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В коммута-
ционном поле АТСЦ включаются входящие и исходящие тракты
цифровых каналов на скорости 2,048 Мбит/с или кратной ей. Со-
единение между абонентами устанавливается на скорости 64 кбит/с
в каждом направлении передачи речи, т.е. коммутация всегда осу-
ществляется по четырехпроводной схеме.
Цифровые АТС строятся на базе микроэлектронных компонен-
тов общего и специального применения. В общем виде цифровую
367
АТС можно представить как совокупность относительно большого
числа периферийных устройств и устройств управления. В перифе-
рийные устройства включаются абонентские и соединительные ли-
нии, а также устройства обработки и формирования тональных и
речевых сигналов. Периферийные устройства являются объектами
управления со стороны устройств управления в процессе обслужи-
вания вызовов, создаваемых абонентами телефонной сети. Устрой-
ства управления строятся на базе микропроцессоров и микроконт-
роллеров.
На рис. 8.10 представлена обобщенная функциональная схема
АТСЦ.
Станция включает в себя: цифровое коммутационное поле (КП),
периферийные устройства (ПУ), управляющее устройство (УУ) и
внешние устройства (УВ). К основным периферийным устройствам
относятся блоки: аналоговых (БАЛ-А) и цифровых (БАЛ-Ц) абонен-
тских линий, аналоговых (БСЛ-А) и цифровых (БСЛ-Ц) соедини-
тельных линий, блок тональных и речевых сигналов (БТРС).
В КП включаются внутристанционные каналы Е1. Внутри КП
производятся соединения между каналами Е0 в соответствии с тре-
бованиями абонентов на установление соединений. Поскольку ка-
налы Е0 находятся в разных временных позициях, построение КП
основывается на оперативной памяти, хранящей содержимое каналь-
ных интервалов входящих потоков каналов Е1.
Каждый блок ПУ включается в КП одним каналом Е1.
Блок БАЛ-А предназначен для включения двухпроводных анало-
говых абонентских линий, которые заканчиваются аналоговыми те-
лефонными аппаратами с тональным и импульсным способами на-
бора номера. Каждая аналоговая абонентская линия (АЛ-А) вклю-
чается в абонентский комплект (АК). АК выполняет следующие фун-
кции: прием от телефонного аппарата сигналов: вызова станции,
импульсов набора номера постоянным током, отбоя; посылка в АЛ
сигнала вызова; питание ТА постоянным током. За АК следует диф-
система (ДС), служащая для перехода с двухпроводного тракта на че-
тырехпроводной и наоборот. Затем в аналого-цифровом преобразо-
вателе (АЦП) происходит преобразование речевых и других аналого-
вых сигналов в сигналы ИКМ и наоборот. В состав БАЛ-А входит муль-
типлексор/демультиплексор (MUX). При передаче речи от каждого
АЦП к MUX передается цифровой поток со скоростью 64 кбит/с,
368
который в MUX объединяется с такими же потоками от других АЦП.
В результате на выходе MUX образуется цифровой поток со скорос-
тью 2048 кбит/с, содержащий 32 временных канальных интервала
(КИ). На входе MUX от КП принимается аналогичный поток со ско-
ростью 2048 кбит/с, который в MUX разделяется между АЦП на 32
потока со скоростью 64 кбит/с. Каждая пара одноименных КИ в трак-
тах передачи и приема канала Е1 закреплены за одной АЛ. Для уп-
равления абонентскими комплектами блока БАЛ-А используется пе-
риферийный микроконтроллер (ПМКлк). Микроконтроллер обес-
печивает прием от УУ через общую шину (СВ) сигналов управления
абонентскими комплектами для посылки вызова по абонентской
линии, тестирования АЛ. Этот же микроконтроллер сканирует або-
нентские комплекты, обнаруживает изменения их состояний и пе-
редает через СВ в УУ сигналы: вызова, ответа и отбоя от абонента;
импульсы набора номера декадным способом.
Блок БАЛ-Ц предназначен для включения цифровых абонентс-
ких линий (АЛ-Ц) с базовым доступом 2B+D. В блоки могут вклю-
чаться АЛ-Ц с интерфейсами U или S. На рис. 8.10 показан пример с
интерфейсами S, в которые включаются четырехпроводные АЛ-Ц.
Каждая абонентская линия включается в интерфейс базового досту-
па (BRI). В состав интерфейса входят следующие функциональные
устройства:
— внешнее устройство (ВУ), обеспечивающее согласование на
физическом уровне с линейными трактами АЛ-Ц и имеющее галь-
ваническую развязку с линейными цепями и устройства защиты от
повышенных напряжений;
— формирователь циклов (ФЦ), который служит в направлении
передачи — для формирования циклов по 48 бит длительностью 250
мкс; при приеме — для выделения из входящего потока циклов по
48 бит длительностью 250 мкс и контроля над цикловой последова-
тельностью, а также вставляет в поток и выводит из потока данные
канала сигнализации D; через ФЦ в исходящий поток вставляются
синхросигналы от устройства синхронизации (УС).
В один блок БАЛ-Ц можно включить до 16 линий АЛ-Ц, причем
на каждую линию приходятся два КИ в канале Е1.
В блок БАЛ-Ц входит мультиплексор/демультиплексор MUX.
Периферийный микроконтроллер ПМКВИ обрабатывает и форми-
рует кадры данных сигнальных каналов D (скорость 16 кбит/с).
369
<оО
о
Рис. 8.10. Обобщенная функциональная схема АТСЦ
Блок БСЛ-А применяется на цифро-аналоговых сетях для связи
цифровых АТС с аналоговыми станциями. В блок можно включить
до 32 аналоговых соединительных линий (СЛ-А), каждой из кото-
рых соответствует комплект СЛ (КСЛ) и АЦП. Комплект КСЛ обес-
печивает взаимодействие со встречной АТС. Комплекты КСЛ могут
быть разных типов, что зависит от способа организации СЛ и от типа
межстанционной сигнализации. На сетях ОбТС чаще всего приме-
няются трехпроводные СЛ и СЛ, организованные по четырехпро-
водным каналам ТЧ. На трехпроводных СЛ применяется сигнали-
зация с кодированием постоянным током, а на каналах ТЧ — специ-
ализированная одночастотная сигнализация или многочастотная
сигнализация кодом «2 из 6» (Rl,5) с передачей сигналов по разго-
ворным трактам. Комплекты КСЛ также необходимы при исполь-
зовании на пучках СЛ выделенных сигнальных каналов, организо-
ванных по аналоговым системам передачи. В состав БСЛ-А входит
мультиплексор/демультиплексор MUX. Для управления комплекта-
ми КСЛ используется периферийный микроконтроллер ПМКксл.
Блок БСЛ-Ц служит для организации цифровых СЛ с помощью
цифрового канала Е1. Внутри канала Е1 за каждой цифровой СЛ
(СЛ-Ц) закрепляется один канальный интервал (КИ) и можно орга-
низовать 30 или 31 соединительную линию. Если в канале Е1 один
из КИ (обычно КИ16), кроме КИО, используется для сигнализа-
ции, то число СЛ-Ц достигает 30, в противном случае — 31 (КИ16
также используется для образования СЛ). На сети ISDN канал Е1
необходим для организации интерфейса первичного доступа (PRI)
со структурой 30B+D. В этом случае с помощью КИ1...КИ15 и
КИ 17...КИ31 образуются 30 каналов В, а КИ16 отводится под сиг-
нальный канал D. Блок БСЛ-Ц содержит следующие функциональ-
ные устройства.
Внешнее устройство (ВУ), которое обеспечивает согласование на
физическом уровне с линейным трактом в соответствии со стандар-
том G.703 и имеет гальваническую развязку с линейными цепями и
устройства защиты от повышенных напряжений.
Формирователь циклов (ФЦ), который служит в направлении пе-
редачи — для формирования циклов длительностью 125 мкс и по-
следовательности канальных интервалов КИ0...КИ31 внутри каж-
дого цикла; при приеме — для выделения из входящего потока ка-
нальных интервалов и контроля над цикловой последовательностью.
372
Кроме этого, ФЦ позволяет вставлять и выводить информацию из
канала сигнализации (для чего обычно предназначен КИ16), а так-
же выделить КИО, содержащий синхросигналы.
f Буферная память (БП), необходимая для хранения содержимого
канальных интервалов трактов приема и передачи канала Е1 с це-
лью обеспечения синхронизации цифровых потоков 2 Мбит/с внут-
ри станции и в линейном тракте.
Периферийный микроконтроллер ПМКЕ1, обеспечивающий при-
ем и передачу сигнальной информации по КИ16 или иному КИ, кро-
ме КИО, а также обмен сигнальной информацией с УУ. ПМКЕ1 мо-
жет работать с одной из систем сигнализации по выделенным кана-
лам или по общему каналу сигнализации. В сети ISDN в ПМКЕ1 про-
исходит обработка кадров в канале D (скорость потока 64 кбит/с) по
протоколу LAPD уровня 2.
Устройство синхронизации (УС), обеспечивающее работу цифро-
вой АТС в сети тактовой синхронизации (ТСС) в принудительном
режиме. В УС синхросигналы выделяются из КИО входящего пото-
ка канала Е1. Сформированные в УС тактовые синхроимпульсы
(ТСИ) передаются в устройство тактовой синхронизации (УТС) УУ.
В зависимости от типа АТСЦ в один блок БСЛ-Ц может быть
включено до 16 каналов Е1.
Блок тональных и речевых сигналов БТРС предназначен для при-
ема и передачи тональных сигналов разного назначения, а также для
формирования и передачи речевых сообщений. С помощью данно-
го блока для абонентов могут образовываться конференции.
В блоке принимаются от телефонных аппаратов частотные сиг-
налы методом DTMF (приемники nDTME) и от соединительных ли-
ний многочастотные сигналы кодом «2 из 6» (Rl,5) или иным кодом
(приемники многочастотные ПМ). От блока в сторону соединитель-
ных линий передаются многочастотные сигналы кодом «2 из 6» (RI,5)
или иным кодом (датчики многочастотные ДМ). При обмене мно-
гочастотными сигналами в одном процессе установления соедине-
ния всегда участвует один ПМ и один ДМ. Генератор тональных сиг-
налов (ГТС) служит д ля передачи известительных сигналов абонен-
там частотой 425 Гц: ответа станции, контроля посылки вызова и «за-
нято». Генератор речевых сигналов (ГРС) применяется для передачи
абонентам коротких речевых сообщений, например: «Ждите, не кла-
дите трубку».
373
Приемник, датчик или генератор подключается к абонентской
или соединительной линии во время установления соединения через
коммутационное поле.
Для создания конференций служит комплект конференц-связи
(ККС), входящий в блок БТРС. В ККС происходит цифровое сум-
мирование речевых сигналов, поступающих от участников конфе-
ренции, вследствие чего обеспечивается режим конференц-связи,
состоящий в том, что когда один из участников говорит, его слы-
шат все, причем одновременно могут говорить несколько участни-
ков. В зависимости от емкости на АТСЦ од новременно может быть
организовано множество конференций с разным числом участни-
ков в каждой. Чаще всего организуются конференции с тремя уча-
стниками. Максимальное число участников в конференции обыч-
но достигает 8—30.
В современных цифровых станциях функции блока БТРС выпол-
няются одним или несколькими цифровыми сигнальными процес-
сорами (DSP), которые входят в состав УУ.
Управляющее устройство станции (УУ) совместно с периферий-
ными микроконтроллерами обеспечивает установление соединений,
предоставление дополнительных услуг, мониторинг и администри-
рование станции. УУ управляет работой КП и периферийных уст-
ройств: БАЛ-А, БСЛ-А, БАЛ-Ц, БСЛ-Ц и БТРС. Управляющая ин-
формация передается между УУ и периферийными микроконтрол-
лерами в обоих направлениях по общей шине (СВ — Common Bus).
По этой же шине осуществляется управление коммутационным по-
лем. В состав УУ входит электронная управляющая машина (ЭУМ),
построенная на базе одного или нескольких микропроцессоров.
С целью повышения надежности, УУ может быть построено на двух
ЭУМ. Используются два варианта использования двух ЭУМ. Во-пер-
вых, вариант горячего резервирования, когда управление станцией
производится от одной — основной ЭУМ, а вторая ЭУМ — резерв-
ная. Если основная ЭУМ становится неработоспособной, управле-
ние станцией передается резервной ЭУМ. Во-вторых, две ЭУМ рабо-
тают с разделением нагрузки, когда каждая из машин в среднем об-
служивает половину поступающих вызовов. При неработоспособно-
сти одной из ЭУМ, другая машина принимает на себя всю нагрузку.
Общая шина СВ обычно реализуется на базе одного из стандар-
тных протоколов передачи данных по последовательным трактам.
374
Она может представлять собой двусторонний канал передачи дан-
ных, работающий по протоколу HDLC в режиме «ведущий—ведо-
мый» (master—slave), причем ведущим является УУ, а ведомым —
каждый периферийный микроконтроллер.
К внешним устройствам, связанным с УУ, относятся: автома-
тизированное рабочее место оператора по техническому обслужи-
ванию (АРМТО); накопитель программ и базы данных (НПД), ре-
ализованный на магнитном жестком диске, компакт-диске, маг-
нито-оптическом диске или флэш-памяти. С помощью АРМТО
обеспечиваются мониторинг и администрирование одной или
множества коммутационных станций. Рабочее место создается на
базе персонального компьютера. В состав станции может входить
несколько АРМ, разделяющихся по выполняемым функциям,
например, один АРМ служит только для мониторинга, а другой —
только для администрирования. При необходимости к УУ может
быть подключен АРМ тарификации, служащий для формирова-
ния базы данных по начислению платы за предоставленные або-
нентам станции услуги. Для подключения АРМ к УУ использу-
ются интерфейсы разных типов, среди которых нашли примене-
ние: RS232, SO, 10/100Base-T (сеть Ethernet), Х.25. Хранящиеся в
накопителе программы работы являются универсальными для всех
станций одного типа, а база данных — индивидуальна для конк-
ретной станции, так как она хранит данные по конфигурации стан-
ции, условиям работы станции на сети связи (нумерация, меж-
станционная сигнализация и многое другое). Программы и база
данных считываются с накопителя управляющим устройством при
каждой новой загрузке станции.
В станциях разных типов по сравнению с рассмотренной обоб-
щенной схемой цифровой АТС могут быть следующие отличия.
Рассмотренная обобщенная функциональная схема АТСЦ (см.
рис. 8.10) в наибольшей степени отражает построение учрежденчес-
ких АТС. В цифровых АТСЦ большой емкости, предназначенных для
применения на сети общего пользования, по сравнению с рассмот-
ренной обобщенной схемой цифровой АТС, могут быть следующие
отличия.
Подключение абонентских линий к КП происходит с концент-
рацией нагрузки. В этом случае перед MUX должен стоять цифро-
вой концентратор. В зависимости от коэффициента концентрации,
375
количество абонентских линий может быть в 2—8 раз больше, чем
количество каналов ЕО, образованных между мультиплексором або-
нентских линий и КП.
В ряде АТСЦ связь между УУ и периферийными контроллерами
осуществляется по выделенным двусторонним каналам, образован-
ным по постоянной схеме через КП.
Построение АТСЦразной емкости. Цифровые АТС имеют модуль-
ное построение. Модуль представляет собой законченный конструк-
тив, на котором устанавливаются блоки станции, обычно выполнен-
ные в виде съемных плат. Каждый блок выполняет функции одного
из устройств АТСЦ.
В дальнейшем рассматривается построение АТСЦ, наиболее свой-
ственное учрежденческим АТС.
В зависимости от емкости, станция может строиться из одного
или множества модулей. При построении цифровой АТС из множе-
ства модулей в ней может использоваться распределенное или цент-
рализованное управление.
При распределенном управлении каждый модуль включает в себя
все основные узлы цифровой АТС: КП, УУ и периферийные устрой-
ства (ПУ). При централизованном управлении в одном из модулей
находится общее для всех модулей — центральное управляющее уст-
ройство, взаимодействующее с периферийными контроллерами пе-
риферийных устройств разных модулей.
Рассмотрим вначале построение АТСЦ с распределенным управ-
лением.
На рис. 8.11 показаны схемы построения АТСЦ с распределен-
ным управлением. Станция может строиться из одного модуля
(рис. 8.11, а), в который включаются абонентские и соединитель-
ные линии. В зависимости от типа АТСЦ в один модуль можно
включить от нескольких десятков до примерно 700 абонентских
линий.
Для увеличения емкости, станция строится из двух и более мо-
дулей одинакового типа (рис. 8.11, би в). Модули соединяются
между собой межмодульными линиями (МЛ). Такие линии могут
быть электрическими, на которых организованы каналы Е1 или
оптическими, на которых образованы стандартные (например,
STM1) или специализированные цифровые каналы. В случае ка-
налов Е1 с электрическими интерфейсами, для организации МЛ
376
Рис. 8.11. Схемы построения АТСЦ с распределенным управлением
используется часть от общего числа каналов Е1, предназначенных
для СЛ-Ц. Если между модулями включена оптическая линия, то
все каналы Е1 могут служить для организации внешних соедини-
тельных линий.
В станции с двумя и более модулями трафик замыкается как внут-
ри од ного модуля, так и между модулями. На рис. 8.12 показаны при-
меры соединений между абонентскими линиями (соединительные
пути изображены пунктирными линиями) внутри модулей и между
377
Рис. 8.12. Примеры соединений
между абонентскими линиями
ними. Аналогичным образом осуще-
ствляются соединения между соеди-
нительными линиями.
При числе модулей более двух
станция строится либо только из пе-
риферийных модулей, либо с приме-
нением транзитного модуля. Под пе-
риферийным понимается модуль, в
который включаются абонентские
и/или соединительные линии.
В случае станции с периферийны-
ми модулями, последние соединяют-
ся по звездообразной (рис. 8.11, би в)
или по полносвязной схеме и между
модулями обычно образуются каналы
Е1 с электрическими интерфейсами.
Звездообразная схема встречается чаще и в такой станции один из
периферийных модулей осуществляет транзитные соединения (на
Рис. 8.13. Станция с транзитным модулем
рис. 8.11, би в—модуль М4).
В станции с транзитным
модулем выделяется отдель-
ный модуль, служащий толь-
ко д ля транзитных соедине-
ний между периферийными
модулями. На рис. 8.13 пока-
зана схема станции с тремя
периферийными модулями и
транзитным модулем ТМ. В
состав модуля ТМ входят
коммутационное поле и уп-
равляющее устройство.
При построении АТСЦ с
централизованным управле-
нием можно выделить два
основных варианта: с цент-
рализованным и распреде-
ленным коммутационным
полем. В первом варианте
378
коммутационное поле находится только в модуле с центральным
управляющим устройством (центральный модуль — МЦ) (рис. 8.14, а).
Во втором варианте коммутационное поле находится либо по всех
модулях станции (рис. 8.14, б), либо в некоторых из них. Перифе-
рийные устройства могут быть в любом из модулей станции. В слу-
чае централизованного коммутационного поля весь график про-
ходит через центральный модуль. Когда коммутационное поле
распределено между модулями станции, центральный модуль вы-
полняет транзитные соединения между модулями станции, а при
включении в него периферийных устройств — выполняет оконеч-
ные соединения. Коммутационное поле нецентрального модуля
обычно замыкает трафик для оконечных соединений, хотя воз-
можна передача всего трафика центральному модулю. В последнем
случае КП нецентрального модуля служит для концентрации гра-
фика.
Основываясь на основных вариантах, станции с централизован-
ным управлением могут иметь разные конфигурации, что в первую
очередь зависит от емкости АТСЦ. В качестве примеров рассмотрим
АТСЦ типа Meridian 1 и Definity.
При построении станции Meridian 1 емкостью до 1000 портов
(опция 51 С) потребуется один МЦ, получивший название базово-
сетевой модуль, в который включается до четырех абонентских мо-
дулей (МА), названных модулями интеллектуальной периферии
(рис. 8.15, гг). В состав модулей МА входят периферийные устрой-
ства и в каждый из модулей включается до 256 абонентских линий
Рис. 8.14. Построение АТСЦ с централизованным управлением
379
Рис. 8.15. Построение станции Meridian 1,
опции51Си61С
(допускается также включать
аналоговые соединительные
линии). Станция Meridian 1,
рассчитанная на емкость до
2000 портов (опция 61), имеет
два центральных модуля МЦО
и МЦ1 (рис. 8.15, б), обеспечи-
вающих дублированное управ-
ление. В каждый центральный
модуль можно включить до че-
тырех модулей МА. Коммута-
ционные поля МЦО и МЦ1 со-
единены между собой, что не-
обходимо для пропуска тра-
фика между абонентскими и
соединительными линиями,
относящимися к разным цент-
ральным модулям. При этом со-
единения между линиями од-
ного центрального модуля про-
ходят через КП этого модуля, а
между линиями двух централь-
ных модулей — через коммута-
ционные поля МЦО и МЦ1. Уп-
равление вызовами осуществ-
ляется от ЦУУ МЦО или МЦ1.
Станция Meridian 1 с макси-
мальной емкостью 16 000 пор-
тов (опция 81 С) также имеет
два центральных модуля МЦО и
МЦ1 (рис. 8.16) и в них, кроме
модулей МА, включаются сете-
вые модули МС. В сетевой мо-
дуль обязательно входит КП и
могут входить ПУ. В один МЦ
допускается включать до 8 МС,
а в один МС — до 4 МА. Для модулей МА, включенных в модули
МС, трафик проходит либо через КП одного МС, либо через комму-
380
Рис. 8.16. Построение станции Meridian 1, опция 81С
тационные поля двух МС и одного МЦ, либо через коммутацион-
ные поля двух МС, включенных в разные МЦ, и двух МЦ.
АТСЦ Definity может быть построена из модулей трех типов, один
из которых центральный модуль.
При относительно небольшой емкости станция Definity строится
с применением структуры, приведенной на рис. 8.14, а, в которой
число нецентральных модулей не превышает двух. В развитие такой
структуры периферийные модули (МП) могут соединяться прямы-
ми линиями (рис. 8.17, а). В станции Definity модуль МЦ назван PPN,
а модули МП, получили название EPN. Связь между модулями МП
повышает живучесть станции: станция сохраняет полную работо-
381
Рис. 8.17. Построение станции Definity
способность при неработоспособности одной из линий между мо-
дулями МЦ и МП. Дальнейшее расширение емкости станции Definity
происходит с использованием модуля коммутационного поля (МКЛ)
и структурой, приведенной на рис. 8.17, б. Через коммутационное
поле модуля МКЛ осуществляются транзитные соединения между
любой парой модулей МП и между модулем МЦ и любым модулем
МП. Коммутационное поле модуля МКЛ также используется для со-
единений между абонентами одного модуля МП.
Используя приведенные структуры, станция Definity может
строиться в широких пределах емкости: от нескольких десятков
до 25 000 номеров.
Сравнивая построение станций с распределенным и централизо-
ванным управлением можно сделать следующие выводы.
В станциях с централизованным управлением требуется высокая
производительность ЦУУ, в значительной степени зависящая от ем-
кости станции. Также предъявляются высокие требования к надеж-
ности ЦУУ, так как неработоспособность ЦУУ приводит к прекра-
щению предоставления услуг для всех абонентов станции. Повыше-
382
ние надежности обычно достигается дублированием ЦУУ (на рисун-
ках второе ЦУУ показано пунктиром). К преимуществу таких стан-
ций следует отнести более простую реализацию систем мониторин-
га и администрирования всех модулей станции, так в ЦУУ собира-
ются данные о состоянии оборудования всех модулей и в нем нахо-
дится база данных для всех модулей.
При распределенном управлении от управляющего устройства
модуля требуется относительно невысокая производительность, за-
висящая только от емкости одного модуля. В таких станциях дубли-
рование УУ предусматривается обычно только для модулей, осуще-
ствляющих транзитные соединения. Это объясняется тем, что при
выходе из строя УУ одного из оконечных модулей, произойдет пре-
кращение предоставления услуг только для части абонентов. В стан-
ции с распределенным управлением сложнее осуществлять монито-
ринг и администрирование. Эти функции отдельно выполняются в
каждом из модулей. Для централизации системы мониторинга и ад-
министрирования один из модулей осуществляет обмен данными с
другими модулями, а также взаимодействие с рабочим местом опе-
ратора техобслуживания. В этом случае необходимо выделить допол-
нительные ресурсы по обмену данными внутри станции.
8.5. Способы построения
цифрового коммутационного поля
В основу построения цифрового коммутационного поля заложе-
на ступень временндй коммутации (СВК), обозначаемая буквой Т
(Time — время). Кроме СВК, цифровое КП может включать в себя
ступень пространственной коммутации (СПК), для которой приня-
то обозначение S (Space — пространство). Структура цифрового КП
зависит от требуемой емкости АТС. В учрежденческих АТС чаще
используется структура типа Т, в станциях большой емкости — типа
T-S-T, T-S-S-T, T-S-S-S-T. Возможны другие структуры, из которых
следует выделить кольцевую структуру.
Структура типа Т представляет собой одну ступень временндй
коммутации, включающей такие обязательные узлы как речевое за-
поминающее устройство (РЭУ) и управляющую память (УП). В РЭУ
хранится закодированная речевая информация, а в УП — информа-
ция о соединениях между канальными интервалами трактов приема
и передачи каналов Е1. На рис. 8.18 представлена функциональная
383
384
схема цифрового КП, обеспечивающего соединения между каналь-
ными интервалами Мцифровых первичных трактов приема. Ком-
мутационное поле включает в себя: РЗУ, имеющее Nячеек памяти;
УП с таким же количеством ячеек памяти; мультиплексор (MX), име-
ющий Л/входов и один выход; демультиплексор (DX), имеющий один
вход и Мвыходов; регистры приема (Рг) и передачи (Ре). Количе-
ство ячеек речевого ЗУ соответствует общему количеству канальных
интервалов Л/цифровых трактов: N- Л/*31 (счет ячеек идет от нуля).
Емкость ячейки РЗУ соответствует длине содержимого одного ка-
нального интервала (КИ) канала Е1, равной одному байту.
Управляющая память получает от управляющего устройства стан-
ции и хранит данные о соединениях между канальными интервала-
ми трактов приема и передачи каналов Е1. Управляющее устройство
формирует такие данные в соответствии с заявками абонентов на
установление соед инений через АТСЦ. Управляющая память управ-
ляет чтением информации из РЗУ. Мультиплексор MX объединяет
цифровые входящие потоки от регистров Рг и передает объединен-
ный поток на вход записи РЗУ. Демультиплексор DX принимает с
выхода РЗУ объединенный поток и разделяет его на М исходящих
потоков, передаваемых на регистры Ре. MX и DX производят опера-
ции с однобайтными словами в параллельном коде.
Регистры Рг производят преобразование сигналов, поступающих
по цифровым трактам, из последовательного кода в параллельный.
Регистры Ре производят обратное преобразование. В каждый регистр
записывается один байт данных, относящийся к одному КИ.
Рассмотрим работу КП во времени (рис. 8.19). Общий цифровой по-
ток на выходе MX содержит N канальных интервалов (КИ-0... КИ-N).
Длительность одного канального интервала в общем потоке в Л/раз
меньше, чем канального интервала одного цифрового тракта. В даль-
нейшем рассматриваются канальные интервалы общего потока. По
окончании каждого КИ, его содержимое на выходе MX записывает-
ся в ячейку РЗУ, причем номер КИ совпадаете номером ячейки РЗУ.
В начале каждого КИ из УП считывается адрес ячейки РЗУ (АДР ЧТ),
в соответствии с которым содержимое выбранной ячейки читается
из РЗУ и поступает на вход DX. При этом в каждой ячейке УП запи-
сан адрес ячейки РЗУ, из которой читается информация. В УП адре-
са ячеек РЗУ совпадают с номерами канальных интервалов в общем
потоке на выходе РЗУ. На рис. 8.18 и 8.19 вьщелен пример соединения
25-3936
385
Рис. 8.19. Принцип работы коммутационного поля со структурой типа Т
КИ-К на выходе MX и КИ-J на входе DX. В соответствии с рис. 8.19
также соединены следующие канальные интервалы (слева КИ на
выходе MX, справа КИ на входе DX): КИ-1...КИ-?/, КИ-2 — КИ-1.
Приведенные соединения канальных интервалов повторяются в
каждом цикле первичного цифрового потока с периодичностью
Тц=125 мкс ( TJj — длительность одного цикла первичного потока).
Из рис. 8.19 видно, что в процессе временндй коммутации по-
является задержка информации, что связано с несовпадением во
времени соединяемых канальных интервалов. На задержку также
влияет относительное расположение во времени одноименных ка-
нальных интервалов трактов приема и передачи. Задержка опреде-
ляется между моментами записи в /-ю ячейку РЗУ и чтения из нее
(на рис. 8.19 — длительность /3). Длительность задержки будет тем
меньше, чем меньше отставание канального интервала тракта пере-
дачи от канального интервала тракта приема, с которым он соеди-
нен. Минимальная длительность задержки изменяется в пределах от
О до длительности одного КИ в общем потоке. Максимальная дли-
тельность задержки приближается к длительности цикла первично-
го цифрового потока — 125 мкс. Из рис. 8.19 нетрудно заметить, что
в рассматриваемом случае самая маленькая задержка будет при
386
соединении между КИ-1 — КИ-2, а максимальная — между КИ-2 —
КИ-1. Отметим, что в последнем случае содержимое КИ-1, записан-
ное в РЗУ в одном цикле (например, в цикле 2), будет прочитано из
ячейки 2 РЗУ в следующем цикле (в цикле 3). Следует заметить, что
задержка происходит не только в КП, но и в других элементах, на-
пример в буферной памяти БП блока БСЛ-Ц, где она также может
достигать длительности одного цикла ПЦК.
В рассмотренном примере коммутационного поля (см. рис. 8.18)
требуется высокая скорость чтения и записи в РЗУ (запись и чтение
должны произойти за время меньше, чем 1/8 длительности одного
КИ в общем потоке). Чтобы уменьшить требования к РЗУ по скоро-
сти записи при построении КП содержимое нечетных и четных ка-
нальных интервалов попеременно записывают в два регистра Рг. При
этом пока в один регистр последовательно во времени записывается
содержимое одного КИ, из второго регистра содержимое другого КИ
записывается в РЗУ. Теперь время записи в РЗУ может составлять
длительность одного КИ в общем потоке. Скорость чтения из РЗУ
также уменьшается при использовании двух регистров Ре.
Важно заметить, что при каждом соединении внутри цифрового
КП образуются два соединительных пути: по одному в каждом на-
правлении передачи речи. На рис. 8.20 показан пример соединения
между двумя аналоговыми абонентскими линиями с телефонными
аппаратами А и Б. Соединительные пути (СП) образуются для пере-
дачи речи от А к Б (СП А-Б) и от Б к А (СП Б-А). В общем случае
соединительные пути одного соединения могут образовываться не-
зависимо друг от друга.
Емкость цифрового коммутационного поля измеряется либо
количеством включаемых трактов приема и передачи каналов Е1
(на рис. 8.18 — М х М), либо количеством канальных интервалов
каналов Е1 в трактах приема и передачи. Во втором случае пока-
затель емкости в 32 раза больше, чем в первом.
В зависимости от емкости АТС или модуля АТС емкость комму-
тационного поля типа Т изменяется от 8 х 8 (256 х 256) до 64 х 64
(2048 х 2048).
Рассматриваемый способ построения коммутационного поля по-
лучил распространение в учрежденческих АТСЦ с емкостью одного
модуля до 1000—2000 номеров. Ограничение по емкости обусловле-
но минимальным временем обращения к РЗУ. В качестве примера
387
Рис. 8.20. Соединительные пути в цифровом коммутационном поле
можно привести следующие типы АТСЦ: МиниКом DX-500, SI2000,
Meridian 1, MD110, Integral33 х Е, НгсотЗООЕ, Definity, NEAX7400.
Структура типа T-S-Tпредставляет собой две ступени временной
и одну—пространственной коммутации. На каждой ступени времен-
ной коммутации находится множество РЗУ, причем в одну ступень
включаются тракты приема, а во вторую — тракты передачи цифро-
вых потоков. Ступень пространственной коммутации служит для пе-
рераспределения информации, записываемой в ячейки РЗУ трактов
приема, между ячейками РЗУ трактов передачи. На рис. 8.21 приведе-
на функциональная схема КП со структурой T-S-T для случая, когда
в одно РЗУ включается М цифровых первичных трактов, а число РЗУ
на ступени Т равно L. Ступень S представляет собой координатную
матрицу с одинаковым числом входов и выходов, равным L.
На рис. 8.22 показана схема, иллюстрирующая принцип простран-
ственной коммутации. На схеме приведен пример, когда через каждый
вход и выход матрицы передается цифровой поток из 4 канальных
интервалов с номерами 1—4. В каждой точке пересечения координат
находится 8-проводный электронный ключ. В течение длительности
388
Рис. 8.21. Коммутационное поле со структурой типа T-S-T
одного КИ через каждый ключ передается один байт информации. По
окончании времени, равного четырем КИ, на выходах образуются по-
токи с перераспределенными по сравнению с входами канальными
интервалами. В течение одного КИ в матрице одновременно могут быть
открыты от 1 до L ключей.
Каждая ступень коммутации имеет управляющую память. На сту-
пени Т каждому РЗУ соответствует свой блок управляющей памяти (УП,-
и У Пр. На первой ступени Г управляющая память осуществляет чте-
389
4 32 1
432 1
! г IТ ГГ
4 3 2 1
L
Рис. 8.22. Принцип пространственной
коммутации
О —электронный
. ключ
□ -КИ4
ние данных из РЗУ,-, а на вто-
рой — запись данных в РЗУу-.
На ступени S память УП5 уп-
равляет открытием электрон-
ных ключей матрицы. В про-
цессе работы КП в РЗУ,- пер-
вой ступени Т записывается
содержимое канальных ин-
тервалов М входящих первич-
ных трактов, а из РЗУу- второй
ступени Т считывается со-
держимое ячеек, которое пе-
редается канальным интерва-
лам //исходящих первичных
трактов.
В результате под действи-
ем УП речевая информация из ячеек речевых ЗУ первой ступени Т
переписывается через ступень S в речевые ЗУ второй ступени Т. При
этом могут быть соединены любые два КИ входящего и исходящего
цифровых потоков. На рис. 8.21 показан пример соединения каналь-
ного интервала т РЗУ,- с канальным интервалом п РЗУу-. Такое со-
единение происходит за произвольный внутристанционный каналь-
ный интервал, которому соответствуют ячейки /^управляющей па-
мяти трех ступеней коммутации. В ячейке /ГУП,- записано число т, а
в ячейке ЛУПу-—число п, что необходимо д ля чтения данных из ячей-
ки т РЗУ, и их записи в ячейку п РЗУу. В ячейке /ГУП5 записаны
координаты точки пересечения входа i и выхода j. В этой же ячейке
могут быть записаны координаты других точек матрицы, если в это
же время соединения проходят в других точках пересечения матрицы.
В рассматриваемое коммутационное поле можно включить £*М
каналов Е1. Емкость поля со структурой T-S-T намного больше, чем
поля со структурой Т. Максимальная емкость КП соответствует струк-
туре T-S-S-S-T и в такое поле можно включить более 2000 каналов Е1.
Цифровые коммутационные поля строятся на основе специа-
лизированных микросхем, в выводы которых включаются тракты
цифровых потоков со скоростью 2 Мбит/с (один канал Е1), 4 Мбит/с
(два канала Е1), 8 Мбит/с (четыре канала Е1). При скорости более
2 Мбит/с на АТС производится мультиплексирование и демульти-
390
Кольцо
Коммутационный элемент
Рис. 8.23. Коммутационный элемент
с кольцевой структурой
плексирование двух или че-
тырех каналов Е1.
Коммутационные поля с
рассматриваемой структурой
получили распространение в
АТСЦ большой емкости, на-
пример, в станциях EWSD,
5ESShAXE-10.
Кольцевая структура. Та-
кое коммутационное поле
строится из множества эле-
ментов. Внутри каждого эле-
мента образовано транспорт-
ное кольцо. На рис. 8.23 по-
казана схема коммутацион-
ного элемента с кольцевой
структурой, на основе кото-
рого строятся коммутацион-
ные поля цифровых АТС. В состав коммутационного элемента вхо-
дят 16 портов, в каждый из которых включается один канал Е1. Порт
имеет два узла: приема — R и передачи — Т. Все порты включаются в
общее кольцо, внутри которого циркулирует цифровой поток. Трак-
ты передачи и приема включаются раздельно в соответствующий
ключ (А). Ключи трактов приема обеспечивают введение цифровых
потоков портов в поток кольца, а ключи трактов передачи — выде-
ление из потока кольца потоков приема портов. Ключи открывают-
ся в течение действия управляющих сигналов SiR и SiT, где i — но-
мер порта. В узлах RnTнаходится по одному РЗУ. Принцип дей-
ствия коммутационного элемента состоит в том, что в течение одно-
го цикла ИКМ-30 (125 мкс) данные через кольцо переписываются
из РЗУ узлов R в РЗУ узлов Тпортов. На рис. 8.24 показана функци-
ональная схема части коммутационного элемента с портами I и J и с
двумя ключами кольца. Для порта I показан только узел R, а для порта
J — только узел Т В узлы RhTвходят по одному РЗУ, одному регис-
тру приема (Рг) и передачи (Ре). Узел 7’также содержит управляю-
щую память (УП) на 512 ячеек. РЗУ имеет 32 однобайтовых ячейки
памяти, что позволяет хранить содержимое всех канальных интер-
валов одного цикла ИКМ. В течение каждого цикла в ячейки РЗУ£
391
Рис. 8.24. Функциональная схема части коммутационного элемента
записывается содержимое всех КИ, причем номера ячеек соответ-
ствуют номерам канальных интервалов. Чтение из ячеек P3Yj также
происходит в установленном порядке, начиная с 0 и заканчивая
31 ячейкой. Интервал, отведенный на чтение, в 16 раз короче, чем
интервал записи. В P3Yj запись происходит под действием УП, а чте-
ние в порядке следования канальных интервалов в тракте передачи.
В результате чтения из P3Yj формируется поток в тракте передачи
канала Е1. Интервал, отведенный на запись в P3Yj в 16 раз короче,
чем чтение. В цифровом потоке кольца организованы канальные ин-
тервалы, число которых равно сумме всех КИ каналов Е1, включен-
ных в коммутационный элемент — 512. Заметим, что скорость пото-
ка внутри кольца в 16 раз больше, чем в канале Е1. Процесс комму-
тации поясняется временндй диаграммой, приведенной на рис. 8.25.
Предположим, что надо произвести коммутацию между КИ-8 кана-
ла Е1, включенного в порт I, и КИ-19 канала Е1, включенного в порт J.
Управляющее устройство выбирает в кольце для данного соединения
один из свободных интервалов, например, КИ-103. Когда соедине-
ние установлено, в коммутационном элементе происходит следующее.
В конце КИ-8 его содержимое записывается в 8 ячейку P3Yj. Перед
392
началом КИ-103 содержимое
8 ячейки считывается в Ре, а за-
тем однобайтовое кодовое сло-
во в последовательном коде
передается на вход ключа.
В течение КИ-103 поступают
сигналы и Л]у И оба ключа
открыты. Поэтому кодовое
слово из Ре порта I переписы-
вается в Рг порта J. По окон-
чании КИ-103 под действием
УП кодовое слово из Рг запи-
сывается в 19 ячейку P3Yj. В на-
чале КИ-19 канала Е1 кодовое
слово из 19 ячейки переписы-
вается в Ре и далее в последо-
Рис. 8.25. Процесс коммутации в КП
с кольцевой структурой
вательном коде передается по тракту канала Е1. В таком коммутаци-
онном поле нет внутренних блокировок.
Кольцевая структура с использованием рассмотренного комму-
тационного элемента нашла применение в станциях типа 1000 S12.
По такому же принципу строится коммутационное поле в станциях
Meridian 1 (опция 81) при объединении сетевых групп.
8.6. Способы построения управляющих устройств
цифровых коммутационных станций
Во всех современных цифровых АТС применяется программное
управление. Управляющие устройства строятся на основе микропро-
цессоров. Различают три классических варианта архитектуры сис-
тем управления:
— централизованное управление;
— децентрализованное, или иерархическое управление;
— распределенное управление.
При централизованном управлении в составе оборудования
станции имеется одно центральное управляющее устройство
(ЦУУ), обслуживающее коммутационное поле и все станционные
интерфейсы. Системы управления этого типа применялись в ква-
зиэлектронных АТС и в первых моделях цифровой коммутацион-
ной аппаратуры. В то время еще не выпускались микропроцес-
393
соры, а стоимость вычислительных машин, построенных на дис-
кретных компонентах или микросхемах малой степени интегра-
ции, была слишком высокой для того, чтобы оборудовать одну те-
лефонную станцию несколькими программными управляющими
устройствами.
Централизованное управление имеет ряд недостатков, главным
из которых является неудобство масштабирования: независимо от
абонентской емкости оборудование должно иметь одно и то же
дорогое ЦУУ. Поскольку от работоспособности единственного уп-
равляющего устройства зависела работа всей станции, система уп-
равления обычно дублировалась, что повышало й без того высокую
стоимость системы управления. Другой недостаток заключается в не-
эффективном использовании ресурсов самого ЦУУ, которое в про-
цессе работы должно часто переключаться от выполнения одной
программы к выполнению другой. Это вызвано необходимостью па-
раллельного исполнения управляющим устройством разнообразных
функций, связанных с многочисленными узлами АТС.
Децентрализованная система управления, справедливо называе-
мая также иерархической, характеризуется наличием одного централь-
ного и нескольких, подчиненных ему, периферийных управляющих
устройств (ПУУ). В сложных иерархических системах среди ПУУ
также могут устанавливаться отношения подчинения одних уст-
ройств другим. ЦУУ выполняет основные действия по обслужива-
нию вызовов й координирует работу периферийных управляющих
устройств, между которыми распределены вспомогательные функ-
ции. Децентрализованная система не требует полного дублирования
всех узлов. Обычно резервируется только центральное управляющее
устройство, так как отказы ПУУ приводят к прекращению обслужи-
вания небольших групп абонентов. Создание таких систем стало воз-
можным благодаря появлению микропроцессоров, использование
которых существенно снизило стоимость аппаратных средств си-
стем управления. Еще более дешевые управляющие устройства
создаются на основе интегральных схем микроконтроллеров. Мик-
роконтроллер представляет собой интегральную схему, в которой на
одном кристалле полупроводника размещены все необходимые эле-
менты программного управляющего устройства: процессор, ЗУ и
порты ввода/вывода. Микроконтроллеры применяются в ПУУ, от
которых не требуется высокая производительность.
394
Система с распределенным управлением содержит набор управля-
ющих устройств (УУ), способных равноправно обмениваться инфор-
мацией друг с другом и в более или менее равной мере участвующих
в обработке вызовов. Существуют две разновидности распределен-
ного управления: с разделением функций и с разделением нагрузки.
Первая из них предусматривает закрепление за отдельными УУ раз-
личных функций в процессе обслуживания абонентов. Например,
одно из них может обрабатывать сообщения общеканальной сигна-
лизации, другое — формировать команды включения и выключения
трактов в коммутационном поле, третье — выполнять функции та-
рификации и т.д. Система с разделением нагрузки представляет со-
бой совокупность однотипных управляющих устройств, каждое из
которых способно самостоятельно выполнить все действия по об-
служиванию вызова. При этом либо УУ закрепляются за определен-
ными группами абонентов и соединительных линий, либо все вызо-
вы равномерно распределяются между имеющимися УУ. Использо-
вание принципа распределенного управления позволяет применять
способ резервирования по схеме А+1. Несмотря на ряд важных до-
стоинств распределенного управления, таких как меньшая чувстви-
тельность к отказам отдельных узлов и хорошая масштабируемость,
его практическая реализация затруднена необходимостью создания
сложного программного обеспечения для организации взаимодей-
ствия множества УУ друг с другом.
Децентрализованные и распределенные системы относятся к
классу многопроцессорных, поскольку в составе каждого из множе-
ства управляющих устройств имеется свой микропроцессор или мик-
роконтроллер, работающий по отдельной программе. Важной харак-
теристикой многопроцессорной системы является способ органи-
зации каналов межпроцессорного обмена информацией.
Наиболее простую структуру связей между управляющими уст-
ройствами имеют иерархические (децентрализованные) системы уп-
равления. В оборудовании многих производителей ЦУУ соединяет-
ся со всеми ПУУ прямыми каналами, образуя тем самым сеть про-
цессоров с радиальной (звездообразной) структурой. Примером по-
добной сети может служить система управления станции SI2000,
представленная на рис. 8.26. Функции ЦУУ здесь выполняет управ-
ляющий процессор CVC, расположенный в блоке ССА модуля MCA.
Периферийные управляющие устройства образуют два иерархиче-
395
Рис. 8.26. Сеть процессоров с радиальной структурой
ских уровня. К первому относятся управляющие устройства в бло-
ках CDB, установленных на платах CLC модулей MLC, а второй со-
ставляют микроконтроллеры (цС) на платах аналоговых (SAC) и Циф-
ровых (SBC) абонентских интерфейсов, а также цифровые сигналь-
ные процессоры на дочерних платах DDA интерфейсов аналоговых
соединительных линий (TAB). Связь между CVC и CDB организова-
на посредством высокоскоростных каналов HSL в пределах MCA и
далее по каналам Е1 в направлении модуля MLC. В обмене инфор-
мацией здесь принимают участие цифровые сигнальные процессо-
ры коммуникационных контроллеров CDA, установленных на пла-
тах ТРС. Эти процессоры обрабатывают сообщения протокола V5.2,
используемого на участке между MCA и MLC. Взаимодействие CDB
с микроконтроллерами и цифровыми сигнальными процессорами
внутри модуля MLC осуществляется с помощью низкоскоростных
последовательных каналов LSL. В децентрализованной системе уп-
равления с радиальной сетью процессоров количество портов ЦУУ
должно соответствовать числу ПУУ, с которыми оно связано. В обо-
рудовании SI2000 роль этих портов выполняют интерфейсы кана-
лов HSL, число которых в случае необходимости может быть увели-
чено путем установки блоков IHA. Количество каналов Е1 между
396
MCA и MLC также может из-
меняться в зависимости от
числа интерфейсов ТРС и
ТРЕ.
Другой способ организа-
ции межпроцессорного взаи-
модействия заключается в ис-
пользовании общей шины. Об-
Рис. 8.27. Структура с общей шиной
щая шина представляет собой канал передачи информации, пооче-
редно используемый управляющими устройствами (рис. 8.27). Этот
способ, в отличие от предыдущего, пригоден для создания как де-
централизованных, так и распределенных систем программного уп-
равления, поскольку он позволяет взаимодействовать любой паре УУ,
подключенных к каналу. Пропускная способность совместно исполь-
зуемого канала накладывает ограничение на максимальное количе-
ство микропроцессоров, которые могут быть к нему подключены,
так что возможности масштабирования системы с общей шиной
можно оценить как весьма скромные. Чаще всего такой способ меж-
процессорного взаимодействия организуется в пределах конструк-
тивной единицы оборудования — одной печатной платы, модуля или
шкафа, а пропускная способность канала рассчитывается исходя из
максимального числа УУ, размещенных на плате или устанавливаемых
соответственно в модуль или шкаф. Применение общей шины 'в де-
централизованных системах позволяет оборудовать ЦУУ только од-
ним портом для связи с ПУУ, однако не следует забывать, что объем
передаваемой через него информации растет пропорционально ко-
личеству подключенных устройств. Эффективность использования
общей шины во многом зависит от алгоритма обеспечения доступа
к ней со стороны управляющих устройств. Например, один из алго-
ритмов разрешает всем УУ начинать передачу информации в произ-
вольные моменты времени. В таком случае, во избежание искаже-
ния информации предусматривается особый механизм разрешения
коллизий при попытках одновременного доступа к шине двух и бо-
лее устройств. Другим алгоритмом предусматривается возможность
начала обмена только по команде одного из УУ, координирующего
работу системы.
Организация межпроцессорного взаимодействия с помощью ком-
мутационного поля (рис. 8.28) позволяет избежать ограничений, свой-
397
Рис. 8.28. Межпроцессор-
ное взаимодействие через
коммутационное поле
Рис. 8.29. Полносвязная
сеть управляющих уст-
ройств
ственных общей шине. Здесь передача ин-
формации между двумя УУ происходит пос-
ле установления соединения через коммута-
ционное поле (КП). В цифровых АТС для
этих целей обычно используется основное
коммутационное поле, устанавливающее
речевые соединения. Применение много-
процессорных систем с коммутационным
полем характерно для систем распределен-
ного управления, где периоды автономной
работы отдельных УУ, как правило, более
продолжительны, чем в децентрализован-
ных системах.
Еще одна структура межпроцессорных
связей, встречающаяся при распределенном
управлении, изображена на рис. 8.29. Здесь
управляющие устройства образуют полно-
связную сеть. Для ее создания каждое УУ
должно иметь Х-1 портов, щс К— число ус-
тройств в сети.
Структура систем управления реально
существующих АТС может отличаться от
перечисленных классических моделей. На-
пример, если рассматривать способ органи-
зации межпроцессорного взаимодействия в
станции МиниКом DX-500, имеющей рас-
пределенное управление, то можно заметить, что связи между про-
цессорами внутри отдельного кластера скорее соответствуют децен-
трализованной системе. В то же время способ обслуживания вызо-
вов, при прохождении соединения через два кластера, имеет черты,
характерные как для распределенной системы с разделением нагруз-
ки, так и для системы с разделением функций.
Принцип построения отдельных УУ, объединяемых в много-
процессорную систему, практически не отличается от традицион-
ного, используемого в вычислительной технике. Управляющее уст-
ройство, построенное на микропроцессоре, содержит постоянное и опе-
ративное ЗУ, а также интерфейсы ввода/вывода информации. Простое
УУ может быть создано на одной микросхеме микроконтроллера.
398
Для решения задач обработки сигнальной информации в системах уп-
равления применяются цифровые сигнальные процессоры (Digital
Signal Processor — DSP). Они отличаются от обычных процессоров тем,
что содержат высокоскоростные последовательные интерфейсы, ра-
ботающие с внутренним запоминающим устройством DSP в режиме
прямого доступа, который позволяет выполнять ввод и вывод без пре-
рывания процесса обработки информации. Благодаря особой конст-
рукции арифметико-логического устройства цифровой сигнальный
процессор, как правило, способен выполнять операцию умножения
всего за один такт. Для работы с протоколами, использующими ин-
формационные элементы различной длины, системой команд DSP
предусмотрены операции сдвига содержимого регистра на заданное
число разрядов и извлечения из информационного слова битового
поля произвольного размера. Цифровые сигнальные процессоры спо-
собны работать как с цифровыми системами сигнализации (ОКС № 7,
EDSS1, QSIG), так и с аналоговыми, в которых применяется много-
частотное кодирование. Аналоговый сигнал после преобразования в
АЦП перед ается в DSP, где с помощью программных цифровых филь-
тров выполняется распознавание комбинации частот.
Программное обеспечение управляющих устройств сохраняется
в энергонезависимой памяти. В АТС небольшой емкости для этого
могут использоваться постоянные запоминающие устройства типа
Flash, позволяющие обновлять записанную информацию в процес-
се эксплуатации. Программное обеспечение более крупных систем
обычно хранится во внешних накопителях, связанных с УУ посред-
ством интерфейсов ввода/вывода. Если ранее преимущественно ис-
пользовались накопители на жестких магнитных дисках (HDD), то
в последнее время они в основном вытеснены более экономичными
и надежными Flash-накопителями.
Для стыковки с пультами операторов, а также с сетью монито-
ринга и администрирования, системы управления оборудуются стан-
дартными интерфейсами. В разных моделях АТС использовались
интерфейсы следующих типов:
— RS232 (рекомендация МСЭ V.24);
— интерфейс аналоговой абонентской линии, оборудованный
модемом;
- ISDN BRI;
- Ethernet (IEEE 802.3).
399
В настоящее время коммутационная аппаратура преимуществен-
но оборудуется интерфейсом локальной сети Ethernet, обеспечива-
ющим возможность удаленного доступа к системе управления через
сеть передачи данных. Во многих случаях для целей отладки и кон-
фигурирования управляющих устройств при вводе АТС в эксплуата-
цию в качестве дополнительного используется также интерфейс
RS232.
8.7. Программное обеспечение и базы данных
цифровых коммутационных станций
Программное обеспечение (ПО) управляющих устройств явля-
ется важнейшей составной частью современных систем автомати-
ческой коммутации и в значительной степени определяет их функ-
циональные возможности. Программные средства в первую очередь
поддерживают выполнение базовой функции любой АТС — они
управляют коммутационным полем и интерфейсами абонентских
и соединительных линий, обеспечивая установление соединений
между абонентами. Кроме того, ПО современных цифровых теле-
фонных станций содержит ряд функций, практическая реализация
которых стала возможной только благодаря программному управ-
лению. Среди них следует выделить предоставление абонентам раз-
личных дополнительных услуг и автоматизацию процесса техни-
ческого обслуживания, включая дистанционный мониторинг и
администрирование.
Масштабы задач, решаемых программными Средствами системы
управления коммутационным оборудованием, можно косвенно оце-
нить по количеству обслуживаемых вызовов. Для городской АТС эта
величина может превышать 100 000 вызовов в час. Сложность ПО
обусловлена как его многофункциональностью, так и тем, что про-
граммы должны выполняться в реальном масштабе времени. По мере
развития средств вычислительной техники и расширения возможно-
стей коммутационных узлов продолжает расти объем программного
обеспечения цифровых телефонных станций. Если в первой про-
граммно-управляемой АТС ESS-1 (США) емкость запоминающего ус-
тройства ЦУУ для хранения программ равнялась всего 250 тысячам
слов, то в современных многопроцессорных системах объем памяти
только одного из управляющих устройств может составлять, более
100 Мбайт. Несмотря на это, время, необходимое для создания ПО,
400
не имеет тенденции к увеличению, поскольку средства разработки
программ также постоянно совершенствуются.
Подавляющее большинство программ для современных вычис-
лительных и управляющих устройств написано на языках высокого
уровня. Языки высокого уровня не позволяют создавать программ-
ный код, абсолютно оптимальный с точки зрения использования ре-
сурсов управляющей системы, но обеспечивают максимальную про-
изводительность труда программистов. Отношение цены микропро-
цессора к его производительности на сегодняшний день настолько
низкое, что лучшим решением является создание более быстродей-
ствующего УУ, а не оптимизация ПО. Из языков высокого уровня
чаще всего используются языки С и C++. Язык низкого уровня —
ассемблер, использовавшийся на ранних этапах развития технологии
программного управления, ныне применяется редко. Он позволяет
создавать оптимальные программы, но требует больших трудозатрат.
На языке ассемблера иногда разрабатывают ПО для цифровых сиг-
нальных процессоров, когда скорость обработки информации явля-
ется первостепенным фактором.
Прежде, чем начнется написание программы, должен быт ь детально
разработан алгоритм. Формализованное представление алгоритмов
и спецификации протоколов взаимодействия являются исходными
данными, передаваемыми группам программистов. Алгоритмы ра-
боты систем управления коммутационного оборудования принято
описывать на языке спецификаций и описаний SDL (Specification
and Description Language). Этот язык, стандартизованный МСЭ (ре-
комендации серии Z. 100), содержит набор графических операторов
и правила их использования при описании систем реального време-
ни. Пример алгоритма на SDL показан на рис. 2.9 (глава 2), где опи-
сан процесс установления соединения между абонентами АТС. Не-
трудно заметить, что SDL напоминает традиционный язык записи
алгоритмов, но использует другой набор операторов.
Для разработки ПО используются инструментальные пршрамм-
ные средства. Сейчас такими средствами сопровождаются все
выпускаемые микропроцессоры, микроконтроллеры и цифровые
сигнальные процессоры. Стандартный комплекс инструментального
программного обеспечения включает в себя текстовый редактор,
компилятор для преобразования текста программы в язык машин-
ных команд микропроцессора, линкер (редактор связей), предна-
401
значенный для объединения нескольких программных модулей и
вызываемых ими функций в единую программу, а также средства
отладки. Этот комплекс устанавливается на персональном компью-
тере и позволяет программисту выполнить значительную часть ра-
боты без использования аппаратных средств той системы управле-
ния, для которой создается ПО.
На рис. 8.30 представлена структура программного обеспечения
системы управления автоматической телефонной станции. Програм-
мы разделены на две основные группы: группы программ приклад-
ного и системного ПО.
Прикладное программное обеспечение состоит из основного и вспо-
могательного. Основное ПО содержит программы и данные, предназ-
наченные для обеспечения функционирования УУ в процессе управ-
ления работой всего оборудования телефонной станции, т.е. обеспе-
чивает все этапы технологического процесса установления соедине-
ний. Вспомогательное ПО используется при разработке основного и
подготовке к сдаче АТС в эксплуатацию. Оно предназначено для от-
ладки и испытания основного прикладного программного обеспече-
ния в составе коммутационного узла, а также для генерации программ-
ного обеспечения каждой конкретной АТС на телефонной сети.
Программное обеспечение
системы управления АТС
Прикладное
Системное
Основное
Вспомогательное
Управляющие
программы
Программы
автоматизаци
и отладки
Административные
программы
Испытательные
программы
Программы
технического
обслуживания
Программы
генерации
основного ПО
Рис. 8.30. Структура программного обеспечения системы управления АТС
402
Основное прикладное программное обеспечение состоит из уп-
равляющих, административных программ и программ технического
обслуживания. Управляющие программы обслуживают все рабочие
процессы, связанные с коммутационным полем и линейными ин-
терфейсами, происходящие при обслуживании абонентов (опреде-
ление состояния абонентской линии, прием номера вызываемого
абонента, поиск соединительного пути и установление соединения,
контроль состояния разговорного тракта, управление взаимодей-
ствием со встречными АТС и т.д.). Административные программы
служат для удовлетворения запросов абонентов и администрации
сети связи (редактирование баз станционных данных, отражающих
систему нумерации и категории, присвоенные абонентам, измере-
ние телефонной нагрузки, тарификация разговоров и т.д.). Програм-
мы технического обслуживания обеспечивают периодический кон-
троль работоспособности узлов АТС, диагностику неисправностей,
отправку сообщений в систему мониторинга и на пульт оператора
станции.
Вспомогательное прикладное программное обеспечение содер-
жит системы автоматизации отладки, испытательных программ и
генерации основного ПО. В задачу системы автоматизации отладки
входит прежде всего верификация, под которой понимают обнару-
жение и устранение допущенных при разработке основного ПО оши-
бок. Большой объем и сложность основного прикладного программ-
ного обеспечения, необходимость работы в реальном масштабе вре-
мени и взаимодействие с многочисленными внешними устройства-
ми делает процесс отладки чрезвычайно сложным. Система
автоматизации отладки дает разработчику удобные и эффективные
средства управления процессом выполнения отлаживаемых про-
грамм, включающие принудительную остановку их выполнения с вы-
ведением промежуточных результатов работы, имитацию ситуаций,
которые могут возникать при обслуживании реальных вызовов, учет
временных соотношений и т.д. Система генерации основного ПО
обеспечивает автоматизацию подготовки программ для каждой кон-
кретной станции. Эта система позволяет разработать и записать во
внешние запоминающие устройства или во Flash-ЗУ управляющего
устройства базы станционных данных, отражающих конкретные осо-
бенности коммутационного узла (емкость, число и коды направле-
ний, типы соединительных линий, категории абонентов и т.д.).
403
Система испытательных программ предназначена для проверки пра-
вильности функционирования оборудования и самого прикладного
программного обеспечения после его установки на объекте, но без
включения в сеть связи.
Системное программное обеспечение включает в себя програм-
мы, образующие операционную систему (ОС) управляющих уст-
ройств. Основной задачей операционной системы является коорди-
нация работы программ прикладного ПО и ввод/вывод информа-
ции. Функции ОС выполняют следующие подсистемы:
— подсистема диспетчеризации, осуществляющая управление
очередностью запуска во времени управляющих программ;
— подсистема ввода/вывода, организующая обмен информацией
посредством интерфейсов, сопрягающих УУ с объектами управления,
внешними запоминающими устройствами, пультами операторов;
— подсистема связи «человек—машина», обеспечивающая взаи-
модействие оператора с управляющими устройствами станции;
— подсистема начального запуска АТС, осуществляющая приве-
дение оборудования АТС в исходное состояние и загрузку ПО из вне-
шних запоминающих устройств.
Подсистема связи «человек—машина» играет важную роль в про-
цессе эксплуатации оборудования. При выполнении работ по ад-
министрированию и техническому обслуживанию оператор посред-
ством терминала может получать информацию о состоянии обору-
дования и процессе обслуживания вызовов, вносить изменения в
базы станционных данных. В качестве терминалов обычно исполь-
зуются персональные компьютеры. Исключение составляют малые
офисные АТС, где доступ к системе управления осуществляется с
помощью специального цифрового телефонного аппарата, назы-
ваемого системным. На компьютере-терминале установлено спе-
циальное программное обеспечение — программный интерфейс,
предназначенный для организации диалога между оператором и
управляющими устройствами станции. Этот программный интер-
фейс работает под управлением операционной системы ПК. Опе-
рационными системами, устанавливаемыми на ПК операторов,
чаще всего бывают ОС семейств Unix и Windows. Диалог оператора
с системой управления АТС может быть организован двумя спосо-
бами: с помощью языка MML (язык «человек—машина») или с по-
мощью графического интерфейса.
404
Описание языка MML содержится в рекомендациях серии Z.300.
Диалог на этом языке заключается в последовательном вводе ди-
ректив оператора и получении ответных сообщений системы уп-
равления. Директива представляет собой запрос на предоставление
информации, или указание выполнить те или иные действия. Ди-
ректива начинается с кода команды, за которым следует одна или
несколько групп параметров. Параметры разделяются запятыми,
а труппы параметров — двоеточиями. Ответное сообщение систе-
мы управления может содержать либо вывод подтверждения о при-
еме, либо вывод отказа, либо вывод запроса. Подтверждение о при-
еме указывает, что директива введена правильно и система приняла
ее к исполнению. Подтверждение может содержать информацию о
результатах выполнения директивы. Вывод отказа свидетельствует
о неправильном вводе директивы или о невозможности ее испол-
нения по тем или иным причинам (например, если данный опера-
тор не обладает правами доступа к запрашиваемым функциям сис-
темы управления). Вывод запроса предоставляет оператору право
продолжить ввод директивы: задать или скорректировать значения
параметров. Необходимо заметить, что стандарт на язык MML со-
держит лишь основные принципы построения диалога, так что его
реализация для разных типов АТС различна. По этой причине тре-
буется обучать персонал обслуживанию каждой такой системы от-
дельно.
Использование языка MML было вынужденным в то время,
когда системы программного управления не отличались высокой
производительностью, связь с терминалом оператора организо-
вывалась по низкоскоростному каналу (от 50 до 9600 бит/с), а сам
терминал был способен воспроизводить на экране только буквы
и цифры. Сегодня, при наличии локальных вычислительных се-
тей и персональных компьютеров, применение MML оправдыва-
ется только необходимостью сохранения преемственности старых
и новых систем.
Терминалы на АТС, разработанных в последнее время, обычно
бывают оснащены графическим интерфейсом. Графический интер-
фейс позволяет в наглядной форме представить состояние элемен-
тов оборудования и соответствующих им рабочих и станционных
данных. Он существенно более удобен по сравнению с диалогом на
языке MML. Однако способ представления информации, а также
405
правила работы с интерфейсом и в этом случае оказываются различ-
ными для оборудования разных типов. Одна из причин отсутствия
строгих стандартов на интерфейс терминала оператора кроется в раз-
личиях, присущих базам данных, которыми оперируют управляю-
щие устройства станций.
Данные, хранящиеся в ЗУ системы управления АТС, могут быть
разделены на три категории. Рабочие (или оперативные) данные
отображают текущее состояние АТС. Они содержат информацию о
сигналах, принятых от абонентов, о занятых обслуживанием вызо-
вов комплектах, о разговорных трактах, образованных в коммута-
ционном поле, ит.д. Оперативные данные подвержены изменению
в процессе обычной работы АТС. Станционные (или полупостоян-
ные) данные определяют конфигурацию конкретной телефонной
станции. Ими описывается структура коммутационного поля, ко-
личество и типы абонентских и соединительных линий, план ну-
мерации АТС и т.п. Базы станционных данных составляются сред-
ствами вспомогательного прикладного ПО при проектировании
станции. Впоследствии они могут редактироваться оператором с
помощью административных программ. Постоянные данные пред-
ставляют собой набор констант, используемых программным
обеспечением. К таким данным могут относиться неизменяемые
характеристики элементов аппаратуры (например, число входов и
выходов модуля коммутационного поля), нормативные значения
электрических параметров узлов, таблицы пересчета чисел из од-
ной системы счисления в другую и многое другое. Значения посто-
янных данных одинаковы во всех экземплярах однотипного ком-
мутационного оборудования.
Оператору АТС чаще всего приходится иметь дело со станцион-
ными данными. Их структура в значительной степени определяет
особенности графического или MML-интерфейса станции. Станци-
онные данные, относящиеся к абонентским линиям должны содер-
жать следующие сведения:
• линейный номер — номер абонентского комплекта, в который
включена абонентская линия;
• списочный номер — номер, который должны набирать другие
абоненты для установления соединения с данной абонентской ли-
нией. Абонент учрежденческой АТС может иметь два списочных
номера: один для установления соединений внутри ведомственной
406
сети, а другой — для вызова его со стороны абонентов городской те-
лефонной сети;
• тип абонентской линии, который может быть аналоговым или
цифровым;
• тип номеронабирателя телефонного аппарата, включенного в
аналоговую абонентскую линию: декадный или частотный;
• тип интерфейса цифровой абонентской линии: Uили 5;
• протокол канала D цифровой абонентской линии: DSS1 или
иной, применяющийся в национальных сетях других стран;
• перечень видов и направлений связи, доступных абоненту;
• перечень услуг, предоставляемых абоненту.
Для соединительных линий в станционных данных указывается:
— вид пучка: входящий, исходящий или двусторонний;
— тип интерфейса (аналоговый или цифровой, электрический или
оптический);
— номера линейных комплектов;
— индекс направления связи, т.е. цифры номера, набираемые або-
нентами АТС для установления соединения по линиям данного пучка;
— количество цифр, передаваемых или принимаемых по линии
при взаимодействии со встречной станцией;
— способ сигнализации: используемый сигнальный код при ли-
нейно-индивидуальной сигнализации или тип протокола при сиг-
нализации по общему каналу (способы сигнализации подробно рас-
сматриваются в разделе 6);
— параметры системы сигнализации, зависящие от выбранного
сигнального кода или протокола.
Приведенный список является далеко не полным. Как правило,
имеются отдельные разделы, в которых сохраняется информация о
структуре коммутационного поля, плане нумерации и дополнитель-
ных услугах.
Организация баз данных и способ их размещения в ЗУ зависят
от структуры системы управления, видов услуг и способов их реа-
лизации, архитектуры протраммного обеспечения и многих дру-
гих факторов, включая личные пристрастия программистов. Раз-
нообразие программных средств, затрудняющее работу эксплуа-
тационного персонала, имеет тем не менее и свою положитель-
ную сторону: оно свидетельствует об интенсивном развитии от-
расли связи.
407
8.8. Элементная база
цифровых коммутационных станций
Большинство современных электронных устройств построено на
интегральных микросхемах. Не являются исключением из общего пра-
вила и цифровые АТС. Благодаря применению интегральных микро-
схем удается повысить надежность, уменьшить габариты аппаратуры
и, что самое важное, снизить ее стоимость. Особенностью схемотехни-
ки автоматических телефонных станций является то, что интерфейсы
абонентских и соединительных линий обладают рядом специфических
функций, которые труд но реализовать на основе аналоговых и цифро-
вых микросхем общего назначения, таких как операционные усилите-
ли, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, запоми-
нающие устройства. Поскольку производство систем связи, является
одним из основных потребителей электронных компонентов, разработ-
чики полупроводниковых приборов обеспечивают ее специализирован-
ными интегральными схемами, предназначенными для создания узлов
цифрового коммутационного оборудования.
Для построения коммутационных попей цифровых АТС применя-
ются микросхемы TDM-коммутаторов, называемые также комму-
тационными матрицами. Они представляют собой устройства, име-
ющие определенное количество вход ных и выходных портов, к ко-
торым подключаются цифровые каналы. TDM-коммутатор способен
устанавливать соединения между любыми канальными интервалами
любых входных и выход ных портов. Рассмотрим внутреннюю структу-
ру такого коммутатора на примере микросхемы ZL50023 фирмы Zar-
link — одного из крупнейших производителей компонентов для теле-
коммуникационной аппаратуры. Как показано на рис. 8.31, микросхе-
ма имеет 32 последовательных порта ввода (STiO.. .STi31) и 32 порта вы-
вода (SToO.. .STo31). Скорость передачи от 2048 до 16 384 кбит/с может
устанавливаться отдельно для каждого из них. Емкость коммутатора
составляет 4096 входов х 4096 выходов (здесь под входами и выхода-
ми подразумеваются канальные интервалы 64 кбит/с). Информаци-
онные потоки, поступающие на порты ввода, подаются на входной
преобразователь (S/P Converter), где происходит их мульти-
плексирование и переход от последовательного способа переда-
чи к параллельному. Объединенный поток направляется в речевое
запоминающее устройство (Data Memory), где и выполняется вре-
408
ZL50023
ST131
STiO
STtl
ST12
Input
liming
Data Memory
ис
о
О
SToO
STol
STo2
STo31
Connection
Memory
Output
liming
Internal
Registers
MPU Interface
MPU
Рис. 8.31. Микросхема TDM-коммугатора
менная коммутация. В выходном преобразователе (P/S Converter)
происходит демультиплексирование потока, полученного от рече-
вого ЗУ, в результате чего информация распределяется между 32 по-
следовательными портами вывода. Установление соединений про-
исходит в соответствии с данными, хранящимися в управляющей
памяти (Connection Memory). Режимы работы коммутатора устанав-
ливаются путем записи информации во внутренние регистры мик-
росхемы (Internal Registers). Запись в эти регистры, а также в управ-
ляющую память осуществляет микропроцессор системы управления
(MPU), взаимодействие с которым происходит посредством парал-
лельного интерфейса (MPU Interface). Работу с последовательными
цифровыми каналами поддерживают устройства синхронизации вво-
да (Input Timing) и вывода (Output Timing). Первое получает такто-
вые сигналы от внешнего источника и управляет работой входного
преобразователя. Второе формирует сигналы синхронизации портов
вывода и передает их внешним устройствам. Многие коммутаторы
обладают также дополнительными функциями, такими, как преоб-
разование кода G.711 из закона А в закон р и обратно, измерение
частоты возникновения ошибок в трактах и т.п.
409
В табл. 8.1 приведены сведения о некоторых микросхемах TDM-
коммутаторов, предлагаемых фирмой Zarlink.
Таблица 8.1
Тип микросхемы MT89L85 ZL50012 ZL50020 ZL5OO53 ZL5OO73
Число входов и выходов 256x256 512x512 2048x2048 8192x8192 32 768x32 768
Число портов ввода/вывода 8/8 16/16 32/32 64/64 128/128
Скоростные режимы портов, кбит/с 2048 2048,4096, 8192 2048,4096, 8192,16 384 8192,16384 8192,16384, 32 768,65 536
Разрядность интерфейса МРС.бит 8 16 16 16 32
Число выводов микросхемы 44 144 256 256 484
Следует обратить внимание на то, что, с одной стороны, пред-
ставленные модели охватывают практически весь необходимый ди-
апазон емкостей коммутационных полей цифровых АТС, начиная с
малых офисных и заканчивая большими для городских сетей. С дру-
гой стороны, производители коммутационного оборудования не все-
гда выбирают TDM-коммутаторы, соответствующие максимально
возможной емкости своих телефонных станций. Дело в том, что мно-
гие АТС, такие как SI2000 и DX500, имеют модульную конструкцию,
обеспечивающую лучшее масштабирование (т.е. построение АТС
разной емкости по требованию заказчика). В таких случаях выбира-
ются микросхемы с числом входов и выходов, соответствующим ем-
кости отдельного модуля.
Интерфейсы аналоговых абонентских линий являются наиболее слож-
ным объектом для реализации с использованием полупроводниковых
интегральных схем. Такой интерфейс выполняет прежде всего функ-
ции рассмотренных ранее абонентских комплектов, дифференциаль-
ной системы и АЦП. Главная проблема заключается в необходимости
передачи в линию высоких напряжений питания от центральной бата-
реи (60 В или 48 В) и сигнала посылки вызова индукторным способом
(до 90 В). В настоящее время находят применение два способа решения
410
Ганной проблемы. Первый заключается в том, что для коммутации вы-
хжовольтных цепей используются малогабаритные электромагнитные
эеле. Абонентская линия в этом случае гальванически изолируется от
зизковольтных полупроводниковых устройств, которые занимаются
обработкой разговорных токов и линейных сигналов. При втором спо-
собе абонентский интерфейс строится на базе специализированных ин-
тегральных схем, которые, благодаря особой технологии производства,
иогут работать с электрическими сигналами высокого напряжения.
Второй способ позволяет отказаться от громоздких компонентов и сде-
лать производство более технологичным.
Рассмотрим особенности микросхем, пред назначенных для со-
здания аналоговых абонентских интерфейсов, на примере продук-
ции компании Infineon. Набор функций, выполняемых интерфей-
сами аналоговых абонентских линий в цифровых АТС, в техничес-
кой литературе часто обозначается аббревиатурой BORSCHT. Каж-
дая буква в ней соответствует отдельной функции:
• В (battery) — питание абонентской линии от центральной бата-
реи;
• О (overvoltage protection) — защита станционных устройств от
высоких напряжений в абонентской линии;
• R (ringing) — передача в линию индукторного тока при посылке
вызова абоненту;
• S (signaling) — прием линейных и управляющих сигналов от або-
нента;
• С (coding) — аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобра-
зование разговорных сигналов;
• Н (hybrid) — дифференциальная система для перехода от двух-
проводного тракта к четырехпроводному;
• Т (testing) — контроль состояния абонентской линии и узлов
самого интерфейса.
Интегральная схема, содержащая элементы для построения вы-
соковольтной аналоговой части абонентского интерфейса, получи-
ла название SLIC (Subscriber Line Interface Circuit). В состав SLIC мо-
гут входить узлы, выполняющие все функции BORSCHT, за исклю-
чением защиты от высоких напряжений. Среди продуктов Infineon
таким свойством обладает семейство микросхем DuSLIC-xT. Другим
технологическим решением является комплект из двух микросхем,
первая из которых (собственно SLIC) содержит высоковольтные
411
цепи, обеспечивающие питание абонентской линии и посылку вы-
зова. Вторая микросхема, обрабатывающая сигналы низкого уров-
ня, включает в себя аналого-цифровой преобразователь (кодер),
цифро-аналоговый преобразователь (декодер) и два фильтра. Один
фильтр ограничивает полосу частот разговорного сигнала (300—3400 Гц)
перед кодером, а другой подавляет частоту дискретизации после де-
кодера. На рис. 8.32 приведена схема интерфейса аналоговой або-
нентской линии, построенного на двух микросхемах фирмы Infineon.
Провода абонентской линии подключены к микросхеме SLIC (SLIC-E)
через устройства защиты от высоких напряжений OVP. Питание
SLIC-Е осуществляется от трех источников напряжения. Первый
обеспечивает напряжение +3,3 В или +5 В (+t/p), необходимое для
низковольтных аналоговых усилителей и блока управления режима-
ми работы микросхемы. Напряжения отрицательной полярности
от—20 В до —85 В (— ины— Uj) предназначены для формирования
тока питания абонентской линии и сигнала индукторного вызова.
Меньшее по абсолютной величине напряжение UL используется для
питания абонентских линий небольшой протяженности, с тем что-
бы избежать неоправданных потерь энергии. Вторая микросхема
SLICOFI-2 содержит фильтры, кодер, декодер и цифровой сигнальный
процессор. Процессор выполняет функцию дифференциальной сис-
темы, обрабатывает линейные сигналы, детектирует многочастотный
код набор номера (DTMF), управляет режимами работы SLIC. Для
~UL ~UH
Рис. 8.32. Схема интерфейса аналоговой абонентской линии
412
стыковки с цифровым коммутационным полем АТС предназначен
ИКМ-интерфейс (PCM-Interface). Взаимодействие с системой управ-
ления станции происходит через интерфейс микроконтроллера
(pC-Interface). Микросхема SLICOFI-2 имеет два равноценных набора
линий для подключения SLIC (АСА. .С2А и АСВ.. .С2В), что позволяет
построить на ее основе два абонентских интерфейса.
Принципы питания абонентской линии и посылки индукторно-
го вызова, реализованные в микросхемах SLIC, могут существенно
отличаться от тех, которые были характерны для электромеханичес-
ких и квазиэлектронных АТС. Покажем это на примере SLIC-Е, фун-
кциональная схема которого приведена на рис. 8.33. Напряжение
питания от центральной батареи станции подается на выводы VBATH
413
и VBATL. Выбор напряжения для короткой (VBATL) или длинной
(VBATH) абонентской линии осуществляется путем выключения или
включения коммутатора батарей (VBAT Switch). В то время когда
абонент свободен, высоковольтный усилитель А1 выключен, а пи-
тание в линию подается через замкнутые контакты DPRH и резис-
торы Rl, R2. Благодаря высокому сопротивлению резисторов (5 кОм
каждый), мощность, потребляемая в этом режиме, очень мала. Если
абонент займет линию, изменение тока в ней будет зафиксировано
детектором снятия микротелефона (Off-hook), который передаст сиг-
нал занятия в SLICOFI-2 по линии IT. По этому сигналу начнется
обслуживание вызова, a SLIC получит по линиям С1 и С2 команду
на размыкание контактов DPRH и включение усилителя А1. Испол-
нение команд выполняет узел выбора режима (Mode Control). После
включения усилителя в абонентскую линию начинает поступать ток,
величина которого задается напряжением на аналоговом входе DC.
Сила тока поддерживается постоянной независимо от длины линии и
сопротивления телефонного аппарата. Детектор тока (Current Sensor),
связанный со входами TIP и RING микросхемы, контролирует нали-
чие постоянного тока в линии для того, чтобы своеврсмет I но сигнализи-
ровать об отбое абонента посредством линии IT. Этот же детектор выде-
ляет разговорный сигнал, поступающий от абонента, и передает его
через выход IL в сторону SLICOFI-2, где происходит его фильтрация
и кодирование. Разговорный сигнал обратного направления после
цифро-аналогового преобразования поступает на вход АС и после сум-
мирования с постоянной составляющей с входа DC в низковольтном
аналоговом сумматоре А2 и усиления усилителем А1 попадает в або-
нентскую линию. Необходимо обратить внимание на отсутствие диф-
ференциальной системы между двухпроводным и четырехпроводным
трактами внутри SLIC. Сигнал с входа АС может беспрепятственно
проходить через А2, А1 и детектор тока на выход IL. Подавление этого
паразитного сигнала происходит в цифровом сигнальном процессоре
SLICOFI-2 уже после аналого-цифрового преобразования, т.е. функ-
ция дифсистемы здесь реализована программно. При необходимос-
ти посылки вызова абоненту, SLICOFI-2 формирует переменное на-
пряжение вызывного сигнала с частотой 25 Гц и низким уровнем (не
более 3,3 В). Это напряжение передается на вход DC микросхемы
SLIC, где усилитель А1 повышает уровень вызывного сигнала до
необходимого значения. Такой способ исключает необходимость
414
использования мощного общестанционного генератора индукторно-
го вызова, что особенно важно для АТС небольшой емкости, стоимость
группового оборудования которых сильно влияет на удельную сто-
имость одного абонентского номера.
Интерфейс цифровой абонентской линии представляет собой
объект, который, с одной стороны, представляет собой функциональ-
но сложное устройство, а с другой стороны, благодаря полупровод-
никовой технологии, может быть реализован в виде относительно
простой интегральной микросхемы. Линейные коды цифровых або-
нентских интерфейсов ISDN BRI не содержат постоянной составля-
ющей, что позволяет изолировать микросхему интерфейса от линии
трансформатором. Так как скорость передачи информации довольно
высока, трансформаторы имеют небольшие габариты и выпускаются
в корпусах, предназначенных для поверхностного монтажа. Если пи-
тание осуществляется от центральной батареи, то высокое напряже-
ние подается через обмотку трансформатора, соединенную с линией,
что никак не отражается на работе микросхемы. Основными функци-
ями интегральных схем ISDN BRI-интерфейсов являются формиро-
вание и прием линейного кода, синхронизация, выделение и предва-
рительная обработка сигнальной информации канала D.
Поскольку протоколы интерфейсов S/Т, и Up0 существенно
отличаются друг от друга, они реализованы в интегральных схемах
различных типов. Ниже приведен неполный список продуктов ком-
пании Infineon, предназначенных для построения ISDN BRI-интер-
фейсов цифровых АТС, сетевых окончаний NT и цифровых телефон-
ных аппаратов:
• ISAC-SX-PEB 3086 — один S/T-интерфейс, имеющий режимы
линейного окончания LT, сетевого окончания NT и терминального
оборудования ТЕ;
• Quad IEC DFE-Q-PEB 24911 — четыре формирователя линей-
ного кода 2B1Q интерфейса U^;
• Quad IEC DFE-Q-PEB 24901 — четыре формирователя линей-
ного кода4ВЗТ интерфейса Ц^;
• Quad IEC AFE-PEB 24902 — четыре формирователя линейного
сигнала интерфейса (используется совместно с РЕВ 24911 или
РЕВ 24901);
• ОСТАТ-Р-РЕВ 2096 — восемь Пр-интерфейсов, работающих в
режиме линейного окончания LT.
415
Функционально интерфейсы цифровых абонентских линий схо-
жи с интерфейсами цифровых соединительных линий, о которых
будет сказано ниже.
Практически единственным видом интерфейса аналоговой соеди-
нительной линии, по-прежнему находящим применение, остается
интерфейс FXO (Foreign eXchange Office), предназначенный для со-
пряжения небольших учрежденческих (офисных) телефонных стан-
ций с городскими телефонными сетями. Двухпроводная линия, под-
ключаемая к порту FXO, другим своим окончанием соединяется с
интерфейсом аналоговой абонентской линии РАТС. Таким образом,
порт FXO фактически выполняет функцию абонентского устройства.
По этой причине для построения FXO-интерфейсов применяются
микросхемы, разработанные для модемов, факсимильных и телефон-
ных аппаратов. Примером такого устройства может служить интег-
ральная схема СР5622 фирмы Clare, содержащая коммутатор для за-
мыкания абонентского шлейфа, детектор сигнала индукторного вы-
зова, дифференциальную систему и усилители трактов приема и пе-
редачи разговорных сигналов.
Интерфейсы сщфровых соединительных линий чаще всего представ-
ляют собой устройства сопряжения с каналом Е1 стандарта G.703.
Основой для их построения являются специализированные интег-
ральные схемы. К основным функциям этих устройств относятся:
— формирование линейного кода HDB3 в тракте передачи и пре-
образование этого кода в униполярный в тракте приема;
— выделение тактовой частоты из принимаемого линейного сиг-
нала и подавление джиггера;
— вставка и выделение цикловых и сверхцикловых синхросигна-
лов (сверхцикловая синхронизация используется только при каналь-
но-индивидуальной сигнализации CAS);
— синхронизация линейного тракта с внутристанционным;
— вставка и выделение сигнальной информации.
На рис. 8.34 приведена упрощенная функциональная схема ли-
нейного интерфейса Е1, реализованного в микросхемах трансиве-
ров (El Transceiver), производимых фирмой Maxim. Также как и в
ISDN BRI-интерфейсе, входы микросхемы трансивера гальваниче-
ски изолированы от линейных цепей Е1 малогабаритными транс-
форматорами (выпускаются комплекты, содержащие до 8 трансфор-
маторов в одном корпусе). Принимаемый из канала Е1 сигнал по-
416
Рис. 8.34. Функциональная схема линейного интерфейса Е1
ступает на вход линейного приемника (Line Receiver), где код HDB3
преобразуется в униполярный. Узел выделения тактовой частоты
(Clock Recovery) передает извлеченный из входного потока синхро-
сигнал в устройство подавления джиттера (Jitter Attenuator), фикси-
рующее границы битовых импульсов. Восстановленная таким обра-
зом битовая последовательность поступает в блок кадровой синхро-
низации тракта приема (Receive Side Framer), где обнаруживаются
цикловые и при необходимости, сверхцикловые сигналы, позволя-
ющие установить границы циклов, сверхциклов и канальных интер-
валов. Для выравнивания границ циклов в линейном и станцион-
ном трактах служит буфер приема (Receive Buffer). Считываемый из
буфера информационный поток попадает на выход микросхемы
RSER и может быть направлен в коммутационное поле АТС. Инфор-
мация, предназначенная для отправки в канал, приходит на вход
TSER и записывается в буфер передачи (Transmit Buffer). Считыва-
ние из буфера производит блок форматирования (Transmit Side
Formatter), работой которого управляет формирователь тактовых сиг-
налов тракта передачи (Transmit Clock Source), в свою очередь полу-
чающий сигналы синхронизации от основного генераторного обо-
рудования АТС. С выхода устройства форматирования битовая по-
27-3936
417
следовательность поступает в формирователь линейного сигнала
(Line Driver), который выполняет преобразование в код HDB3, пе-
редаваемый в канал Е1. Дополнительную возможность предостав-
ляют устройства выделения (Signaling Extraction) и вставки (Signaling
Insertion) сигнальной информации, с помощью которых могут быть
разделены внутристанционные тракты передачи речи и сообщений
сигнализации. Выделяемые и вставляемые сигнальные сообщения
пересылаются между трансивером и микропроцессором (MPU) ос-
новной системы управления АТС через соответствующий интерфейс
(MPU Interface). Выбор режима работы трансивера также осуществ-
ляется микропроцессором путем записи конфигурационных данных
в его внутренние регистры (на рисунке не показаны). Внутри транси-
вера по команде системы управления могут быть замкнуты контак-
ты, для проверки целостности цифрового тракта со стороны комму-
тационного поля АТС (Local Loopback — шлейф на ближнем конце)
или со стороны канала El (Remote Loopback — шлейф на дальнем
конце). Микросхемы этого семейства содержат от одного до четы-
рех интерфейсов Е1 в одном корпусе.
Для защиты станционных устройств от опасных напряжений в
линиях связи используются такие элементы, как ограничители на-
пряжения, разрядники, позисторы (РТС) и предохранители. В свя-
зи с тем что воздушные линии, в наибольшей степени подвержен-
ные влиянию грозы, сейчас почти не встречаются, разрядники ис-
пользуются довольно редко и в случае необходимости устанавлива-
ются не внутри коммутационной аппаратуры, а на плинтах кросса.
Требования к средствам защиты и способам их испытания содержатся
в рекомендациях МСЭ К.20, К.21 и К.45. Поскольку они отличают-
ся от тех требований, которые предъявляются к электронному обо-
рудованию общего назначения, разработаны защитные устройства,
специально предназначенные для систем связи. В описаниях этих
устройств практически всегда содержатся ссылки на стандарты МСЭ.
Среди производителей элементов защиты можно выделить такие
компании, как Bourns, STMicroelectronics, Vishay.
Элементная база управляющих устройств цифровых АТС вклю-
чает в себя микропроцессоры, микроконтроллеры, цифровые сиг-
нальные процессоры, микросхемы запоминающих устройств и раз-
личных интерфейсов. Все перечисленные элементы широко исполь-
зуются в вычислительной технике и промышленных системах управ-
418
ления. Среди них нет таких, которые приходилось бы специально
разрабатывать для оборудования телефонной связи. Центральные
управляющие устройства АТС обычно строятся на основе микропро-
цессоров. Задача управления установлением соединений даже в круп-
ной современной АТС не представляется чересчур сложной при со-
поставлении ее с производительностью современных компьютеров.
Поэтому производители коммутационного оборудования выбирают
микропроцессоры средней производительности, отдавая предпочте-
ние таким качествам, как высокая надежность, небольшая рассеивае-
мая мощность и невысокая цена. Для сопряжения с каналами систем
мониторинга и пультами операторов в управляющих устройствах АТС
используются микросхемы интерфейсов Ethernet и RS232, такие же,
как в персональных компьютерах и аппаратуре пакетных сетей.
8.9. Технические характеристики и состав оборудования
цифровых коммутационных станций для сетей ОбТС
Цифровая станция SI2000. Цифровая АТС SI2000 создана и про-
изводится компанией Iskratel (Словения). Станция предназначена
для применения на сетях общего пользования и технологических
сетях связи. На железных дорогах внедряются станции версии 5 (V5).
Оборудование SI2000 может иметь на сети ОбТС разное приме-
нение, начиная с емкости в несколько десятков номеров. В первую
очередь система SI2000 используется для построения узловых ком-
мутационных станций при управлениях, отделениях железных до-
рог и на крупных железнодорожных станциях емкостью 1000 и бо-
лее номеров. Аппаратно-программные средства станций позволяют
строить цифровые сети с интеграцией обслуживания — ISDN. Стан-
ция приспособлена для применения на сетях связи с пакетной ком-
мутацией.
Станция SI2000 может работать как на сетях общего пользования,
так и на технологических сетях связи. Взаимодействие с другими
станциями сети может осуществляться с применением систем сиг-
нализации разных типов, предназначенных для аналого-цифровых
и цифровых сетей.
Коммутационные станции выполняют на сети функции узлов
следующих типов: SN — узел коммутации, AN — узел доступа и SAN —
узел коммутации и доступа. Узел SN служит для выполнения тран-
зитных соединений между узлами доступа AN. В узел AN включаются
419
абонентские терминалы и соединительные линии для связи с други-
ми узлами. Узел SAN объединяет в себе функции узлов SN и AN.
В состав SI2000 также входит узел управления — MN, обеспечиваю-
щий централизованное управление цифровыми станциями SI2000
на сети связи.
Конструктивно станция строится из модулей, представляющих
собой один блочный каркас, заполненный платами. Плата представ-
ляет собой законченное функциональное устройство, называемое
блоком. На блоках могут устанавливаться съемные субплаты (дочер-
ние платы).
В обозначении модуля, блоков и субплат последняя буква указы-
вает на версию модификации. Например, линейные модули версии
В и С имеют обозначения: MLB и MLC (ML — line module), а блоки
контроллеров этих модулей — CLB и CLC (CL — line controller).
Узлы AN и SAN. Коммутационная станция SI2000, выполняющая
на сети функции AN и SAN, строится из модулей MLC. В более ран-
них версиях станции применяются модули MLB. Аналогичные фун-
кции выполняет также станция SI2000 АТС 320, представляющая
собой станцию малой емкости, которая строится на базе модифи-
цированного модуля MLC. В станции SI2000 АТС 320 приняты сле-
дующие обозначения: mAN (mini Access Node) и mSAN (mini Switch
Access Node).
В дальнейшем рассматривается модуль MLC.
Один модуль MLC рассчитан на включение до 704 аналоговых
абонентских линий идо 32 каналов Е1, служащих для организа-
ции соединительных и промежуточных линий. В модуле MLC
заложена возможность дублирования управляющих устройств и ком-
мутационного поля. В модуль MLC можно включить до 900 ци-
фровых соединительных линий (до 32 каналов Е1). При исполь-
зовании сигнализации ОКС № 7 в одном модуле может быть орга-
низовано до 4 сигнальных каналов. В режиме SAN модуль может
обслуживать на сети до 4000 аналоговых или до 2000 цифровых
абонентских линий.
Функциональная схема модуля MLC без дублирования управля-
ющих устройств и коммутационного поля показана на рис. 8.35.
Модуль имеет блоки: CLC — контроллера линейного модуля, PLC—
вторичного питания и генератора вызова и периферийные блоки.
К периферийным блокам относятся: SAC—для включения до 32 ана-
420
4Е1 4Е1 4Е1 4Е1
От модуля PS
Рис. 8.35. Функциональная схема модуля MLC
логовых абонентских линий, SBA — для включения до 16 цифровых
абонентских линий со стандартной точкой So, SBC — для включе-
ния до 16 цифровых абонентских линий со стандартной точкой Ц^,
TAB — д ля включения до 8 аналоговых соединительных линий.
В блоке CLC устанавливаются: одна или две субплаты связевых
контроллеров CDB (одна субплата — для модуля MLC, выполняюще-
го функции AN, две субплаты — для модуля MLC, выполняющего
функции SAN); Flash-память. В блоке CLC можно установить
421
до 4 субплат ТРЕ 4, в каждую из которых включается до 4 каналов Е1.
Блок CLC способен обслужить до 36 000 вызовов в час (ВНСА).
Блок PLC включает в себя: генератор вызывного сигнала Ring и
преобразователь напряжений постоянного тока DC/DC. Генератор
Ring вырабатывает сигнал вызова, посылаемый по аналоговым або-
нентским линиям. Этот сигнал от генератора поступает по общей
шине ко всем местам установки периферийных блоков, а использу-
ется только блоками SAC. Преобразователь DC/DC служит для вы-
рабатывания напряжений питания, требуемых для элементов моду-
ля: +3,3 В, +5 В, —5 В, +12 В и —12 В, получаемых из напряжения —
48 В, подаваемого от модуля питания станции PS. В блоке может быть
установлен субмодуль KLB, применяемый для тестирования анало-
говых и цифровых абонентских линий. В процессе тестирования вы-
полняются измерения: постоянного тока и напряжения в аналого-
вой и цифровой линиях; емкости аналоговой и цифровой линий; со-
противления изоляции аналоговой и цифровой линий; сопротивле-
ния шлейфа аналоговой линии; емкости аналогового телефонного
аппарата в цепи звонка; длительности импульсов и интервалов при
декадном наборе номера, поступающих от аналогового телефонно-
го аппарата; параметров сигналов частотного набора (DTMF), пере-
даваемых от аналогового телефонного аппарата. В состав KLB вхо-
дят: процессор с запоминающим устройством, цифро-аналоговый
преобразователь с измерительным усилителем, аналого-цифровой
преобразователь, коммутирующее устройство. Процессом тестиро-
вания управляет контроллер CDB блока CLC. Субмодуль KLB свя-
зан со всеми периферийными блоками общей шиной.
Каждый периферийный блок соединен с блоком CLC низкоско-
ростной линией с последовательной передачей сигналов LSL (Low
Speed Link). По линии сигналы передаются в двух направлениях со
скоростью 16 Мбит/с в каждом направлении. Линия четырехпровод-
ная: по два провода в каждом направлении передачи. По этим лини-
ям передается как речевая (пользовательская) информация, так и
управляющие сигналы, обеспечивающие обслуживание вызовов в
телефонной сети, а также процессы мониторинга и администриро-
вания периферийных блоков. На одной линии LSL для передачи речи
достаточно организовать 32 ОЦК, что определяется максимальной
емкостью периферийных блоков: SAC — на 32 аналоговых линии,
SBA или SBC — на 16 цифровых линий (вследствие доступа типа 2B+D
422
одна цифровая линия по емкости эквивалентна двум аналоговым
линиям). Одна линия LSL включается в блок PLC, что обеспечивает
ее мониторинг и администрирование, а также тестирование и изме-
рение параметров абонентских и аналоговых соединительных линий.
К каждому периферийному блоку, кроме блока PLC, подведены две
линии LSL.
Контроллер CLC модуля через отдельную шину имеет возмож-
ность сброса и измерения температуры на каждом периферийном
блоке и блоке PLC, а также управлять блоком питания, в частности
включать и выключать вентиляторы в зависимости от температуры
блоков.
В блок SAC можно включить до 32 аналоговых двухпроводных
абонентских линий, заканчивающихся стандартными аналоговыми
телефонными аппаратами с импульсным или тональным набором но-
мера. В блоке находятся 32 абонентских комплекта, каждый из ко-
торых имеет собственный аналого-цифровой и цифро-аналоговый
преобразователь. В каждом комплекте предусмотрена возможность
программно устанавливать затухания на передачу и прием, а также
изменять входное сопротивление абонентского комплекта. Для пи-
тания линии, кроме основного напряжения —48 В, используется так-
же пониженное линейное напряжение U1, устанавливаемое про-
граммно в диапазоне от —18 В до —48 В. Переключение между ис-
точниками питания выполняется автоматически в зависимости от
сопротивления абонентского шлейфа.
Периферийный блок SBA позволяет включить до 16 четырехпровод-
ных цифровых абонентских линий с интерфейсом SO д ля базового до-
ступа (BRA) к сети ISDN. К основному доступу через линию типа «пас-
сивная шина» можно подключить до 8 различных ISDN-терминалов.
При подключении к пассивной шине до двух ISDN-телефонов, их пи-
тание осуществляется от станции. Если подключается больше телефон-
ных аппаратов, то они получают питание от внешнего источника.
Периферийный блок SBC позволяет включить до 16 двухпровод-
ных цифровых абонентских линий с интерфейсом для основно-
го доступа (BRA) к сети ISDN.
Блоки SBA на сети ОбТС в основном применяются для организа-
ции рабочих мест операторов РМТС.
В блоке SBC установлены два преобразователя постоянного тока,
получающие напряжение —48 В от блока PLC. На выходе первого
423
преобразователя формируется напряжение постоянного тока +5 В,
необходимое для питания элементов блоков SBC. На выходе второ-
го преобразователя устанавливается напряжение —48 В. Это напря-
жение складывается с напряжением —48 В, поступающим от блока
PLC. В результате получается напряжение 96 В (+10 В; —6 В), необ-
ходимое для питания ISDN-телефона или сетевого окончания NT1.
По абонентской линии протекает ток от 50 до 60 мА В блоке реали-
зовано программное включение и выключение питания для каждой
линии отдельно. Блок SBC позволяет тестировать интерфейс каж-
дой абонентской линии, что достигается образованием петли между
цифровыми трактами передачи и приема внутри интерфейса. Также
предусмотрено выполнение измерений на абонентской линии, для
чего используется реле тестирования, подключающее линию к шине
тестирования.
Блоки SBC на сети ОбТС в основном применяются для включе-
ния цифровых телефонных аппаратов ISDN.
Периферийный блок TAB имеет до 8 линейных комплектов, по-
зволяющих включить двусторонние соединительные линии, обра-
зованные четырехпроводными каналами ТЧ. Каждый комплект обес-
печивает передачу речевых сигналов по каналу ТЧ, а линейных и
управляющих сигналов либо в полосе канала ТЧ — inband — VF (Voice
Frequency), либо вне полосы канала ТЧ — outband (по выделенному
сигнальному каналу ВСК). Линейный комплект работает с сигнали-
зацией Е&М по восьмипроводной соединительной линии: четыре
провода a, b, с, dдля передачи речи и столько же проводов El, Е2,
М1 и М2 для сигнализации. На сетях ОбТС блок TAB используется
для включения каналов ТЧ, работающих со специализированной од-
ночастотной сигнализацией и заканчивающихся на другой стороне
комплектами КТН. При использовании сигнализации inband для
обнаружения и генерирования тональных сигналов в блоке TAB
установлена субплата DDAc сигнальным процессором DSP. Один
процессор может обслуживать до 16 линейных комплектов, находя-
щихся в двух блоках TAB.
Функциональная схема блока CLC приведена на рис. 8.36.
Блок CLC имеет систему шин, включающую: шину PCI, в кото-
рую включаются контроллеры CDB; шину IDE, необходимую для
подключения к шине PCI накопителя (Flash-памяти); локальную
шину LB, через которую осуществляется управление периферийными
424
Рис. 8.36. Функциональная схема блока CLC
блоками, коммутационным полем и субплатами ТРЕ; 36 шин ST,
обеспечивающие обмен пользовательской (речевой) информацией
через коммутационное поле между периферийными блоками, суб-
платами ТРЕ и сигнальными процессорами субплат CDB. По шинам
ST передаются двусторонние цифровые потоки со скоростью 2 Мбит/с
или 8 Мбит/с.
На блоке CLC находятся следующие устройства.
Коммутатор SWC (Switch Circuit), выполняющий функции ком-
мутационного поля. Емкость коммутатора составляет 2048 х 2048 ка-
нальных интервалов (64 х 64 каналов Е1). К коммутатору через ин-
терфейс РАС подключаются: 8 шин ST, идущие к контроллерам CDB;
23 линии LSL (каждая со скоростью 2 Мбит/с); 16 шин ST со скоро-
стью 2 Мбит/с каждая от субплат ТРЕ (одна шина ST на один ка-
нал Е1). Все соединения через периферийные блоки и субплаты ТРЕ,
425
а также направленные к сигнальным процессорам, проходят через
коммутатор SWC.
Связевые контроллеры CDB, каждый из которых представляет
собой субплату, вставляемую в монтажную позицию РМС1 или
РМС2. В состав одного контроллера CDB входят: микропроцессор
МРС860 (Моторола), выполняющий программы разного назначе-
ния; процессор DSP, обрабатывающий сигналы аналоговых и циф-
ровых систем сигнализации, генерирующий акустические сигналы
и суммирующий речевые сигналы при образовании конференц-связи;
динамическую оперативную память ОЗУ DRAM; полупостоянную
статическую память ППЗУ SRAM, сохранение данных в которой за-
висит только от аккумуляторной батареи (Акк. бат), расположенной
на плате CLC. К монтажным позициям подведены по четыре шины ST:
к РМС1 со скоростью потока 2 Мбит/с (128 ОЦК), к РМС2 со ско-
ростью потока 2 Мбит/с (128 ОЦК) или 8 Мбит/с (512 ОЦК). В кон-
троллеры CDB включены интерфейсы Ethernet и RS232, служащие
для включения терминалов АРМ технического обслуживания
(АРМ ТО), а также рабочих мест иного назначения.
Субплаты ТРЕ позволяют включить в один модуль MLC до 16
(один блок CLC) или до 32 (два блока CLC) каналов Е1. В одном
блоке CLC в двух монтажных позициях устанавливается по две суб-
платы ТРЕ (субплаты располагаются одна над другой и используют
общий разъемный соединитель на плате CLC). На субплате для каждого
канала Е1 предусмотрена возможность выделения из КИ-0 синхро-
сигналов и их передача в блок CLC. Мониторинг и администриро-
вание субплат происходит от контроллеров CDB через шину LB.
Каждая субплата через четыре шины ST связана с коммутатором SWC.
В блоке CLC находится устройство синхронизации, генерирова-
ния и распределения тактовых сигналов УСин и часы реального вре-
мени RTC.
Модуль MLC может иметь несколько вариантов конфигурации,
на что влияет количество блоков CLC и PLC. В модуле обычно до-
статочно иметь по одному блоку CLC и PLC. Два блока CLC ставят-
ся когда необходимо обеспечить повышение надежности модуля при
работе с разделением нагрузки. При этом модуль MLC продолжает
работать, если работоспособен хотя бы один блок CLC, но среди ка-
налов Е1 остаются доступны только те, что организованы на исправ-
ном блоке CLC. Конфигурация с двумя блоками CLC может быть
426
необходима, если в модуль MLC требуется включить более 16 кана-
лов El. С двумя блоками CLC можно организовать до 32 каналов Е1.
Два блока PLC устанавливаются в одном модуле MLC, если недо-
статочен ток питания от одного блока PLC (зависит от количества и
типа устанавливаемых периферийных блоков) или для повышения
надежности питания: модуль продолжает работать при одном рабо-
тоспособном блоке PLC.
Максимальное количество абонентских линий, включаемых в
один модуль MLC, рассчитывается исходя из допустимого числа пор-
тов абонентских линий, причем один порт рассчитан на включение
одного канала В (64 кбит/с). Для одной аналоговой абонентской ли-
нии требуется один порт, а для цифровой — два порта. Следователь-
но, любой блок аналоговых (SAC) или цифровых (SBA, SBC) або-
нентских линий занимает по 32 порта.
В блочном каркасе модуля MLC В предусмотрено 24 позиции для
установки съемных плат блоков, имеющих номера от 01 до 24. Пози-
ция 01 всегда используется для установки блока CLC, а позиция 24 —
для установки блока PLC. На позицию 02 можно установить блок
CLC или любой периферийный блок, на позицию 23 — блок PLC
или любой периферийный блок Позиции с 03 по 22 всегда исполь-
зуются для включения периферийных блоков. В табл. 8.2 приведено
максимальное количество: периферийных блоков (числитель) и пор-
тов абонентских линий (знаменатель) в зависимости от количества
блоков CLC и PLC. В конфигурации с одним блоком CLC при уста-
новке периферийного блока на позиции 02 количество каналов Е1,
включаемых в четыре субплаты ТРЕ, ограничивается 14.
Таблица 8.2
Тип блока Количество блоков БлокСЬС
1 блок 2 блока
PLC 1 22 704 21 672
2 21 672 2 640
Конструктивно модуль MLC выполнен в виде блочного каркаса,
размещаемого на этаже шкафа и имеющего размер: высота 500 мм,
ширина 535 мм, глубина 280 мм. На рис. 8.37 показан внешний вид
блочного каркаса с конфигурацией по одному блоку CLC и PLC.
427
Станция малой емкости SI2000 АТС 320 рассчитана на включе-
ние до 320 аналоговых или 120 цифровых абонентских линий. Для
соединительных или промежуточных линий можно использовать
до 8 каналов Е1. В сети она имеет такие же функциональные воз-
можности, как и стандартный модуль MLC. Станция может рабо-
тать как оконечная и оконечно-узловая АТС. Конструктивно стан-
ция АТС 320 выполнена в виде одного блочного каркаса, прикреп-
ляемого к стене и имеющего размеры: высота 580 мм, ширина 280 мм
и глубина 280 мм. В каркасе можно установить до 10 периферийных
блоков тех же типов, что и в модуле MLC. Станция может комп-
лектоваться двумя дополнительными блочными каркасами таких
же размеров, предназначенными для электропитающей установки
типа MPS20 и для кросса.
Узел SN. Функции SN выполняет модуль MCA. Один модуль
MCA рассчитан на включение до 240 каналов Е1, что соответствует
организации до 7200 цифровых соединительных линий. Каналы
Е1 могут использоваться для связи с модулями MLC или для внеш-
ней связи. Через модуль может проходить одновременно 7200 со-
единений. На сети модуль может обслуживать до 40 000 аналого-
428
вых или до 20 000 цифровых абонентских линий. В модуль можно
включить до 60 сигнальных каналов с сигнализацией ОКС № 7.
Рассмотрим функциональную схему модуля MCA, приведенную
на рис. 8.38.
Модуль содержит следующие блоки: блок центрального процес-
сора ССА; блок интерфейсов первичного доступа ТРС; блок пере-
ключающих реле RPA для резервирования каналов Е1; блок пере-
ключающих реле RPC для измерения каналов Е1.
Блок центрального процессора ССА выполняет функции управ-
ления всеми узлами модуля и производит коммутацию между ос-
Рис. 8.38. Функциональная схема модуля MCA SI2000
429
новными цифровыми каналами, образованными внутри каналов Е1.
С целью резервирования модуль имеет два одинаковых блока: ССА-А
и ССА-В. Используется режим горячего резервирования. С блоком
ССА связаны следующие устройства, выполненные в виде субплат:
CVC — управляющий процессор типа С вместе со статической опе-
ративной памятью DVA; IVA — адаптер жесткого диска; ША — ин-
терфейс расширения линий HSL.
На субплате CVC установлен управляющий процессор компью-
тера типа Power PC, который централизованно управляет всеми уз-
лами модуля. Процессор работает с операционной системой pSOS+.
Он связан с остальными узлами блока ССА общей шиной типа VME.
Этот процессор также управляет работой блоков ТРС и субплат CDA
через линию HSL. На субплате CVC находятся окончания интерфей-
сов Ethernet и RS232. Процессор обеспечивает производительность
в 700 000 вызовов в час (ВНСА — Busy Hour Call Attempts).
Память DVA имеет емкость 4 Мбайта и предназначена для хране-
ния станционных и тарификационных данных. Такое запоминаю-
щее устройство имеет 32-битовую организацию. При пропадании
напряжения питания запоминающее устройство питается от двух
литиевых батарей емкостью 540 мА ч.
С блоком ССА связан адаптер IVA, где установлен жесткий диск
HD с интерфейсом SCSI. На блоке IVA также есть преобразователи
напряжения постоянного тока —48 В в напряжения постоянного тока
+5 В,+12 В и-9 В.
Коммутационное поле модуля, распределенное между блоком
ССА субплатами IHA, однозвенное и имеет максимальную емкость
16 384 х 16 384 канальных интервалов (256 х 256 каналов Е1). Такая
емкость получается при установке трех субплат IHA. Без субплат IHA
емкость ограничена 4096 канальными интервалами (64 каналами Е1).
При этом организуются 4 высокоскоростных линии передачи инфор-
мации — HSL, в которые можно включить 4 блока ТРС. При добав-
лении одной субплаты IHA емкость коммутационного поля увеличи-
вается на 4096 канальных интервалов и можно включить еще 4 бло-
ка ТРС.
Блок ТРС рассчитан на включение до 16 каналов Е1, образующих
соединительные линии или межмодульные промежуточные линии.
Подключение к каналам Е1 производится через контакты реле бло-
ка RPA. Один блок ТРС связан с каждым из блоков ССА линией HSL,
430
в которой для подключения к коммутационному полю выделен
поток со скоростью 2х 16 Мбит/с. Для соединительных и про-
межуточных линий можно использовать 15 блоков ТРС с номе-
рами от 1 до 15. Блок ТРС с номером 0 является резервным
(блок ТРС 0 redudent).
В каждом блоке ТРС можно установить до двух связевых контрол-
леров CDA, каждый из которых выполнен в виде субплаты. Связе-
вой контроллер CDA обеспечивает прием, обработку и формирова-
ние сигналов при работе по цифровым соединительным линиям с
сигнализацией по выделенным сигнальным каналам (ВСК) и по раз-
говорным трактам. Контроллер также участвует в организации кон-
ференц-связи. Кроме того, контроллер обеспечивает обмен сообще-
ниями для систем межстанционной сигнализации по общему кана-
лу типов ОКС № 7, QSIG, а также служит для сигнализации абонент-
ского доступа типа EDSS1 и работы через интерфейс V5.2. В связевой
контроллер входят: процессор DSP типа МС56156 (Моторола) и свя-
зевой процессор типа МС68МН360 (Моторола). Каждый контрол-
лер CDA связан через линию Н SL с коммутационным полем четырь-
мя каналами по 2 Мбит/с. Один контроллер CDA способен одно-
временно принимать и передавать частотные сигналы по 32 ОЦК.
Вследствие прямого включения контроллеров CDA в коммутацион-
ное поле, они доступны для всех каналов Е1, включенных в разные
блоки ТРС. Количество субплат CDA зависит от сигнальной нагруз-
ки. При типовой комплектации в одном блоке ТРС устанавливается
одна плата CDA
По каждой линии HSL последовательно в двух направлениях пе-
редается пользовательская и управляющая информация.
В процессе нормальной работы один из блоков ССА-А или
ССА-В назначается основным, а другой — резервным. Линии HSL,
идущие к основному блоку являются активными. Оба блока име-
ют общую базу данных, и в память резервного блока записывают-
ся оперативные данные из памяти основного блока. По шине со-
стояний производится обмен данными между блоками. При на-
рушении работоспособности основного блока, резервный блок
берет управление на себя. Активизируются линии HSL, включен-
ные в резервный блок. При переключении с основного на резерв-
ный блок управления установленные соединения сохраняются, но
теряются вызовы, находящиеся в состоянии установления соеди-
нения.
431
В блоке ССА расположены элементы, обеспечивающие синхрони-
зацию станции от внешних источников по двум схемам, каждая из ко-
торых обеспечивает резервирование синхронизации. Первая схема
предусматривает синхронизацию по одному из двух (один — основной,
другой—резервный) входящих цифровых потоков канала Е1, который
может одновременно использоваться для организации цифровых СЛ.
Вторая схема позволяет синхронизировать станцию SI2000с примене-
нием двух отдельных входов синхронизации от внешних независимых
источников, один из которых—основной, другой — резервный.
Рассмотрим принцип резервирования блоков ТРС, соответствую-
щий схеме N+1 (N= 15). Если один из блоков ТРС 1.. .ТРС15 выходит из
строя, то все тракты 16 каналов Е1, включенных в этот блок, переключа-
ются на резервный блок ТРС 0 redudent, который активизируется. Та-
ким образом, блок ТРС 0 redudent заменяет отказавший блок ТРС. Та-
кое переключение достигается в результате срабатывания реле в блоке
RPA, соответствующему отказавшему блоку ТРС, и подключения трак-
тов 16 каналов Е1 к защитой шине РВ. Переключение с резервного на
основной блок ТРС возможно только по команде оператора станции.
Модуль MCA позволяет проводить измерения линейных трактов
рабочих каналов Е1 (измерения со стороны кросса), а также входов
блоков ТРС (измерения со стороны станции). Измерения проводят-
ся по команде от оператора станции. При этом рабочий канал Е1
подключается к измерительному каналу Е1 через защитную шину РВ
и блок RPC. Аналогичное подключение входа блока ТРС произво-
дится через испытательную шину ТВ и блок RPC. К измерительно-
му каналу Е1 должен быть подключен прибор, измеряющий харак-
теристики входящего цифрового потока 2,048 МГц/с и имитирую-
щий исходящий цифровой поток.
На рис. 8.39 показано размещение оборудования этого модуля в
блочном каркасе при полном заполнении модуля блоками. Каркас
имеет несколько секций. Вверху модуля находятся автоматические
выключатели электропитания FA и FB, обеспечивающие защиту сети
питания от перегрузок для блоков CLC-А и CLC-В. Через эту верх-
нюю секцию обеспечивается также ввод кабелей в модуль. Ниже на-
ходится секция с платами блоков IVA, RPA и RPC. Здесь же проис-
ходит подключение кабелей к платам. Основная секция включает
платы блоков управления и коммутации и блоков ТРС. Еще ниже
размещаются вентиляторы, пылезащитный фильтр и блок питания
432
ёаТ |FB
ГУА-А 1 II RPA1 | RPA 2 RPA3 t'Vd'a RPA 5 RPA 6 || RPA 7 DO II RPA9 I RPA 10 RPA 11 II RPA 12 || RPA 13 RPA 14 || RPA 15 1 II
11 У-УЭЭ II ША1-А | || IHA2-A || СУС-А || IHA3-A || L CDA J ТРС 0 — redundant Il L CDA J ТРС 1 11 |l 1 CDA | TPC2 II L CDA J TPC3 II L CDA J TPC 4 II 1 CDA ... J TPC 5 II Il 1 CDA | TPC 6 III CDA J TPC 7 II 11 L . CDA J TPC 8 IIT CDA j TPC 9 II Il L CDA ~ J TPC 10 NL CDA J TPC 11 III CDA TPC 12 II III CDA 1 TPC 13 II III CDA J TPC 14 II CDA | TPC 15 || CCA-В I IHA1-B IHA2-B || CVC-B | IHA3-B |
Вентиляторы, пылезащитный фильтр и блок питания вентиляторов
Рис. 8.39. Блочный каркас модуля MCA SI2000
433
вентиляторов. Блочный каркас имеет размеры: 535 х 1000 х 280 мм
(ширина, высота и глубина в мм).
В состав оборудования станции SI2000 может входить система
первичного питания, включающая модули питания MPS и аккуму-
ляторные батареи. Модуль MPS представляет собой преобразователь
напряжения переменного тока 220/380 В в напряжение постоянно-
го тока 48 или 60 В. В нормальных условиях батарея подключена в
режиме подзаряда. При пропадании напряжения переменного тока
модуль производит переключение на аккумуляторную батарею.
Модуль MPS комплектуется блоками выпрямителей, каждый из
которых рассчитан на ток 10 или 20 А.
В табл. 8.3 приведены типы модулей MPS, выходная мощность и
максимальный ток питания, а также максимальное число блоков
выпрямителей при напряжении питания 48 В.
Таблица 8.3
Тип модуля Мощность, Вт Максималь- ный ток питания, А Максимальное число блоков выпрямителей при напряже- нии DC 48 В
на 10 А на 20 А
MPS50 500-2500 50 5
MPS 100 1000-5000 100 5
MPS 150 1000-7000 140 7
MPS500 1000-28 000 560 28
Модули MLC и MCA станции SI2000, а также модули питания
MPS, размещаются в многомодульных шкафах европейского стан-
дарта ETSI типа МТ2000 или МТ1000, имеющих размеры: высота
2200 мм, ширина 600 мм, глубина 300 мм (МТ2000) и высота 1100 мм,
ширина 600 мм, глубина 300 мм (МТ1000). Для станций малой ем-
кости в шкафах также могут устанавливаться аккумуляторные ба-
тареи системы питания. В одном шкафу МТ2000 предусмотрено
до 4 этажей для установки модулей станции, а в шкафу МТ1000 —
до 2 этажей. Модуль MLC занимает один этаж, а модуль MCA —
два этажа. На рис. 8.40 приведен пример станции с одним модулем
MCA и четырьмя модулями MLC, размещенными в двух шкафах
МТ2000. В третьем шкафу находится модуль MPS 100, включающий
четыре блока выпрямителей (внизу модуля) и блоки управления и
предохранителей.
434
Шкаф 1
Шкаф 2
ШкафЗ
Рис. 8.40. Шкафы с одним модулем MCA и четырьмя модулями MLC SI2000
Мониторинг и администрирование на станции SI2000. В систему
мониторинга и администрирования (СМА) станции SI2000 входят
персональные компьютеры и программные средства мониторинга и
администрирования. Система — централизованная, может обслужи-
435
вать на сети множество станций и иметь несколько уровней. Компь-
ютеры, выполняющие функции СМА, получили название MN
(management node — узел управления). В системе СМА предусмат-
ривается установка нескольких компьютеров, один из которых в за-
висимости от инсталлированного программного обеспечения, ис-
пользуется в качестве сервера MN, а другие являются клиентами MN.
В сети СМА применяется IP-адресация и система доменных имен
(DNS). Пользователи включены в общий домен, поэтому админист-
рирование их системных установок проводится на сервере MN, на
котором работает контроллер первичного домена (Primary Domain
Controler), обеспечивающий на системном уровне добавление, из-
менение или удаление полномочий для пользователей домена. Пол-
номочия действительны на всех клиентах MN, и пользователи могут
для работы в домене войти в систему на любом клиенте MN. Для
станции небольшой емкости предусматривается только один ком-
пьютер, на котором инсталлировано программное обеспечение сер-
вера и клиента узла MN. В системе СМА может использоваться тер-
минал управления МТ, с помощью которого выполняются функции
мониторинга и управления на отдельной станции.
В качестве MN и МТ используются стандартные IBM-совмести-
мые компьютеры. На сервере MN предусматривается зеркальное дуб-
лирование диска или применение дублированного массива дисков
(RAID), что обеспечивает защиту данных, которые хранятся на жес-
тком диске сервера MN.
Объектами СМА станции SI2000 являются модули MLC, MLB,
АТС-320 и MPS. Для обмена информацией между MN и объектами
СМА могут использоваться два варианта: с выделенной сетью пере-
дачи данных (DCN) и с общей 1Р-сетью.
На рис. 8.41 показана схема с выделенной сетью передачи дан-
ных. Узел MN обслуживает сеть из трех станций: одна с модулями
MCA и MLC, две — с модулями MLC. Этот узел обменивается дан-
ными с модулями MCA и MLC-SAN по выделенным в каналах ОЦК,
организованным в каналах Е1 каждого звена сети, включая MLC-
SAN и MLC-AN.
Для передачи данных управления используется стек протоколов
TCP/IP с прикладными программами:
• FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов;
• RPC (Remote Procedure Call) — вызов удаленной процедуры;
436
Рис. 8.41. Система мониторинга и администрирования SI2000 на выделенной
сети ПД и на IP-сети
• SNMP (Simple Network Management Protocol) — упрощенный
протокол управления сетью.
Управляющие устройства модулей MCA и MLC-SAN выполняют
маршрутизацию пакетов данных по протоколу IP. На уровне звена
данных используется протокол PPP (Point-to-Point Protocol), кото-
рый совместно с протоколом PPP Internet Protocol Control Protocol
437
(IPCP) обеспечивает под управлением сервера MN динамическое
распределение IP-адресов, а также обнаружение кадров с ошибками
и их удаление. Такой протокол также служит для обмена данными
по интерфейсу RS232 с модулями MPS.
На рис. 8.41 также показана схема с общей IP-сетью, отличающа-
яся от предыдущей тем, что на участках сети между станциями SI2000
используется 1Р-сеть.
Программное обеспечение СМА делится на системное и при-
кладное. Системное ПО базируется на операционной системе
Windows NT 4.0. На сервере MN выполняются функции приклад-
ного ПО, к которым относятся:
— сбор аварийных сигналов от станций сети, выполняемый ме-
неджером SNMP;
— передача и обработка файлов, содержащих подробные записи о
вызовах и статистические данные;
— текущее согласование центральной базы данных с базами дан-
ных станций сети;
— изготовление резервных копий данных на диске, проверка за-
полненности диска, установка времени для перезапуска системы.
К основным прикладным программам СМА SI2000 относятся:
• Управление конфигурацией MN— MN Configuration, которая обес-
печивает установки сервера базы данных MN, администрирование
резервных копий, установку времени автоматического выключения,
админисгрирование контролируемых объектов, администрирование
сообщений об аварийных сигналах по электронной почте, конфигу-
рирование подключения панели аварийной сигнализации ISA, кон-
фигурирование переноса тарифных данных, конфигурирование син-
хронизации времени системы и другое.
• Управление конфигурацией системы — CMG (Configuration Ma-
nagement), обеспечивает администрирование аппаратных средств и
общих данных, администрирование доступов, администрирование
данных абонентов и дополнительных услуг, администрирование мар-
шрутизации вызовов, а также администрирование сигнализаций.
• Управление диагностикой — FMG (Fault Management), обеспечи-
вает администрирование текущего тестирования, тестирования по
запросу и обработку результатов тестирования.
• Контроль аварийных сигналов — Alarm Monitoring, обеспечивает
просмотр присутствующих в данный момент аварийных сигналов в
438
модулях станций, модулях питания (MPS), MN и МТ, а также архи-
вных данных по этим сигналам. Если подключена панель аварий-
ной сигнализации ISA, данная прикладная программа управляет ISA
и передает визуальные и звуковые аварийные сигналы о наличии
аварийных сигналов в системе. Через панель ISA можно наблюдать
также внешние аварийные сигналы.
• Управление тарификацией и регистрацией тарифных данных —
AMG (Accounting Management), обеспечивает администрирование та-
рифных данных, перенос и обработку записей подробных данных по
вызовам (Call Detailed Record — CDR) и показаний тарифных счет-
чиков, архивирование записей CDR на носители данных, а также пе-
ренос данных в вычислительный центр и их защиту.
• Управление рабочими характеристиками — PMG (Performance
Management), обеспечивает администрирование измерений и сбора
статистических данных, а также вывод результатов измерений на
абонентских и соединительных линиях.
• Управление безопасностью — SMG (Security Management), обес-
печивает предоставление и удаление разрешений на работу с при-
кладными программами CMG, FMG, AMG, PMG, SYS и SMG в от-
дельных узлах.
• Управление системой — SYS (System Management), обеспечивает
администрирование основных данных узлов, администрирование сети
DCN, инсталляцию программного обеспечения узлов и администри-
рование часов реального времени в узле, создание резервных копий базы
данных и данных о конфигурации сети, администрирование процедур
согласования базы данных, подготовку плана нумерации, изменение
нумерации и управление программой отслеживания вызовов.
Прикладные программы для управления, которые обеспечивают
ввод, изменение и удаление данных, находятся на клиенте MN и со-
единяются с соответствующим программным обеспечением на сер-
вере MN.
Построение станции 572000. В зависимости ог требуемой абонен-
тской емкости станция SI2000 может строиться с применением мо-
дулей MLC или с применением модулей MLC и модуля MCA.
Построение станции из модулей MLC. Станция может быть по-
строена из одного или множества модулей MLC. Максимальное число
модулей MLC, образующих одну станцию, зависит от трафика в сети,
от числа соединительных линий и комбинации систем сигнализа-
439
ции по соединительным линиям. Можно включить до 8 модулей
MLC, однако на практике обычно включают не более четырех таких
модулей. Варианты построения станции из модулей MLC приведе-
ны на рисунках 8.42 и 8.43. На этих и последующих рисунках пока-
Рис. 8.42. Построение станции SI2000 из одного и двух модулей MLC
Рис. 8.43. Построение станции SI2000 из четырех модулей MLC
440
зано количество портов для абонентских линий и возможное коли-
чество каналов Е1, требуемых при образовании соединительных и
промежуточных линий.
При абонентской емкости до 640—704 портов достаточно иметь
один модуль MLC (рис. 8.42, а), выполняющий функции SAN. При
соединении двух модулей MLC абонентская емкость может дости-
гать 1280—1408 портов (см. рис. 8.42, б). Один из модулей выполня-
ет функции SAN, другой — AN. На промежуточных линиях (ПЛ) меж-
ду модулями применяется протокол сигнализации V5.2. В узле AN
все соединительные пути между абонентскими линиями проходят
через SAN, а в SAN соединительные пути между абонентскими ли-
ниями замыкаются внутри узла (трафик замыкается внутри модуля).
На рис. 8.42, в показаны пунктиром соединительные пути через ком-
мутационные поля (КП) двух модулей.
При построении станции из большего числа модулей MLC, один
из модулей также назначается узлом SAN, а остальные — узлами AN
(см. рис. 8.43). Модуль, выполняющий функции SAN, обеспечивает
транзитные соединения между остальными модулями. Через этот мо-
дуль также проходят все соединения от других модулей. Станция из
4 модулей MLC может иметь абонентскую емкость до 2816 портов.
Предельные значения числа абонентских портов и каналов Е1,
предназначенных для соединительных линий, приведены для раз-
ного количества модулей в табл. 8.4.
Таблица 8.4
Параметры Конфигурация станции
Один модуль MLC Два модуля MLC С транзитным модулем MLC
Число модулей MLC 1 2 3 4
Предельное значение числа абонентских портов 704 1408 2112 2816
Предельные значения числа каналов Е1 для соединительных линий (при максимальном числе абонентских портов) 32 26 20 17
Построение станции из модулей MLC и модуля MCA Станция SI2000
строится из модулей MLC и модуля MCA, когда не хватает емкости
при построении станции из модулей MLC, либо не выполняются тре-
441
бования по количеству сигнальных каналов ОКС № 7 или по произ-
водительности управляющего процессора.
Модуль MCA производит транзитные соединения между моду-
лями MLC и между соединительными линиями, соединения между
абонентскими и соединительными линиями. Через MCA проходят
все соединения, осуществляемые между абонентскими линиями
внутри модулей MLC.
Количество модулей MLC, включаемых в модуль MCA, ограничено
(примерно, 40 000 абонентских портов). Построение станции макси-
мальной емкости показано на рис. 8.44. Количество модулей MLC рав-
но 57 и каждый модуль MLC связан с модулем MCA'гремя каналами Е1.
Для организации соед инительных линий остается 69 каналов Е1.
На рис. 8.45 показана типовая схема применения станции SI2000
в железнодорожном узле. Используется структура с одним модулем
MCA и множеством модулей MLC, причем одни модули MLC вы-
полняют функции AN, а другие — SAN.
В модули MLC-AN включаются в разных сочетаниях аналоговые
(АЛа) и цифровые (АЛц) с интерфейсом абонентские линии.
Часть абонентов пользуется бесшнуровыми аппаратами с перенос-
ными трубками, для чего в модули MLC по АЛД включаются базо-
вые телефонные аппараты DECT.
СЛ
Рис. 8.44. Построение станции SI2000 из модулей MCA и MLC
442
Каналы
Каналы
Е1
УАК
О'
ДАКТС
Сеть общего
пользования
К РАТС
у
Каналы сети %
Ручные каналы
I-S! междугородной связи,
ф 1^ каналы постанционной
|-1 1 и связи
MLC-
SAN
________3
Ethernet |
El
(ОКС
№7)
МСА-
SN
Е1
(ОКС
№7)
|Ethernet
MLC-
SAN
4
РМТС
АЛ,
— ———
So APMo
J S
Ethernet c r-
Е1
ПЛ
(V5.2)
ПЛ
(V5.2)
ПЛ
(V5.2)
El L
ПЛ (V5.2)
ЛВС
Е
BBs
MN1
и
-й^ВЬ
MN2
Е1
Е1
UjW)
АЛ.
АЛ
MLC-
AN
MLC-
AN
2
Uw
АЛ„
Удаленный
модуль 2
Удаленный
модуль 1
ТА-база
SI2000
АЛц
MLC-
AN
АЛ,
MLC-
AN
АЛа
Рис. 8.45. Типовая схема применения станции SI2000 на железнодорож-
ном узле
443
В модуль MCA включаются пучки соединительных линий в на-
правлениях: к РАТС городской телефонной сети общего пользо-
вания, к УАТС сети ОбТС, находящихся в зоне этого железнодо-
рожного узла, к коммутационным станциям сетей ДАКТС и
МАКТС, а также к модулям MLC, выполняющим функции SAN.
На рис. 8.45 у каждого пучка соединительных линий показан тип
системы сигнализации для цифровой сети. Если встречная АТС —
аналоговая, то в пучок соединительных линий включается кон-
вертер сигнализации, устанавливаемый на станции SI2000 или на
встречной АТС.
Модули MLC-AN устанавливаются в помещении станции SI2000,
а также в других зданиях железнодорожного узла — удаленные (вы-
носные) модули.
На цифро-аналоговой сети в состав станции входит узел авто-
матической коммутации (УАК), выполненный на базе модуля MLC.
В УАК включаются аналоговые каналы сети ДАКТС, работающие
со специализированной одночастотной сигнализацией. Между мо-
дулями MLC-УАК и MCA организован пучок цифровых соедини-
тельных линий с сигнализацией ОКС№ 7. Модуль MLC-УАК ком-
плектуется периферийными блоками типа TAB и выполняет функ-
ции SAN. Модуль осуществляет транзитные соединения между ка-
налами сети ДАКТС внутри модуля, а также соединения каналов
сети ДАКТС с другими линиями, включенными в станцию. На пол-
ностью цифровой сети УАК не требуется.
В крупных узлах сети ОбТС в составе станции SI2000 строится
ручная междугородная станция (РМТС), выполненная на базе мо-
дуля MLC с функциями SAN. В этот модуль по цифровым абонен-
тским линиям включаются автоматизированные рабочие места
операторов связи (АРМ0), а по аналоговым соединительным лини-
ям — ручные междугородные каналы и каналы постанционной свя-
зи. Операторы РМТС устанавливают междугородные соединения
для абонентов местной сети ОбТС железнодорожного узла. Между
модулями MLC-PMTC и MCA организован пучок цифровых соеди-
нительных линий с сигнализацией ОКС № 7.
Мониторинг и администрирование всех модулей станции, вклю-
чая удаленные, осуществляются с применением двух ПК, выполня-
ющих функции MN. Модули MCA, MLC-SAN и ПК-MN включа-
ются в общую локальную вычислительную сеть типа Ethernet.
444
Цифровая станция МиниКом DX-500. Такая станция представля-
ет собой цифровую учрежденческую коммутационную станцию с
функциями ISDN, разработанную и производимую российской ком-
панией «Информтехника». В условиях сети связи железных дорог
станция может быть использована в пределах абонентской емкости
от 30 до 2500 номеров д ля узловых и до 4096 номеров д ля оконечных
станций. Станция предназначена для применения как на сетях ОбТС,
так и на сетях ОТС железнодорожного транспорта. На сетях ОТС ис-
пользуется модификация станции МиниКом DX-500 ЖТ.
Построение станции. Станция строится из отдельных модулей,
получивших название кластеров. Существует два типа кластеров:
абонентский кластер и кластер И КМ. Каждый кластер является ав-
тономной коммутационной станцией, имеющей периферийные ус-
тройства, коммутационное поле, управляющее устройство, сигналь-
ные процессоры (DSP).
Абонентский кластер имеет 128 портов, в которые можно вклю-
чить аналоговые и цифровые абонентские линии. При этом анало-
говая линия занимает один порт, а цифровая — два порта. Кластер
позволяет включить два канала Е1, служащих для образования со-
единительных линий. На рис. 8.46, а показано построение станции
DX-500 емкостью 128 аналоговых АЛ, состоящей из одного абонен-
тского кластера. Абонентский кластер занимает половину блочно-
го каркаса и в него входит от 2 до 4 модулей, каждый из которых
занимает одну плату. В кластер ИКМ допускается включать до 4
каналов Е1, выполняющих роль цифровых соединительных линий.
Кластер выполнен в виде одной платы и получил название мо-
дуль РСМ-4.
В станции емкостью до 256 номеров объединяются два абонент-
ских кластера, расположенных на одном блочном каркасе. В стан-
цию можно включить до 4 каналов Е1, по два в каждый кластер. На
рис. 8.46, б показана структурная схема станции, состоящая из двух
абонентских кластеров емкостью 256 аналоговых абонентских ли-
ний и 4 каналов Е1. Кластеры связаны между собой двумя цифро-
выми линиями HW (High Way — скоростная линия) со скоростью
потока в каждом из направлений 4 Мбит/с (4096 кбит/с). В потоке
одной линии HW образовано 64 КИ, из которых в данном случае 60
КИ служат для передачи речи, а 4 КИ — для передачи управляю-
щей информации между кластерами (структура HW/60+4).
445
Рис. 8.46. Построение станции DX-500 емкостью 128 и 256 аналоговых АЛ
Если линии вызывающего и вызываемого абонентов включены в
один кластер, речевой трафик замыкается внутри одного кластера.
Тоже самое происходит при соединениях между соединительными
линиями и между абонентской и соединительной линиями одного
кластера. Во всех других соединениях используются межкластерные
л инии HW. Между кластерами одновременно может быть до 128 со-
единений.
Станция емкостью до 512 номеров включает в себя до 4 абонентс-
ких кластеров и до 3 модулей РСМ-4. В состав станции входят два цен-
тральных модуля, названных модулями CPU0 и CPU1, в которые
включаются абонентские кластеры и модули РСМ-4. Модули CPU
служат для транзитных соединений между кластерами. Структурная
схема станции емкостью 512 аналоговых абонентских линий и 12 ка-
налов Е1 показана на рис. 8.47. В станцию входят 4 абонентских кла-
стера, 3 модуля РСМ-4 и два модуля CPU0 и CPU1. В один модуль
CPU входят коммутационное поле емкостью 1024 х 1024 и управ-
ляющее устройство. Коммутационное поле образовано двумя
446
цел цел цел
Абонентские Абонентские
линии
линии
Абонентские
Абонентские
линии
линии
Рис. 8.47. Построение станции DX-500 емкостью 512 аналоговых АЛ
447
микросхемами MTSL, каждая емкостью 1024 х 512. Одна микросхе-
ма имеет 32 входа и 16 выходов. Для образования общего коммута-
ционного поля входы микросхем запараллеливаются. На используе-
мых входах и выходах скорость цифрового потока равна 4 Мбит/с.
В УУ входят: МПр типа 1386ЕХ, энергонезависимое ОЗУ емкостью
256 кбайт, полупостоянное запоминающее устройство типа Flash и
контроллеров HDLC. В Flash-памяти управляющего устройства хра-
нится общестанционная база данных. В состав УУ входит генератор
тактовых синхросигналов, который вырабатывает и раздает синхро-
сигналы устройствам модулей CPU и кластерам. Генератор может
работать в режиме свободных колебаний или в режиме внешней син-
хронизации. Каждый абонентский кластер и модуль РСМ-4 вклю-
чается в один модуль CPU одной линией HW со структурой 60+4.
В каждом CPU модуле находится интерфейс RS232, служащий для
включения автоматизированного рабочего места технического об-
служивания станции.
В станции с модулями CPU речевой трафик либо замыкается внут-
ри абонентского кластера или модуля РСМ-4, либо передается че-
рез модули CPU. Модули CPU работают с разделением нагрузки, ког-
да нагрузка в среднем поровну делится между модулями CPU0 и
CPU 1. Если выйдет из строя один из модулей CPU, второй модуль
CPU будет обслуживать нагрузку всех абонентских кластеров и мо-
дулей РСМ-4. При работе одного модуля CPU потери вызовов могут
возрасти вследствие снижения пропускной способности станции.
Для построения станции емкостью до 4096 номеров требуется
транзитный блок (ТБ), в который можно включить до 28 каналов Е1.
Транзитный блок производит транзитные соединения между отдель-
ными станциями емкостью 512 номеров. На рис. 8.48 приведен при-
мер построения станции на 2048 аналоговые АЛ и 20 каналов Е1,
служащих д ля организации цифровых СП. В станцию входят четыре
отдельных станции на 512 номеров каждая (DX-500/512) и транзит-
ный блок (DX-500/ТБ). Транзитный блок образован двумя модуля-
ми CPU и модулями РСМ-4, количество которых может достигать 7.
Количество модулей РСМ-4 зависит от числа станций DX-500/512
и числа каналов Е1, включенных от этих станций в ТБ. В рассмат-
риваемом примере от каждой станции DX-500/512 в ТБ включают-
ся 3 канала Е1. Всего получается 12 каналов Е1, для которых требу-
ется 3 модуля РСМ-4.
448
Рис. 8.48. Построение станции DX-500 емкостью 2048 аналоговых АЛ
29-3936
449
При максимальной емкости 4096 номеров в ТБ включается 8 от-
дельных станций DX-500/512 и каждая отдельная станция связана с
ТБ максимально тремя-четырьмя каналами Е1. Для организации
соединительных линий в станции емкостью 4096 номеров можно
использовать до 40 каналов Е1.
В станции с транзитным блоком существуют три варианта про-
пуска трафика: с замыканием внутри одного абонентского кластера
или модуля РСМ-4, с транзитом через модуль CPU внутри отдель-
ной станции DX-500/512 и с транзитом через транзитный блок.
На базе транзитного блока можно построить транзитный узел
коммутации (УАК), в который включаются только соединительные
линии. В такой узел можно включить до 28 каналов Е1.
При построении станций DX-500 взаимодействие между мо-
дулями ADK-CO, РСМ-4 и CPU, между отдельными станциями
DX-500/512 и ГБ осуществляется по общеканальному протоколу
DX_NET. Этот протокол может также использоваться для связи
между станциями МиниКом DX-500, установленными в разных
пунктах сети ОбТС.
Рассмотрим функциональную схему станции DX-500/256 (рис. 8.49).
Станция состоит из двух одинаковых кластеров, каждый из которых
включает модули: один управляющий модуль ADK-CO и четыре пе-
риферийных модуля, в которые включаются абонентские линии (воз-
можно включение аналоговых СЛ).
Управляющий модуль ADK-CO содержит следующие основные
устройства: управляющее устройство (УУ), коммутационное поле
(КП), четыре контроллера ELIC (Extended Line Card Interface Cont-
roller), три сигнальных процессора ADSP и при необходимости —
субмодуль РСМ-2.
Управляющее устройство модуля ADK-CO состоит из следую-
щих основных элементов: микропроцессора (МПр) типа 1386ЕХ
(INTEL), энергонезависимого оперативного запоминающего ус-
тройства (ОЗУ) емкостью 256 кбайт, полупостоянного запомина-
ющего устройства типа Flash, двух контроллеров HDLC (HDLC
contr), генератора синхросигналов (ГСС) и процессора техниче-
ского обслуживания «М-51» (Пр-ТО) на базе АТ-87 С 2051-24РС.
Контроллеры HDLC выполнены на базе двух СБИС типа IDEC
(ISDN D-Channel Exchange Controller — контроллер обмена дан-
ными по D-каналу ISDN), каждая из которых способна обрабаты-
450
Абонентские аналоговые Абонентские аналоговые
и цифровые линии и цифровые линии
Рис. 8.49. Функциональная схема станции DX-500/256
451
вать данные в 4-х независимых цифровых каналах, например в ка-
нальных интервалах линии HW.
В УУ входит также контроллер д ля организации интерфейса RS232,
используемого д ля включения внешних терминалов, например АРМ
технического обслуживания (АРМТО). В памяти Flash хранятся про-
граммы работы станции и данные обоих кластеров. Контроллеры
HDLC обеспечивают надежный обмен данными между управляю-
щими устройствами кластеров. Генератор синхросигналов работает
в режиме свободных колебаний или в режиме внешней синхрониза-
ции. Один из ГСС по отношению к другому может выполнять роль
источника внешних синхросигналов.
Коммутационное поле модуля ADK-CO представляет собой мат-
рицу емкостью 1024 х 1024 (емкость в канальных интервалах), в ко-
торую включается до 16 линий HW. Матрица выполнена на базе
СБИС типа MTSI. В матрицу входит устройство конференц-связи
(УКС), которое позволяет организовать до 42 независимых конфе-
ренций по три участника в каждой с программным управлением уси-
лением и затуханием в каждом речевом канале. Через коммутацион-
ное поле устанавливаются соединения внутри кластера и между кла-
стерами.
Контроллер ELIC служит для мультиплексирования и демульти-
плексирования цифровых потоков, действующих между периферий-
ными модулями и коммутационным полем. Кроме того, такой кон-
троллер обеспечивает обмен управляющей информацией между УУ
и периферийными модулями. Два контроллера являются основны-
ми (ELIC 1 и 3) и два — резервными (ELIC 2 и 4).
Сигнальные процессоры ADSP принимают из речевых трактов и
передают по ним тональные сигналы: межстанционной частотной
сигнализации, сигналы DTMF, известительные сигналы станции.
Субмодуль РСМ-2 имеет интерфейсы для включения в модуль
ADK-CO до двух каналов Е1, необходимых для организации соеди-
нительных линий. Этот субмодуль выполнен в виде субплаты (до-
черней платы), вставляемой через разъем в плату модуля. Субмодуль
РСМ-2 в конфигурации с модулями CPU не применяется.
Контроллеры HDLC обеспечивают обмен данными между моду-
лями ADK-CO двух кластеров, необходимых для установления со-
единений и разьединений, а также для передачи служебной инфор-
мации, например по мониторингу и администрированию кластеров.
452
Периферийные модули могут быть двух типов: DX-500M-32M —
д ля включения до 32 аналоговых абонентских линий, DX-500T-UpN —
для включения до 16 цифровых абонентских линий. Периферийный
модуль связан со своим модулем ADK-CO двумя интерфейсами ЮМ-2,
каждый из которых представляет собой цифровой канал 2 Мбит/с,
включаемый в основной контроллер ELIC. Каналы интерфейсов
ЮМ-2 также заводятся параллельно в другой модуль ADM, где они
включаются в резервные мультиплексоры ELIC. Периферийные
модули большей частью построены на СБИС, разработанных ком-
панией Siemens и производимых компанией Infineon (СБИС: MTSI,
MTSL, IDEC, ELIC, DuSLIC).
Рассмотрим функциональную схему прохождения разговорных
трактов через абонентские кластеры. На рис. 8.50 представлены ос-
новные элементы двух кластеров. Также показаны отдельные эле-
менты двух периферийных модулей, предназначенных для включе-
ния аналоговых абонентских линий.
На периферийной плате каждые две аналоговые абонентские ли-
нии включаются в СБИС типа DuSLIC. В этой микросхеме находятся
два устройства SLIC (Subscriber Line Interface Circuit — интерфейс або-
нентской линии), каждое на одну АЛ, и общий для двух АЛ кодек-
филыр SLICOFI. Устройство SLIC выполняет функции BORSCHT
(см. п. 8.8) и включает в себя абонентский комплект (АК) и диффе-
ренциальную систему (ДС). Со станционной стороны выводы 8 коде-
ков-фильтров запараллеливаются и включаются в общую двусторон-
нюю линию интерфейса ЮМ-2. Эта линия подключается параллель-
но к входам основного контроллера ELIC своего кластера и резервно-
го контроллера ELIC соседнего кластера. На интерфейсе ЮМ-2 за каж-
дым абонентским комплектом закрепляются один канал В (ОЦК) для
перед ачи речи. На два канала В приходится по од ному каналу управле-
ния C/1 (command/indication) и мониторинга (MON). На рис. 8.51 по-
казан формат цикла в цифровом потоке интерфейса ЮМ-2. По каналу
С/I от УУ к абонентским комплектам передаются сигналы управления
включением устройства посылки вызова по АЛ, переключением в ре-
жим тестирования АЛ. В обратном направлении от абонентских комп-
лектов по каналу СД передаются сигналы (индикация) вызова от або-
нента, ответа от абонента, отбоя от абонента, импульсы набора номера
декадным способом. Сигналы управления и индикации выделяются и
вставляются в каналы СД в кодек-филыре SLICOFI.
453
Абонентский кластер 1
El
El
— мультиплексор, используемый при неисправности
модуля ADM-СО соседнего кластера
Рис. 8.50. Функциональная схема прохождения разговорных трактов через або-
нентские кластеры
454
Один цикл 125 мкс
Bl I В2 IMONI C/1 I ВЗ I В4 IMONI C/1 I I В15 I BI6 IMONIC/I
Два абонентских
комплекта
Рис. 8.51. Формат цикла в цифровом потоке интерфейса IOM-2
В контроллере ELIC каналы С/I и MON выделяются из входя-
щих в него потоков интерфейсов ЮМ-2 и их содержимое направля-
ется в УУ. В каналы С/I и MON исходящих потоков интерфейсов
ЮМ-2 в контроллере ELIC вставляются данные, поступившие от УУ.
В контроллере ELIC канальные интервалы входящих потоков ин-
терфейсов ЮМ-2 каналов В объединяются на выходе ELIC, в кото-
рую в сторону КП включена линия HW. Все канальные интервалы
этой линии служат для передачи речи (структура HW/64). В резуль-
тате в исходящем из ELIC потоке 4 Мбит/с образуются 64 канала В,
причем каждый канал В закреплен за своим АК (рис. 8.52).
В потоке, входящем в ELIC со стороны КП, формат цикла анало-
гичен исходящему потоку от КП (структура HW/64). В контроллере
ELIC происходит разделение входящего потока от КП на четыре по-
тока, направляемых к периферийным модулям через интерфейсы
ЮМ-2. В КП также включены линии HW со структурой 60+4, иду-
щие к субмодулю РСМ-2 и к КП другого модуля ADK-CO.
Если соед инения устанавливаются между абонентами одного кла-
стера, то разговорные тракты замыкаются через коммутационное
поле этого кластера. При соединениях между абонентами, линии
Один цикл 125 мкс
В1 | В2 | ВЗ | | В31 | В32 | ВЗЗ | В34 | | В63 | В64 |
АК1 АК2 АКЗ АК31 АК32 АК1 АК2 АК31 АК32
Периферийный модуль 1
Периферийный модуль 2
Рис. 8.52. Использование каналов В на интерфейсе ЮМ-2
455
которых включены в разные кластеры, разговорные тракты прохо-
дят через коммутационные поля обоих кластеров.
В каждом модуле ADK-CO установлено по три сигнальных про-
цессора ADSP0—ADSP2. При соединениях по каналам Е1 через суб-
модуль РСМ-2 процессоры необходимы д ля обработки и формирова-
ния межстанционной сигнальной информации. При соединениях по
аналоговым абонентским линиям происходит следующее. На входах
процессоров принимаются тональные сигналы кодами DTMF, посту-
пающие от абоненгскихлиний периферийных модулей. Декодирован-
ные в процессорах ADSP тональные сигналы передаются в УУ. Управ-
ляющий устройства с выходов сигнальных процессоров к линиям пе-
риферийных модулей перед ает тональные известительные сигналы: от-
вета станции, контроль посылки вызова, «занято».
В работоспособном состоянии работой каждого кластера управ-
ляет собственное УУ. Одно из УУ двух кластеров назначается веду-
щим (master), а второе — ведомым (slave). В каждом УУ хранится вер-
сия программного обеспечения и данные, но только в ведущем на-
ходится верная версия программного обеспечения и данных. В про-
цессе работы ведомое управляющее устройство сверяет свои данные
с данными ведущего УУ и в случае обнаружения расхождений ис-
правляет свои данные.
В аварийном режиме (неисправность одного из УУ, КП или ADSP)
происходит переключение обслуживания периферийных модулей
с неисправного модуля ADK-CO на исправный модуль ADK-CO.
В исправном модуле активизируются резервные контроллеры ELIC,
которые выполняют те же функции, что и основные контроллеры
ELIC в неисправном модуле ADK-CO. Таким образом, станция, со-
стоящая из двух кластеров, продолжит нормальную работу при не-
исправности одного из модулей ADK-CO.
Рассмотрим виды и назначение периферийных модулей.
DX-500-16UpN — модуль 16 цифровых абоненгскихлиний с ин-
терфейсом U .
DX-500-8UpN — модуль 8 цифровых абоненгскихлиний с интер-
фейсом Up.
DX-50O-S0 — модуль 8 цифровых абонентских линий с интерфей-
сом So.
DX-500-32M — модуль аналоговых абонентских и соединитель-
ных линий, на котором устанавливается до 16 субмодулей следую-
456
щих типов: DX-500-A02S — субмодуль на 2 аналоговые абонентские
линии; DX-500-A02T — субмодуль на 2 аналоговые соединительные
двухпроводные линии; DX-500-A02F — субмодуль на две четырех-
проводные соединительные линии, образованные каналами ТЧ;
DX-500-3WA-I — субмодуль на одну входящую трехпроводную со-
единительную линию; DX-500-3WA-0 — субмодуль на одну исходя-
щую трехпроводную соединительную линию; DX-500-A02-1Е — суб-
модуль на одну аналоговую соединительную линию с сигнализаци-
ей типа Е&М.
DX-500-16S — модуль 16 аналоговых абонентских линий с суб-
модулем DX-500- 16Sd, рассчитанным на включение 16 аналоговых
абонентских линий.
На сетях ОбТС преимущественное применение нашли модули
DX-500-32M с субмодулями DX-500-A02S, DX-500T-16UpN и DX-
500T-8UpN.
В аналоговые абонентские линии включаются стандартные ана-
логовые телефонные аппараты с декадным или частотным набором
номера.
Цифровые абонентские линии, включаемые в модули DX-500T-
16UpN и DX-5OOT-8UpN, двухпроводные и рассчитаны на включе-
ние в них цифровых телефонных аппаратов, производимых компа-
нией Siemens, типа Optiset Standart и Optiset Comfort. При исполь-
зовании кабеля 5-й категории скрутки гарантированная длина цифро-
вой абонентской линии составляет 1 км. Длина линии может
доходить до 2 км при выборе пар жил кабеля с наилучшими характе-
ристиками, что достигается измерениями параметров кабеля. По
такой линии обеспечивается подача от станции питания цифровому
аппарату.
В один управляющий модуль ADK-CO можно включить не более
двух модулей DX-500T- 16UpN.
С помощью станций МиниКом DX-500 может быть организован
радиодоступ по стандарту DECT. Для этого в состав оборудования
входит модуль DECT, выполняющий функции контроллера базовых
станций (БС) сети DECT. Этот модуль имеет два конструктивных
исполнения: как плата, вставляемая в блочный каркас вместо платы
модуля РСМ-4, или как отдельное внешнее устройство.
Если модуль DECT входит в состав блочного каркаса, то к нему
можно подключить 12 БС. Каждая БС соединена с модулем DECT
457
одним каналом El с применением специализированного протокола
взаимодействия между БС и контроллером БС. Каждая БС обеспе-
чивает до 12 одновременных разговоров. Один контроллер позволя-
ет мобильным абонентам вести до 60 разговоров одновременно, что
дает возможность зарегистрировать в сети DECT до 500 абонентов с
профилем доступа GAP.
Радиодоступ на основе системы М иниКом-DECT может строить-
ся с организацией микросотовых сетей DECT.
Оборудование станции МиниКом DX-500размещается в шкафах,
рассчитанных на один (типоразмер I), два (типоразмер II) или четыре
(типоразмер III) блочных каркаса. В документации шкаф получил назва-
ние — базовый блок. Один блочный каркас занимает один этаж шкафа.
Шкаф типоразмера III имеет ширину 0,8 м, глубину 0,6 м, высоту 1,8 м.
В табл. 8.5 приведен состав оборудования при включении анало-
говых абонентских линий (АЛа) для разной конфигурации станции
МиниКом DX-500.
Таблица 8.5
Емкость Платы модулей DX-500M-32M Платы модулей ADK-CO Платы модулей РСМ-4 Субмодули РСМ-2 Платы модулей CPU Количество блочных каркасов
128АЛа2хЕ1 4 1 — 1 — 1 (занимается половина каркаса)
256АЛа4хЕ1 8 2 — 2 — 1
512АЛд12хЕ1 16 4 3 — 2 2
В качестве примера на рис. 8.53 показан внешний вид блочного
каркаса станции, включающий два абонентских кластера на 128 ана-
логовых АЛ каждый, один модуль РСМ-4 и два модуля CPU.
Цифровая станция Meridian 1. Учрежденческая цифровая станция
Meridian-1 создана фирмой Nortel в начале 90-х гг. прошлого века и
прошла несколько этапов модернизации.
Станция имеет 4 исполнения (опций): опция 11С, опция 51С, оп-
ция 61С и опция 81 С, отличающихся в первую очередь максималь-
458
Ш = 5
2 ~ 8
5
«S
§
£
си
К
О
L_ 1I S’ "fa TORTS Я«’»” шд 11111*15 16171819 WB 29212223 ±J =i
U- —fttrd M 1*1*1TL • V****^/ * J =1
• | «М9 | • П 5
• \•««« | •
22*1 ft] 1*1* 1*1*1 Vl • [j • J e-4
^3 nniVi • |^мммГ/ • T в
I
Модуль
ADK-CO
Модуль
CPU
Модуль
CPU
Модуль
РСМ-4
Модуль
ADK-CO
a
g*
2
S
о
Д
5Г
I
I
>s
я
я
a
u
я
pa
S
CN
I
459
ной емкостью. Широкий ряд станций позволяет эффективно стро-
ить железнодорожные сети связи с емкостью отдельных АТС от 30
до 10 000 номеров. Любая опция станции может выполнять функ-
ции ОС, УС и УАК. В станцию могут включаться аналоговые и циф-
ровые ТА, терминалы передачи данных, персональные компьюте-
ры. Станция обеспечивает согласование с цифровыми и аналоговы-
ми соединительными линиями с различными типами сигнализации.
При работе на цифровой сети связи может использоваться сигнали-
зация по общему каналу по протоколам международного стандарта
QSIG или по протоколу DPNSS1, признанному рядом производите-
лей коммутационного оборудования. Также поддерживается сигна-
лизация DASS2, принятая в Великобритании.
В станцию любой опции могут быть включены: аналоговые и циф-
ровые абонентские линии, аналоговые и цифровые соединительные
линии, причем предусматривается гибкое количественное распре-
деление указанных линий.
В состав любой станции входит следующее оборудование: общее
(СЕ), периферийное (РЕ) и оборудование электропитания (PWR)
(рис. 8.54). Общее оборудование подразделяется на общую систему
управления и на сетевые интерфейсы. Система управления работает
по децентрализованному принципу, в соответствии с которым имеется
центральный процессор, получивший название процессор вызовов
(СР), и множество распределенных по разным функциональным бло-
кам периферийных процессоров. К сетевым интерфейсам в первую
очередь относятся устройства коммутационного поля. Оборудова-
ние PWR обеспечивает вторичное электропитание д ля всех устройств
станции. Периферийное оборудование предназначено для включе-
ния разных абонентских линий, а также аналоговых среди нитель-
ных линий. В станции опций 51С...81С используется цифровое ком-
мутационное поле, распределенное между разными модулями, вслед-
ствие чего оно получило название — коммутационная сеть. В зави-
симости от построения, выделяют станции: с половинной, полной и
множественной сетевыми группами, которые имеют предельную
емкость цифрового КП, оцениваемую в количестве входящих и ис-
ходящих трактов Е1:16 х 16, 32 х 32 и 256 х 256 соответственно.
Оборудование станций опций 51 С.. .81С размещается на стативах.
На стативе можно разместить до 4 блочных каркасов, каждый из
которых используется для установки любого из модулей станции.
460
a S Я » н s И ota н к я я w nsistto
ТЕРМИНАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
(Телефонные аппараты, консоли
операторов, терминалы передачи данных)
Рис. 8.54. Состав оборудования станции Meridian 1
461
Модули заполняются соответствующими платами в зависимости от
их назначения и конфигурации станции.
Опция ПС. Первоначально станции этой опции были рассчита-
ны на емкость до 480 портов, из которых до 240 можно использо-
вать для включения цифровых СЛ (до 8 каналов Е1). Конструктив-
но станция могла строиться из одного, двух или трех модулей, из
которых один — основной, а остальные — модули расширения.
В дальнейшем появилось решение по расширению емкости
станций, получившее название опция 11C-LSE. Модифицирован-
ная станция рассчитана на емкость до 768 портов, из которых 700
портов MOiyr быть гибко распределены между абонентскими ана-
логовыми линиями и цифровыми линиями BRI и PRI ISDN. Кон-
структивно в станцию может входить от одного до пяти модулей,
из которых один — основной, а остальные — модули расширения.
В основном модуле находится общее и сетевое оборудование, а
также до 10 периферийных плат. В каждом модуле расширения
находится периферийное оборудование с количеством плат до 10.
В одну периферийную плату аналоговых линий можно включить
до 16 абонентских линий. Платы цифровых линий рассчитаны на
включение 16 или 24 абонентских линий BRI. Модули имеют за-
крытое конструктивное исполнение и могут быть прикреплены к
стене или установлены на горизонтальной поверхности. Связь
между основным модулем и любым модулем расширения осуще-
ствляется с помощью волоконно-оптического кабеля, длина ко-
торого не превышает 10 м.
Станция имеет один блок центрального процессора (CPU), по-
строенный на базе 32-разрядного микропроцессора типа Motorola
68040 с частотой задающего генератора 25 МГц. В блок входит опе-
ративная память динамического типа (DRAM) объемом 16 Мбайт.
Для хранения программ и данных используется флэш-память на
40 Мбайт. Блок CPU имеет интерфейс для включения в сеть Ethernet,
используемый для технического обслуживания станции. Процессор
может обслуживать до 58 000 вызовов в час.
Станция предоставляет услуги речевой почты с использованием
до 24 портов. На станции с пятью модулями может быть до шести
устройств. Обычно организуются конференции с гремя участника-
ми в каждой. Есть возможность организации конференций с шес-
тью участниками в каждой.
462
Для станций малой емкости предусмотрен вариант опция 11 С.-
Мини, которая в базовом исполнении рассчитана на 144 порта. Эти
порты можно использовать для организации абонентских аналого-
вых линий и цифровых линий BRI и PRI ISDN. Принципиальное
отличие этих станций состоит в их конструктивном исполнении.
Базовое исполнение станции включает главное шасси, крепящееся
к 19-дюймовому стативу или стойке. Главное шасси имеет систему
управления на базе процессора Motorola 68040, до трех периферий-
ных плат на 32 порта каждая и одну плату на 48 портов для цифровых
абонентских линий. Возможно расширение емкости станции путем
подключения дополнительных шасси. В дополнительное шасси мож-
но установить до трех периферийных плат на 32 порта каждая.
Опция 51С. Предельная емкость станции составляет 1000 портов,
в которые можно включить до 360 цифровых СЛ (до 12 каналов Е1).
В станции используется половинная группа коммутационной сети.
В состав станции входит один базово/сетевой модуль (Core/Network)
и до 4 модулей интеллектуального периферийного оборудования
(IPE). Базово/сетевой модуль включает в себя секции общего управ-
ления и интерфейсов.
При включении в станцию абонентских линий, она как минимум
должна иметь два модуля: базово/сетевой и IPE. При необходимос-
ти к станции можно подключить еще три модуля IPE.
Опция 61 С. Данная опция отличается от опции 51С емкостью,
достигающей 2000 портов и дублированной системой управления.
В станции используется полная сетевая группа. В этом случае уже
требуется два базово/сетевых модуля, в каждом из которых находит-
ся по одной секции общего управления и интерфейсов. На рис. 8.55
показан пример построения станции емкостью 1280 АЛ и 6 кана-
лов Е1 (180 цифровых СЛ). Станция имеет два базово/сетевых моду-
ля: 0 и 1, образующих группу 0.
В интерфейсной секции каждого модуля находятся следующие
устройства: XNET и ENET — платы коммутационной сети, PRI —
плата на два интерфейса El, Conf/TDS — плата конференц-свя-
зи и тональных сигналов, Контр.синх. — плата контроллера синхро-
низации, ЗРЕ — плата расширения на три порта. Платы XNET, ENET
и Conf/TDS подключены к двум шинам: управления и коммутации.
Платы ЗРЕ и PRI соединены напрямую только с шиной управления.
Шина управления необходима для обмена информацией между
463
Рис. 8.55. Построение станцир Meridian 1 емкостью 1280 АЛ
и
и
Абонентские линии
подключенными к ней платами и секцией общего управления. Че-
рез шину коммутации производится распределение речевых данных
между платами коммутационной сети, а также ввод/вывод этих дан-
ных из платы Conf/TDS. Плата XNET предназначена для подключе-
ния от одного до четырех модулей IPE по цифровой линии, объеди-
няющей 4 канала El (4Е1) и получившей название superloop. Плата
ENET позволяет подключить 2 канала Е1 через плату PRI. Платы
XNET и ENET содержат внутри себя речевые запоминающие уст-
ройства. Плата Conf/TDS имеет два независимых устройства, каж-
дому из которых доступны по 30 канальных интервалов внутри ка-
нала Е1. Устройство Conf производит цифровое суммирование ре-
чевых сигналов тех канальных интервалов, которые отведены для
одной конференции. Устройство TDS может передавать тональные
сигналы одновременно 30 абонентам. Кроме того, оно служит для
обмена информацией при использовании многочастотных систем
сигнализации. Внутри одного модуля плата ЗРЕ обеспечивает обмен
управляющей информацией между секциями общего управления и
интерфейсов. Между двумя платами ЗРЕ модулей 0 и 1 передаются
речевые сигналы, а также управляющая информация. Передача уп-
равляющей информации требуется, когда одна секция общего уп-
равления управляет всей станцией.
Секция общего управления включает следующие устройства: СР —
плату процессора вызовов, CNI — плату интерфейса для связи меж-
ду базовой и интерфейсной секциями, IODU/C — блок ввода/выво-
да данных надиск Основными элементами платы СР являются микро-
процессор и оперативная память. Главная функция блока IODU/C
состоит в загрузке в оперативную память СР программ и станцион-
ных данных. Для ввода программ и данных этот блок имеет диско-
воды для гибкого и компакт-дисков (CD). Этот блок может содер-
жать накопитель на жестком диске на 3,5 дюйма. Устройства секции
общего управления объединены межпроцессорной шиной (IPB).
Модуль IPE позволяет включить до 256 аналоговых и цифровых АЛ.
В это же число могут входить аналоговые соединительные линии.
Модуль содержит: LC — платы абонентских линий, Controller-2 —
плату контроллера. В одну плату LC можно включить до 16 аналого-
вых или цифровых АЛ. Контроллер обеспечивает мультиплексиро-
вание цифровых потоков максимум от 16 плат LC. На выходе кон-
троллера формируется общий цифровой поток, соответствующий
466
четырем каналам El, в котором абоненты имеют доступ к 120 ка-
нальным интервалам. Следовательно, в приведенном примере кон-
троллер осуществляет концентрацию нагрузки для аналоговых АЛ
в 2,1 раза (256/120). Для цифровых АЛ концентрация удваивается,
так как цифровая АЛ эквивалентна двум аналоговым АЛ. Для умень-
шения концентрации контроллер может раздельно включаться в две
или четыре платы XNET. В последнем случае потребуется плата типа
Controller-4.
Станция с включенными в нее абонентскими линиями имеет не
менее трех модулей (1 статив). При максимальной емкости число
модулей составит 10 (3 статива).
Опция 81С. Станция данной опции может иметь емкость до 16 000 пор-
тов, что достигается применением множества сетевых групп, число
которых может дос тигать 8. Станция имеет дублированную систему
управления. В станции необходимо установить либо два базово/се-
тевых модуля, либо два базовых модуля. Базовый модуль содержит
только секцию общего управления. На рис. 8.56 показана функцио-
нальная схема станции с базово/сетевыми модулями 0 и 1, включа-
ющей 4 сетевых группы 0—3. В интерфейсную секцию могут вхо-
дить те же устройства, что и в опции 61 С. В приведенном примере
интерфейсные секции обоих модулей предназначены только для
включения цифровых СЛ в количестве 360 (12 каналов Е1). Чтобы
получить единую коммутационную сеть для всех сетевых групп в со-
став каждой интерфейсной секции базово/сетевых модулей входит
плата FIJI. Эта плата с одной стороны включается в шины управле-
ния и коммутации, с другой — в нее включаются два оптических ка-
беля, объединяющих в кольце все сетевые группы станции. Секция
общего управления состоит из тех же устройств, но отличие заклю-
чается в возможности подключения к системе управления всех сете-
вых групп. Это достигается включением в шину IPB до трех плат ин-
терфейса CN1 или CN1-3. Плата CNI позволяет подключить до двух, а
CNI-3—до трех групп. Допускается комбинация из плат CNI и CNI-
3. На рис. 8.56 показан пример с двумя платами CNI.
В состав станции входят сетевые модули, в которых находятся уст-
ройства аналогичные интерфейсной секции базово/сетевого модуля.
На рис. 8.57 показан пример сетевого модуля 0 группы 1, предназна-
ченного для включения 4 модулей IPE, рассчитанных на 1024 АЛ.
В рассматриваемую станцию всего должно входить 8 сетевых модулей,
467
IpynnaO
Рис. 8.56. Функциональная схема станции Л endian 1 с базово/сетевыми модулями 0 и 1
Цифровые СЛ
s 1 256 1 256z
Абонентские линии
Рис. 8.57. Схема сетевого модуля станции Meridian 1
в которые должны включаться модули IPE, а также каналы Е1 для
организации цифровых СЛ.
С помощью плат FU1 образуются два оптических кольца, необ-
ходимых для резервирования коммутационной сети станции. На
рис. 8.58 показана схема организации колец на примере 4 сетевых
групп. Каждое кольцо объединяет по последовательной схеме платы
четырех модулей 0 или 1. Оптический кабель включается в стыки Т
(передача) и R (прием). Цифровые потоки в кольцах передаются
в разных направлениях. Внутри кольца обмен вдет на основе прото-
кола Sonet ОС12с (в кольце скорость цифрового потока 622 Мбит/с).
Структура с двумя кольцами обеспечивает практически не блокиру-
емые соединения между сетевыми группами. Между каждой парой
смежных плат FIJI доступно до 960 канальных интервалов с одно-
сторонней передачей. Следовательно, система из 8 сетевых групп по-
зволяет получить 7680 канальных интервалов для 3840 одновремен-
ных разговоров. В рассматриваемой схеме (см. рис. 8.58) из 4 групп
образуется 3840 канальных интервалов для 1940 одновременных раз-
говоров.
Сеть с двумя кольцами полностью резервирована: каждое кольцо
способно пропускать трафик для всех 8 групп. При отказе од ного коль-
ца, другое автоматически принимает на себя все вызовы. Потерь
470
Базово/сетевые
Рис. 8.58. Схема организации колец в коммутационном поле станции Meridian 1
вызовов при переключении не происходит. В нормальном состоянии
трафик делится поровну между двумя кольцами и количество каналь-
ных интервалов между каждой парой смежных плат FIJI равно 480.
Если одно из колец неработоспособно, то в рабочем кольце количе-
ство канальных интервалов удваивается. Таким образом, выход из
строя одного из колец не приводит к снижению пропускной способ-
ное™ коммутационной сети. Как видно из рис. 8.58 одно кольцо от-
носится к нулевым или первым модулям всех групп. Чтобы обеспе-
чить соединения между всеми портами станции, а также обслужива-
ние всех вызовов станции одним кольцом, между модулями 0 и 1 каж-
дой группы образованы двусторонние цифровые линии (на рис. 8.58
эти линии включены в стыки J).
Система управления опций 51С...81С. Управляющий комплекс
станции, кроме опции 51, включает в себя оборудование секций об-
щего управления базово/сетевых модулей 0 и 1 или базовых модулей
0 и 1. В опции 51 управляющий комплекс состоит только из одной
секции общего управления.
471
В управляющем комплексе станции опций 61 и 81 один СР ак-
тивный и обслуживает все вызовы станции. Другой СР резервный и
при нормальной работе системы производит контроль (мониторинг)
за исправностью станции. При обнаружении неисправности в ак-
тивном СР, резервный берет управление на себя. Система управле-
ния одного базового (базово/сетевого) модуля регулярно проверяет
состояние другого аналогичного модуля. Данные из памяти актив-
ного СР периодически копируются в память резервного СР, что обес-
печивает непрерывность процесса обслуживания вызовов при пере-
ключении с основного на резервный СР.
Платы СР соединены кабелем, что позволяет иметь доступ к па-
мяти любой платы и двухпроцессорный режим работы. Соединение
плат IODU/C обеспечивает ввод программ и данных с накопителя
любого базово/сетевого или базового модуля.
На плате СР находят применение 32-битовые процессоры разных
типов, что зависит от требуемой производительности. Далее приведе-
ны типы и производительность процессоров: Motorola 68040:77 500 вы-
зовов/ч; Motorola 68060:94 500 вызовов/ч; Intel Pentium II: 320 000 вы-
зовов/ч.
Системная память может иметь объем от 128 до 160 Мбайт, что
зависит от типа процессора и количества групп коммутационного
поля. В состав системной памяти входят: оперативная память дина-
мического типа (DRAM), постоянная память (ROM) и программи-
руемая постоянная флэш-память (Flash EPROM). В оперативную па-
мять загружаются рабочие протраммы и д анные. Память ROM необ-
ходима в основном для хранения программ запуска станции, a Flash
EPROM — для хранения различных кодов: запуска станции, опера-
ционной системы, процесса обслуживания вызовов и другие. Плата
СР имеет два интерфейса последовательных портов СОМ1 и COM2
(интерфейсы RS232C). Последовательный порт служит для подклю-
чения персонального компьютера АРМ технического обслуживания
станции. Внутри платы СР организована шина IPB, которая пред-
ставляет собой высокоскоростную 32-разрядную мультиплексиро-
ванную многопользовательскую шину адресов и д анных. Шина асин-
хронная со скоростью обмена в сотни мегабит в секунду.
Для техобслуживания станции на плате СР предусмотрены по-
следовательные порты СОМ, а также поргы LAN для подключения
к сети Ethernet и порт USB.
472
Стативы станции размещаются в помещении рядами. Один ста-
тив имеет следующие размеры в мм: высота — 2083, ширина — 813,
глубина — 660. На рис. 8.59 показан пример расположения 4 стати-
вов с оборудованием станции опции 81 С. Станция содержит два
базово/сетевых модуля, 8 сетевых модулей и 6 модулей IPE. Такая
конфигурация соответствует четырем сетевым группам и рассчита-
на на 1536 АЛ (каждый модуль IPE подключается к 2—3 платам XNET
в сетевых модулях) и до 1260 цифровых СЛ (42 канала Е1).
Цифровая станция Definity. На технологических сетях связи нахо-
дят применение цифровые коммутационные станции Definity ECS
(Enterprise Communications Server — коммуникационный сервер для
предприятий), представляющие собой семейство нескольких типов
учрежденческо-производственных АТС, строящихся на общей осно-
ве (платформе). Такие УПАТС созданы и производятся американс-
кой компанией Avaya. Абонентская емкость станций Definity ECS
изменяется в пределах от 30 до 20 000 номеров. Станции предостав-
ляют услуги сети ISDN, позволяют строить центры по обработке вы-
зовов (Call Centre), имеют встроенную систему микросотовой мо-
бильной связи на основе стандарта DECT. Развитием данной плат-
формы являются системы Definity IP и IP600, позволяющие предо-
ставлять мультимедийные услуги на сетях с пакетной коммутацией
со стеком протоколов TCP/IP.
В дальнейшем рассматриваются характеристики станций Definity
типов CMC, SI и G3R.
Построение станций. Станции Definity ECS всех типов строятся
из модулей с децентрализованным управлением. Главным модулем,
входящим в любую станцию, является процессорный модуль PPN
(Processor Port Network). Он включает в себя центральный процес-
сор и коммутационное поле, а также периферийные интерфейсы для
включения аналоговых и цифровых абонентских (АЛ) и соединитель-
ных (СЛ) линий разных типов. Д ля увеличения емкости станции
применяются модули расширения EPN (Expansion Port Network) и
центральный коммутатор CSS (Center Stage Switch).
На рис. 8.60 показаны возможные варианты построения станции
Definity ECS. В простейшем случае станция строится из одного мо-
дуля PPN (рис. 8.60, а). Если не хватает емкости PPN, к нему можно
напрямую подключить один (рис. 8.60,6) или два (рис. 8.60, в) моду-
ля EPN. Модули EPN могут быть непосредственно связаны между
473
Рис. 8.60. Построение станции Definity ECS
собой линией ВОЛС, что позволяет повысить живучесть сети: при
обрыве линии между PPN и модулем EPN, связь этого модуля с моду-
лем PPN происходит через другой модуль EPN. Модули EPN в основ-
ном содержат периферийные порты и управляются со стороны PPN.
Дальнейшее расширение емкости станции идет за счет модуля
коммутации CSS. Модуль коммутации может включать в себя от одного
475
474
до трех блоков коммутации SN (Switch Node). Как и прежде, всеми
соединениями станции управляет модуль PPN. Однако при соеди-
нениях между модулями EPN соединительные пути проходят через
один или несколько блоков SN, минуя модуль PPN. На рис. 8.60, г
показан пример построения станции с одним блоком SN, в который
можно включить до 15 модулей EPN. Если в состав модуля CSS вхо-
дят два блока SN, то станция может содержать до 29 модулей EPN.
Станция с максимальной емкостью на основе модуля CSS может
включать 43 модуля EPN (рис. 8.60, д'). В два блока SN включается
по 14 модулей EPN, а в один — 15 таких модулей. Блоки SN связаны
между собой по последовательной схеме. Такой же емкости можно
достигнуть при использовании одного коммутатора ATM (рис. 8.60, е).
Возможен вариант построения одной станции с множеством ком-
мутаторов ATM (ATM — технология асинхронной передачи с ком-
мутацией пакетов одинаковой длины), расположенных в разных пун-
ктах сети ATM, в которых также находятся модули EPN.
Во всех конфигурациях всеми модулями EPN и коммутатором CSS
или ATM управляет модуль PPN.
Во всех рассмотренных вариантах построения станции Definity
межмодульная и межблочная связь организуется по оптическому
кабелю. При необходимости межмодульная связь может быть обес-
печена по каналам Е1, организованным по металлическому кабелю.
Однако в последнем случае емкость системы и/или ее пропускная
способность MOiyr уменьшиться.
Конструктивное исполнение станции. В зависимости от требуемой
максимальной емкости станция строится из стативов следующих
типов: компактный однополочный статив (для станции вида vs); ком-
пактный модульный статив, подвешиваемый к стене (СМС —
Compact Modular Cabinet); однокаркасный статив (SCC — Single-
Carrier Cabinet); многокаркасный статив (МСС — Multi-Carrier
Cabinet). Станция с однокаркасными стативами может состоять не
более чем из 4 стативов, устанавливаемых друг на друга. Количество
многокаркасных стативов определяется емкостью станции и может
составлять более 10.
В зависимости от используемой конструкции станции Definity
I CS делятся на четыре вида: vs, csi, si и г. Оборудование станции вида
vs занимает один компактный однополочный статив. Станции csi раз-
мещаются только в компактных модульных стативах, число которых
476
для одной станции может изменяться от одного до трех. Для стан-
ции вида si можно использовать конструкцию типа SCC или МСС.
В станции вида г модули PPN размещаются только в многокаркас-
ных стативах, а модули EPN MOiyr устанавливаться как в многокар-
касных стативах, так и однокаркасных стативах.
Структура модулей станции. На рис. 8.61 показана структура мо-
дулей PPN и EPN, связанных между собой оптическим кабелем.
Модуль PPN включает в себя узлы: управления и коммутации
(SPE — Switch Processing Element), периферийных портов (Ports) и
интерфейсов расширения (El — Expansion Interface). Внутри PPN об-
разованы шины, предназначенные для передачи информации по ка-
налам с временным разделением (TDM-шина) и в виде пакетов
(шина пакетов).
В модуль EPN входят периферийные порты, интерфейсы расши-
рения узел технического обслуживания (Maintenance). Все узлы мо-
дуля EPN соединены TDM-шинами и шинами пакетов.
Узел SPE представляет собой микропроцессорную систему, обес-
печивающую работу всей станции, включая коммутацию и обработ-
ку вызовов, управление периферийными портами. В состав SPE вхо-
дят процессор, память и устройство коммутации каналов и пакетов
Net/Pkt. В любой станции используется RISC-процессор. В зависи-
мости от вида станции процессоры работают на частоте: 25 МГц (vs,
csi, si) и 33 МГц (г). Во всех станциях используется оперативная па-
мять динамического типа (DRAM) и энергонезависимая память —
флэш-память. В станциях вида г оперативная динамическая память
может достигать 128 Мбайт.
Внутри PPN TDM-шины и шины пакетов образуют сеть, полу-
чившую название — сеть портов (PN — Port Network). Одна TDM-шина,
в свою очередь, разделена на две параллельные 8-битовые шины: А
и В, работающие одновременно. TDM-шина позволяет организовать
484 основных цифровых канала и 28 таких же служебных каналов.
Шина пакетов представляет собой 18-битовую параллельную шину,
на которой организованы логические каналы, связывающие SPE
через периферийные порты с пользовательскими терминалами. Эта
шина также используется для поддержки специфических портов
внутри системы, например, работающих с протоколами канала D
ISDN или сети Х.25. Как правило, станции vs и csi не имеют шины
пакетов.
477
Рис. 8.61. Структура модулей PPN и EPN станции Definity ECS
с коммутацией
пакетов
478
Периферийные порты служат для включения в станции межстан-
ционных соединительных линий и линий абонентских устройств,
обеспечивающих в первую очередь коммутацию каналов. Такие пор-
ты включаются в TDM-шины. Существует множество типов плат,
реализующих функции периферийных портов и позволяющих вклю-
чать как аналоговые, так и цифровые линии. Для аналоговых линий
периферийные порты производят аналого-цифровое и обратное пре-
образования. Используется ИКМ-преобразование по A-закону ко-
дирования. При необходимости кодирование может происходить по
p-закону. В систему входят также периферийные специфические
порты, включенные в шины пакетов. К таким портам со стороны
пользователей могут подключаться сети с пакетной коммутацией,
например сеть Х.25 по стыку RS232.
В модулях PPN и EPN находятся однотипные интерфейсы рас-
ширения. С внешней стороны в каждый интерфейс включается оп-
тический кабель, а с внутренней — TDM-шина и шина пакетов.
В состав станции Definity входят сервисные узлы, необходимые
для автоматизации и централизации технического обслуживания
станций, а также для предоставления абонентам дополнительных
сервисных функций. В систему технического обслуживания входят
терминалы ТО, обеспечивающие мониторинг и администрирование
систем. Как показано на рис. 8.61, терминалы ТО могут подключаться
к любому из модулей PPN или EPN. На практике постоянное под-
ключение терминала ТО делается только для одного модуля, обыч-
но, для PPN.
К дополнительным сервисным функциям следует отнести: запись
и воспроизведение голосовых объявлений, речевую почту, синтез
голоса и другие.
Модули попарно соединяются оптическим кабелем, по которому
передаются двусторонние цифровые потоки по 34 Мбит/с, что по-
зволяет организовать до 512 двусторонних основных цифровых ка-
налов, из которых пользователям доступны 484 канала. В зависимо-
сти от применяемых типов оптического кабеля и приемопередатчи-
ка длина кабеля без регенераторов может достигать 35 км.
Кроме рассмотренных выше устройств, в каждый модуль PPN и
EPN входит один или множество узлов тональных сигналов и так-
товых импульсов. Узел содержит тональный генератор и детектор
тональных сигналов. Обработка и формирование тональных сиг-
479
налов необходимы при использовании межстанционной многоча-
стотной сигнализации типов R2 и Rl,5. Генератор тактовых импуль-
сов необходим для синхронизации работы узлов соответствующе-
го модуля.
В зависимости от требований заказчика, станции Definity стро-
ятся с применением одного из трех уровней надежности: стандарт-
ный, высокий и максимальный. Очевидно, что чем выше уровень
надежности, тем больше стоимость станции.
В станции со стандартным уровнем надежности: дублированы
TDM-шина и шина пакетов и между модулями организовано по од-
ной воле.
Станция с высоким уровнем надежности имеет:
— дублированные TDM-шины и шины пакетов;
— в модуле PPN: дублированные узел SPE и узел приема и пере-
дачи тональных сигналов, генератор тактовых импульсов;
— в модулях EPN: дублированные узел приема и передачи тональ-
ных сигналов и генератор тактовых импульсов;
— в модуле CSS: дублированный генератор тактовых импульсов;
— между модулями CSS и PPN по две линии ВОЛС.
В станции с максимальным уровнем надежности используются
те же средства повышения надежности, что и в станции с высоким
уровнем надежности. Кроме того, в такой станции: дублировано
коммутационное поле в модуле CSS; между модулями EPN и PPN
или между модулями EPN и CSS имеется по две линии ВОЛС.
На сетях ОбТС российских железных дорог находят применение
следующие платы периферийных портов:
• абонентских линий'.
TN2793B — плата аналоговых абонентских линий, позволяющая
вкл ючать до 24 линий с телефонными аппаратами, имеющими декад-
ный (импульсный) или тональный номеронабиратель; длина абонент-
ской линии при использовании витой пары с диаметром жил 0,5 мм
может достигать 6,1 км;
TN2214B — плата цифровых двухпроводных абонентских линий;
можно подключить до 24 линий с фирменными телефонными аппа-
ратами серии 6400; максимальное расстояние при использовании
витой пары диаметром 0,5 мм составляет 1,2 км;
TN2198B — плата цифровых двухпроводных абонентских линий
со стандартной точкой U^; можно включить до 12 линий; прото-
480
колы соответствуют стандарту ISDN-BRI; максимальное расстоя-
ние при использовании витой пары диаметром 0,5 мм составляет
5,5 км;
TN2185B — плата цифровых четырехпроводных абонентских ли-
ний со стандартной точкой So; можно подключить до 8 линий; про-
токолы соответствуют стандарту ISDN-BRI;
TN556 — плата цифровых четырехпроводных абонентских линий
со стандартной точкой So; обеспечивает включение до 12 линий; про-
токолы соответствуют стандарту ISDN-BRI; максимальное расстояние
при использовании витой пары диаметром 0,5 мм составляет 560 м;
допускается включение в одну линию до 24 терминалов;
• соединительных линий:
TN464 или TN2464 — плата цифровых соединительных линий,
организованных с помощью одного канала Е1; может работать в ка-
честве PRI сети ISDN; работает с системами сигнализации по двум
ВСК и с многочастотным кодированием R2 и Rl,5, включая переда-
чу сигналов АОН в соответствии с российским стандартом; плата
TN2464 также обеспечивает эхокомпенсацию по каждой соедини-
тельной линии;
TN2109 — плата четырехпроводных каналов тональной частоты
для работы со специализированной одночастотной сигнализацией
аналоговой сети ОбТС (каналы ДАТС); обеспечивает включение до
4 каналов;
TN2199 — плата трехпроводных соединительных линий с пере-
дачей сигналов постоянным током и многочастотным кодом Rl,5
(российский стандарт).
С развитием услуг IP-телефонии найдут широкое применение
периферийные порты, обеспечивающие связь с сетями с пакетной
коммутацией. Примером платы с такими портами может быть плата
типа TN2302AP, имеющая интерфейс 10/100 Base Т для подключе-
ния к локальной сети Ethernet, работающая с протоколом Н.323 и
организующая от 32 до 64 речевых соединений в зависимости от спо-
соба кодирования речи. Внутри модуля PPN плата включается в
TDM-шину. Эта плата на сети IP-телефонии выполняет функции
шлюза и привратника.
На сети ОбТС находят применение станции Definity следующих ти-
пов: vs, CMC, si и G3R, отличающихся предельной емкостью и конст-
руктивным исполнением. В табл. 8.6 приведены основные техниче-
481
1/4-3936
ские характеристики станции Definity разных типов. Характеристики
соответствуют следующим условиям. Станция СМС состоит из трех
компактных модульных стативов. Максимальная емкость станции SI
образуется при использовании одного модуля PPN и двух модулей
EPN, каждый из которых занимает один многокаркасный статив.
Таблица 8.6
Характеристики VS СМС SI G3R
Общее максимальное количе- ство портов 200 672 2800 29000
Максимальное количество абонентских портов 200 672 2400 25000
Максимальное количество портов соединительных линий 100 400 400 4000
Количество одновременных разговоров 180 242 726 7744
Производительность процес- сора (вызовов в час) 40000 40000 40000 100000
Количество плато-мест для периферийных портов на блочный каркас/статив 10/- 8/- 16/89 -/80
Количество плато-мест для периферийных портов на систему 10 28 281 4232
Конструктивное исполнение VS csi si г
Возможность организации выносных модулей станции нет нет По оптоволо- конному ка- белю до 35 км По оптоволо- конному ка- белю до 35 км
Количество выносных модулей нет нет До 2 До 43
При переходе от портов к линиям следует помнить, что аналого-
вая абонентская линия занимает один порт, а цифровая абонентская
линия — 2 порта. Каждый порт соединительной линии соответству-
ет одному основному цифровому каналу внутри канала Е1 или од-
ной аналоговой СЛ.
Оборудование станций vs и СМС обычно получает питание от ис-
точника переменного тока 220 В 50 Гц. Блок питания входит в со-
став станции. Станции si и G3R комплектуются блоками питания от
сети переменного тока напряжением 220 В 50 Гц (АС-источник) или
от источника постоянного тока напряжением 48 В (DC-источник).
482
В любом случае предусматривается резервирование питания с ис-
пользованием системы бесперебойного питания (UPS) (АС-источ-
ник) или системы буферного питания с аккумуляторной батареей
(DC-источник).
Модуль EPN
Модуль PPN
Каркас
периферийных
портов
Каркас
периферийных
портов
Каркас
периферийных
портов
Каркас
периферийных
портов
или управления
и коммутации
Каркас
управления
модулем EPN
Каркас
управления
коммутации
Блок Блок
вентиляторов вентиляторов
Каркас
периферийных
портов (EPN)
или коммутации
(CSS)
Каркас
периферийных
портов (PPN)
или коммутации
(CSS)
Каркас
периферийных
портов (EPN)
или коммутации
(CSS)
Каркас
периферийных
портов (PPN)
или коммутации
(CSS)
Блок Блок
распределения распределения
питания питания
Рис. 8.62. Многокаркасный статив станции Definity ECS
31-3936
483
На рис. 8.62 показан много-каркасный статив, предназначенный
для модулей PPN или EPN, соответственно. Каждый статив имеет 7
полок, 5 из которых используются для каркасов с оборудованием
модуля PPN или EPN. На двух полках также может устанавливаться
модуль CSS. На средней полке находится блок с шестью вентилято-
рами, служащими для вытяжки воздуха из статива. Внизу находится
блок распределения питания по каркасам статива.
Сгатавы имеют следующие размеры (ширинах высотах глубина, см):
vs: 33 х 36 х 53, СМС: 62,2 х 64,8 х 30, SCC: 69 х 56 х 51, МСС:
81 х 180x71.
Глава 9
СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ
9.1. Базовое оборудование сетей с коммутацией пакетов
В структуре сети с коммутацией пакетов выделяются два сетевых
уровня: уровень локальной (Local Area Network — LAN) и уровень
глобальной сети (Wide Area Network — WAN). Каждый из этих уров-
ней характеризуется использованием определенного набора прото-
колов и соответствующих аппаратных средств.
Современные локальные сети строятся на базе семейства прото-
колов IEEE 802 и могут быть как проводными, так и беспроводны-
ми. Основным аппаратным средством таких сетей является комму-
татор. Пример локальной сети представлен на рис. 9.1. Оконечные
устройства (персональные компьютеры, сервер, принтер, IP-теле-
фон) связаны с коммутаторами SW-кабелем, содержащим 2 или 4 ви-
тые пары, длиной не более 100 м. Скорость передачи информации
Рис. 9.1. Построение локальной сети
485
при использовании кабеля категории 5 и соответствующего сетевого
оборудования составляет сегодня 10 Мбит/с, 100 Мбит/с или 1 Гбит/с.
Основной функцией коммутатора является передача кадра, по-
ступившего на вход его порта, к выходу другого порта, связанного с
устройством-получателем. В наиболее распространенных локальных
сетях стандарта IEEE 802.3 — Ethernet, адреса отправителя и полу-
чателя содержатся в заголовке каждого передаваемого кадра. Это
МАС-адреса, жестко закрепленные за интерфейсами оконечных ус-
тройств (МАС-адрес обычно назначается устройству его производи-
телем). Соогветствие между номерами портов и МАС-дцресами под-
ключенных к ним устройств фиксируется в таблице адресов, храня-
щейся в памяти коммутатора и заполняемой автоматически в про-
цессе работы последнего. В случае когда коммутатор получает кадр
с j юизвесгным ему М АС-адресом, он отправляет этот кадр во все пор-
ты, кроме того, от которого этот кадр был получен. Если получатель
будет найден, то от него на вход соответствующего порта придет от-
вет, что позволит сделать запись в таблице о местонахождении око-
нечного устройства сданным адресом. Таким образом, простые ком-
мутаторы не требуют какой-либо настройки с участием системного
администратора — достаточно лишь установить и включить обору-
дование. Тем не менее, поскольку кадры Ethernet переносят инфор-
мацию протокола более высокого уровня — TCP/IP, оконечные уст-
ройства должны быть настроены для работы с этим протоколом.
Выпускаются коммутаторы с различным числом портов. Чаще
всего встречаются 8-, 16- и 24-портовые. Локальные сети большой
емкости строятся из множества коммутаторов, связанных друг с дру-
гом. Для того чтобы линии, связывающие коммутаторы, не являлись
узким местом в сети, их часто организуют с использованием опти-
ческих волокон, обеспечивающих более высокую скорость переда-
чи данных.
Беспроводные локальные сети строятся на основе протоколов
стандарта IEEE 802.11 — WiFi. Оконечные устройства, оборудован-
ные WiFi-интерфейсом, поддерживают связь с «точкой доступа»
беспроводной сети (Access Point—АР на рис. 9.1), представляющей собой
отдельное устройство или входящей в состав коммутатора. Радиус
действия точки доступа внутри здания обычно составляет несколько
десятков метров. Протоколом IEEE 802.11b обеспечивается скорость
передачи до 11 Мбит/с, протоколом IEEE 802.11g — до 54 Мбит/с.
486
Рис. 9.2. Связь между сетями LAN через сеть WAN
Перспективный протокол IEEE 802.1 In должен обеспечить макси-
мальную скорость 284 Мбит/с при двукратном увеличении дальности.
Для протоколов локальной сети характерна рассылка большого
числа широковещательных сообщений, направленных к множеству
оконечных устройств. Такая «расточительность» не приводит к пе-
регрузкам только благодаря высокой пропускной способности ка-
налов и коммутаторов. Поскольку в глобальных сетях информация
передается на большие расстояния и организация высокоскорост-
ных каналов здесь обходится дороже, протокол Ethernet до недавне-
го времени применялся только в рамках локальных сетей. Основны-
ми аппаратными средствами WAN традиционно были маршрутиза-
торы, поддерживающие множество разнообразных протоколов, обес-
печивающих наилучшее использование пропускной способности
каналов и эффективные способы маршрутизации пакетов ТСРДР.
Если к первым моделям маршрутизаторов подключались цифровые
каналы, образованные системами передачи SDH и PDH, то более
поздние модели были оснащены высокоскоростными оптическими
интерфейсами. Это позволило строить глобальные сети из одних
только маршрутизаторов. В примере, представленном на рис. 9.2,
маршрутизаторы R, связанные волоконно-оптической линией, обес-
печивают взаимодействие двух локальных сетей. По сравнению с
коммутатором LAN, маршрутизатор представляет собой существен-
но более сложное и дорогое оборудование, конфигурирование кото-
рого должен выполнять квалифицированный системный админис-
тратор.
Снижение стоимости высокоскоростных оптических интерфей-
сов привело к тому, что эти интерфейсы стали включать в состав ком-
мутаторов и технология Ethernet начала распространяться в глобаль-
ной сети. Современные коммутаторы для магистральных сетей обес-
487
печивают передачу информации со скоростью до нескольких десят-
ков гигабит в секунду.
9.2. Оконечное оборудование мультисервисных сетей
Для передачи аудио- и видеоинформации в сетях с пакетной ком-
мутацией производится большое количество разнообразных оконеч-
ных устройств, ориентированных как на индивидуальных пользова-
телей, которым доступны услуги Internet, так и на абонентов техно-
логических (корпоративных) сетей. Если оборудование, относяще-
еся к первой категории, зачастую базируется на специфических
закрытых протоколах (например, технология Internet-телефонии
Skype), то для построения технологических сетей и сетей общего
пользования обычно выбирается оборудование, основанное на от-
крытых стандартных протоколах, которые гарантируют совмести-
мость аппаратных средств различных производителей. Последние
являются предметом рассмотрения в настоящем разделе.
IP-телефоны (IP-ТА). В сравнении с телефонными аппаратами для
традиционных сетей с коммутацией каналов, IP-ТА представляют
собой существенно более сложные устройства, хотя внешне практи-
чески не отличаются ог них. Помимо преобразования речевого сиг-
нала в электрический, IP-телефон должен выполнять кодирование
с использованием различных кодеков, обнаруживать речевую ак-
тивность, подавлять эхо. Кроме того, он должен быть оборудован
интерфейсом для подключения его к локальной сети. Решение
перечисленных задач возможно только с помощью высокопроиз-
водительного вычислительного устройства. Например, для реализа-
ции кодека G.729 требуется микропроцессор, выполняющий более
10 миллионов'операций в секунду. Поэтому важнейшим элементом
IP-ТАявляется цифровой сигнальный процессор, занимающийся об-
работкой речевых сигналов. Практически все аппараты поддержи-
вают кодеки G.711 (A-закон и p-закон), а также один или несколько
кодеков с более высокой степенью сжатия речевого сигнала (таких,
как G.723 и G.729).
Проводные IP-телефоны оснащены сетевым интерфейсом Ether-
net. Нередки случаи, когда сеть VoIP создается на базе уже существу-
ющей локальной сети, в которой нет достаточного количества сво-
бодных портов для включения телефонных аппаратов. Решением
проблемы в этом случае может быть использование IP-телефона
488
с встроенным двухпортовым коммутатором LAN, позволяющим под;
ключить компьютер, как показано на рис. 9.3.
IP-TA
Рис. 9.3. Подключение компьютера к IP-телефону
Электропитание IP-телефонов обычно осуществляется от сети
переменного тока 220 В с использованием внешнего адаптера. По-
скольку это не всегда удобно, многие устройства поддерживают пи-
тание постоянным током по проводам локальной сети. Такая техно-
логия получила название РоЕ — Power over Ethernet.
В табл. 9.1 в качестве примера приведены технические характе-
ристики IP-телефонов серии 7900, выпускаемых одним из наиболее
известных производителей сетевого оборудования — фирмой Cisco
Systems. Все представленные аппараты имеют программную поддер-
жку дополнительных услуг, в частности, таких как переадресация,
передача и удержание вызова. «Старшие» модели, кроме того, пре-
доставляют возможность абоненту обращаться к телефонным кни-
гам, хранящимся в памяти самого IP-телефопа или/и на сервере, а
также получать доступ к сетевым сервисам, использующим язык
XML — прогноз погоды, котировки валют и т.п.
Таблица 9.1
Характеристики IP-телефонов (Cisco Systems)
Модель телефонного аппарата 7970G 7960G 7940G 7912G 7905G 7910 G+SW 7902G
1 2 3 4 5 6 7 8
Жидкокристаллический графический дисплей + + + + +
Алфавитно-цифровой дисплей +
Встроенный двухпортовый коммутатор LAN + + + + +
Количество линий (вызовов, обслуживаемых одновременно) 8 6 2 1 1 1 1
489
Окончание табл. 10.1
1 2 3 4 5 6 7 8
Поддержка доступа к теле- фонной книге + + + + +
Возможность подключения гарнитуры + + +
Поддержка громкоговоря- щей связи + + + Только прием Только прием Только прием
Возможность подключения модуля расширения + +
Русифицированный интер- фейс + + + +
11оддерживасмыс кодеки G.711HG.729a
Протокол сигнализации SIP
Способ электропитания РоЕ или от сети 220 В с внешним источником питания
В то время как большинство бесшнуровых телес]юнных аппаратов
ддя сетей с коммутацией каналов базируются на технологии DECT,
в беспроводных IP-телефонах аналогичные функции обычно выпол-
няются средствами локальной сети WiFi. Беспроводный IP-телефон
может не комплектоваться базовым блоком, поскольку он поддержи-
вает связь с точкой доступа LAN (показано справа на рис. 9.2).
В качестве оконечного устройства для доступа к услугам IP-теле-
фонии можно использовать также персональный компьютер. Выпус-
каются так называемые программные телефонные аппараты (Soft-
phone), представляющие собой программы, устанавливаемые на ПК и
функционально не уступающие, а часто и превосходящие IP-телефоны.
Передача и прием речи осуществляются с помощью телефонной гар-
11итуры, подключаемой к звуковому адаптеру компьютера, или посред-
ством специальной микротелефонной трубки с интерфейсом USB.
Для того чтобы IP-телефон начал работать, недостаточно просто
подключить его к сети как обычный аналоговый или цифровой ТА.
Перед вводом в эксплуатацию в запоминающее устройство аппарата
записываются конфигурационные данные. Это, во-первых, его соб-
ственный IP-адрес, маска подсети и адрес прокси-сервера SIP (или
адрес гейткипера при использовании протокола Н.323). Кроме того,
может потребоваться установка адреса шлюза, диапазона номеров
UDP-портов, интервала регистрации, приоритетов используемых
кодеков и других параметров. Настройка может производиться с по-
мощью клавиатуры и дисплея самого аппарата, либо с персонального
490
компьютера, подключенного к той же локальной сети. IP-телефоны
некоторых производителей предусматривают получение конфигура-
ционных данных, а иногда и основного программного обеспечения
от сетевого сервера. Загрузка этой информации в аппарат осуществ-
ляется с использованием протокола передачи файлов FTP.
Оконечное оборудование аудио- и видеоконференц-связи. Отличи-
тельными особенностями оконечных устройств конференц-связи яв-
ляются наличие режима громкоговорящего приема и средств управ-
ления вызовом участников и режимами проведения конференции.
Различают оборудование для индивидуальных пользователей и для
студий. Сотрудник, находящийся на своем рабочем месте, может уча-
ствовать в конференции, используя персональный компьютер с уста-
новленным специальным программным обеспечением. Передача/
прием речи осуществляются с помощью микрофона и громкогово-
рителей, подключенных к звуковому адаптеру ПК. Видеоинформа-
ция может передаваться с помощью связанной с компьютером по-
средством USB-интерфейса камеры (Web-камеры). Современные
портативные компьютеры имеют встроенные громкоговорители,
микрофон, а нередко и видеокамеру, что превращает их в полноцен-
ный терминал для проведе-
ния конференций.
Более удобными в исполь-
зовании в сравнении с ПК
представляются специальные
«кабинетные» устройства. Ус-
тройство аудиоконференций
представляет собой пульт с
клавиатурой, громкоговори-
телем и микрофоном. Пульт
фактически представляет со-
бой IP-ТА, используемый в
громкоговорящем режиме
(микротелефонная трубка у
подобных устройств обычно
отсутствует). На рис. 9.4 по-
казан внешний вид пульта
SoundStation, предлагаемого
компанией Polycom. Он спо-
рно. 9.4. Внешний вид пульта
SoundStation
491
собен обслуживать нескольких участников аудиоконференции, на-
ходящихся в одном помещении. Пульт оснащен клавиатурой, жид-
кокристаллическим дисплеем, громкоговорителем и микрофонами,
обращенными к участг щкам, располагающимся вокруг него. Обо-
рудование видеоконференций содержит кроме упомянутого пульта
жидкокристаллический дисплей и видеокамеру.
Студийное оборудование включает в себя серверы, громкогово-
рители, микрофоны, видеокамеры и жидкокристаллические или
плазменные экраны большого размера. Сервер обеспечивает уста-
новление соединений с удаленными терминалами, микширование
речевых сигналов, ввод, вывод и кодирование аудио- и видеоинфор-
мации. Подобные системы обычно поддерживают режим одновре-
менного вывода на дисплей изображений, полученных от несколь-
ких источников. При этом экран делится на несколько «окон», в каж-
дом из которых можно видеть одного или нескольких участников
конференции, находящихся в удаленной студии.
Для организации видеоконференций, а также для построения систем
наблюдения, в частности охранных, применяются также видеокамеры,
оснащенные интерфейсами Ethernet и WiFi. Многие из них позволяют
оператору дистанционно управлять направлением и углом обзора.
9.3. Программные коммутаторы и шлюзы
В установлении соединений в сетях IP-телефонии, помимо око-
нечных устройств, участвуют централизованно размещенные про-
граммные средства — серверы регистрации и перенаправления, про-
кси-сервер SIP, а также гейткипер системы сигнализации Н.323.
Кроме исполнения основной функции — обслуживания обычных
вызовов — полноценная телефонная сеть должна предоставлять або-
нентам дополнительные услуги, иметь средства тарификации и ад-
министрирования, что также требует применения специального про-
граммного обеспечения. Для комплексного решения перечисленных
задач предназначен продукт, получивший название коммутатор
Softswitch (софтсвитч). Сам термин обязан своим появлением фир-
ме Lucent Technologies, выпустившей программный коммутатор под
названием Lucent Softswitch — LSS. Коммутатор Softswitch представ-
ляет собой совокупность агшаратных средств и программного обеспе-
чения, устанавливаемого, как правило, на отдельном специализи-
рованном сервере и выполняющего функции, аналогичные функ-
492
циям управляющих устройств АТС в TDM-сетях с коммутацией ка-
налов. Поскольку к производительности и надежности сервера
предъявляются весьма жесткие требования, большинство ведущих
производителей телекоммуникационного оборудования предлагают
коммутатор SoftSwitch в виде законченного решения, представляю-
щего собой программно-аппаратный комплекс.
К основным функциям коммутатора Softswitch относятся:
— регистрация абонентских устройств;
— управление установлением соединений;
— управление маршрутизацией;
— управление дополнительными услугами;
— тарификация;
— администрирование (включая создание плана нумерации и уп-
равление правами абонентов);
— конвертирование протоколов.
Последняя из перечисленных функций на нынешнем этапе вне-
дрения технологии передачи речи в IP-сетях имеет очень большое
значение. Во-первых, большинство сетей IP-телефонии на базе про-
токолов SIP и Н.323 сопрягается с обычными телефонными сетями,
использующими другие сигнализации — ОКС №7, EDSS1, QSIG.
Если в TDM-сетях (за исключением сетей связи с подвижными
объектами) преимущественно применяются кодеки стандарта G.711,
то в пакетных сетях к ним добавляются кодеки G.723, G.729 и дру-
гие. Во-вторых, IP-сети сами по себе характеризуются разнообрази-
ем используемых протоколов, что требует их согласования при уста-
новлении соединений и пересылке речевой информации. По этой
причине коммутатор Softswitch обычно работает в тесном взаимо-
действии со шлюзами. Шлюз также может являться составной час-
тью аппаратной части коммутатора SoftSwitch наряду с сервером.
Шлюзы IP-телефонии (MG — Media Gateways) представляют собой
устройства сопряжения сетей, использующих различные протоколы.
Поскольку одной из этих сетей обычно является LAN, шлюз оборуду-
ется Ethemet-интерфейсом. Наличие в его составе других интерфейсов
определяется видом встречных сетей. Среди задач, решаемых с помо-
щью шлюзов, следует выделить три, встречающиеся наиболее часто.
Первая заключается в организации або> юнтского доступа, когда к сети
IP-телефонии через MG подключаются аналоговые или цифровые або-
нентские линии. Шлюз, предназначенный д ля решения этой задачи,
493
имеет двухпроводные FXS-интерфейсы, позволяющие подключить
аналоговые ТА, и ISDN BRI-интерфейсы (сторона N), если абонентам
предоставляются цифровые терминалы. Вторая задача состоит в сопря-
жении сети IP-телефонии с обычной (TDM) телефонной сетью. В этом
случае шлюз оборудуется интерфейсами Е1 с использованием общека-
нальной сигнализации EDSS1 или ОКС№7. Если число абонентов в
сети IP-телефонии невелико, то для этого также можно использовать
шлюз с несколькими интерфейсами FXO или ISDN BRI (сторона U).
Интерфейс FXO предназначен для включения двухпроводных линий,
связывающих MG с комплектами аналоговых абонентских линий
обычной АТС. ISDN BRI-интерфейсы позволяют связать шлюз с обо-
рудованием АТС посредством цифровыхабонентскихлиний. Третья за-
дача — согласование протоколов на стыке двух IP-сетей. Иллюстраци-
ей к сказанному служит рис. 9.5, где показаны три шлюза MG 1, MG2
и MG3, работающие в TDM- и IP-сетях.
Необходимо отметить, что в рассматриваемой отрасли систем свя-
зи пока нет вполне устоявшейся терминологии. Так, например, не-
большие программные коммутаторы некоторых производителей
получили название «1Р-РВХ» (учрежденческая IP-АТС). Относитель-
но недав! ю введен также термин SBC — Session Border Controller (По-
граничный контроллер сеансов связи). SBC представляет собой уст-
ройство, управляющее установлением соединений и передачей муль-
тимедийной информации на стыке сетей. Многие функции SBC,
шлюзов и коммутаторов Softswitch при этом совпадают. Поскольку
современный рынок телекоммуникационного оборудования пред-
Сеть TDM
Сеть
1Р-телефонии
IP-ТА Н.323
Сеть 1Р-телефонии
SIP
Сеть доступа
Аналоговый ISDN-
I ТА термин;
Рис. 9.5. Применение шлюзов
494
лагает большое количество разнообразных аппаратных и программ-
ных средств IP-телефонии, различающихся набором функций, под-
держиваемых протоколами и внутренней архитектурой, зачастую
нельзя с уверенностью отнести продукт к той или иной категории.
Рассмотрим в качестве примера продукцию компании Avaya. Для
построения сетей IP-телефонии компания предлагает комплекс про-
граммных и аппаратных средств, включающий программный про-
дукт Communication Manager, семейства шлюзов и серверов. Commu-
nication Manager способен выполнять все функции программного
коммутатора или пограничного контроллера сеансов связи (SBC).
В его основу положен протокол сигнализации Н.323 и протокол Н.248,
обеспечивающий управление шлюзами. Для работы с сигнализацией
SIP, появившейся позже по сравнению с сигнализацией Н.323, име-
ется дополнительный программный модуль SES (SIP-Enablement
Server). Благодаря этому могут одновременно обслуживаться 1Р-теле-
фоны, использующие оба сигнальных протокола. Communication
Manager способен предоставлять абонентам разнообразные дополни-
тельные услуги, в том числе аудио- и видеоконференц-связь. Он мо-
жет также обслуживать как отдельные пульты телефонисток, так и
группы рабочих мест в центрах обработки вызовов.
Communication Manager функционирует на специально предна-
значенных для него серверах семейства Avaya S8xxx. Выбор конкрет-
ной модели сервера зависит от количества абонентов в сети и созда-
ваемой ими нагрузки. Характеристики производительности, пред-
ставленные в табл. 9.2, показывают, что на базе серверов Avaya могут
быть построены как небольшие учрежденческие сети VoIP, так и сети
крупных операторов связи.
Таблица 9.2
Характеристики производительности серверов Avaya
Серия серверов Avaya S8300 Avaya S8400 Avaya S8500 Avaya S8700
Максимальное число вызовов в ЧНН 10000 10000 100000 более 180000
Количество обслужи- ваемых абонентов 450 900 2400 36 000
Количество обслужи- ваемых соединитель- ных линий 450 400 800 8000
Число шлюзов, управ- ляемых сервером 50 5 250 250
495
Все перечисленные серверы построены на микропроцессорах
фирм Intel и AMD и работают под управлением операционной сис-
темы Linux. Надежность их функционирования может быть повы-
шена за счет дублирования. Вариант с дублированием предусматри-
вает установку двух одинаковых серверов, связанных друг с другом
выделенной волоконно-оптической линией, или взаимодействую-
щих посредством сети, которую они обслуживают. В то время как
активный сервер обрабатывает вызовы, пассивный постоянно син-
хронизируется с ним, благодаря чему переключение на резерв не при-
водит к нарушению уже установленных соединений.
Серверы S83OO и S8400 представляют собой модули, предназна-
ченные для установки в корпус вместе с оборудованием шлюза, сер-
веры моделей S8500 и S8700 размещаются в отдельных корпусах.
Шлюзы семейства Avaya Media Gateway, так же как и серверы, пред-
назначены для построения сетей разного масштаба. Для сетей неболь-
ших учреждений предназначены модели G150 и G250. Модель шлюза
G150 имеет две фиксированные модификации: 2Т+4А на 4 канала IP-
телефонии и 4Т+4А на 16 каналов IP-телефонии. Шлюз содержит
встроенный четырехпортовый коммутатор LAN, а также интерфейсы
FXS и FXO для включения аналоговых ТА и двухпроводных аналого-
вых соед инительных линий. Допускается установка модуля расшире-
ния, содержащего интерфейсы ISDN BRI. G150 заключен в компакт-
ный корпус, позволяющий размещать его на столе или на полке шкафа
с телекоммуникационным оборудованием. Шлюз G250 расположен
в корпусе формата 19" высотой 2U, внутри которого имеется место
для установки сервера серии S83OO. Коммутатор LAN на 8 портов, вхо-
дящий в состав шлюза может обеспечивать питание IP-телефонов
средствами РоЕ. Так же как и шлюз G150, этот шлюз имеет интерфей-
сы FXS, FXO и может быть оборудован интерфейсами ISDN BRI. Ра-
ботой шлюзов G150 и G250 управляет Communication Manager, уста-
новленный на одном из серверов. В случае повреждения сервера или
потери связи с ним, шлюз может работать автономно, сохраняя ос-
новные функции, но теряя при этом часть вспомогательных.
Для средних и крупных сетей предлагаются шлюзы G350, IG550,
G650, G700, G860. Их конструкция позволяет сформировать комп-
лект интерфейсов по желанию заказчика благодаря использованию
разнообразных модулей. Один из вариантов комплектации шлюза
G350 приведен на рис. 9.6. В нижней части его передней панели
496
Модуль ММ714
(4 порта FXS +
+ 4 порта FXO)
Сервер
S83OO
Модуль ММ314 (24 порта Ethernet
1 10/100 Мбит/с РоЕ+
\ +1 порт Ethernet 1 Гбит/с)
ПортЯ8232 / Модуль ММ710
для ПК-оператора / (1портЕ1/Т1)
Модуль ММ720
(8 портов ISDN BRI)
Порт FXO
2 порта FXS
Порт CCA Порт WAN Порт LAN
Рис. 9.6. Вариант комплектации шлюза G350
размещены разъемные соединители портов. Поскольку шлюз наде-
лен функциями маршрутизатора, имеются два порта Ethernet 10/100
Мбит/с, один из которых обращен в сторону локальной сети (порт
LAN), а второй — в сторону глобальной (порт WAN). Универсаль-
ный порт ССА предназначен для управления каким-либо устрой-
ством по команде, передаваемой пользователем по сети; например,
для дистанционного управления замком на входной двери. Помимо
собственно шлюза в корпусе слева расположен сервер серии S8300.
Установочное место в верхней части использовано для размещения
коммутатора LAN на 24 порта, имеющего также один высокоскоро-
стной порт для сопряжения с другим коммутатором. На это место
может быть также установлен модуль 40-портового коммутатора LAN
(ММ316) или модуль на 24 цифровые абонентские линии, исполь-
зующие фирменный интерфейс DCP компании Avaya (ММ312).
Справа расположены три модуля с аналоговыми и цифровыми ин-
терфейсами абонентских и соединительных линий. Необходимо от-
метить, что интерфейсы ISDN BRI модуля ММ720 обеспечивают
работу в двух режимах: режим стороны N для подключения абонен-
тской линии и режим стороны U для соединительной линии. Выбор
режима осуществляется программными средствами. На месте рас-
положенных справа модулей могут располагаться модули других ти-
пов, позволяющие организовать иной набор интерфейсов. Модели
шлюзов, предназначенные для построения сетей с большим числом
497
пользователей, такие, как G650, работают под управлением серве-
ров серий S8500 и S8700. Шлюз G650 располагается в корпусе фор-
мата 19" высотой 8U. Он имеет 14 установочных мест для модулей
различного назначения. Если емкости одного шлюза недостаточно,
несколько G650 могут быть связаны волоконно-оптическими лини-
ями, образуя комплекс оборудования с общей системой управления.
Перечень модулей расширения для подобных шлюзов наряду с ком-
плектами интерфейсов аналоговых и цифровых абонентских линий
включает в себя такие устройства, как оптические интерфейсы STM-1
(155 Мбит/с), синтезаторы речи для систем оповещения, приемни-
ки сигналов многочастотного кода и другое оборудование. Надеж-
ность шлюзов большой емкости оборудования обеспечивается не
полным дублированием, а резервированием их внутренних узлов.
9.4. Оборудование сети доступа
Существенным недостатком классических пакетных сетей явля-
ется то, что в них отсутствуют средства организации связи коммута-
ционной аппаратуры с оконечными устройствами, сравнимые по
простоте с абонентскими линиями обычной телефонной сети. Тер-
минал, оборудованный Ethemet-интерфейсом, может находиться на
расстоянии не более 100 метров от коммутатора LAN, что практи-
чески ограничивает размер абонентской сети пределами здания. По
этой причине первыми объектами для внедрения технологии IP-те-
лефонии стали учрежденческие (офисные) телефонные сети, в ко-
торых пользователи сосредоточены на небольшой территории. В том
случае, когда абонент удален на значительное расстояние от комму-
тационного узла, для построения сети приходится применять спе-
циальные технические решения.
На рис. 9.7 представлено несколько наиболее часто встречающих-
ся вариантов организации сети доступа. В первом случае абоненту
предоставляется обычная двухпроводная линия, к которой подклю-
чается аналоговый телефонный аппарат. Со стороны пакетной сети
линия включается в FXS-интерфейс шлюза MG. При этом список
доступных услуг ограничивается тем, что обеспечивает обычная АТС.
Здесь необходимо отметить, что при выборе шлюза следует обратить
внимание на максимально допустимую длину абонентской линии,
поскольку у шлюзов она обычно меньше, чем у АТС. Второй вари-
ант позволяет достичь большей функциональности абонентского
498
IP-ТА
Рис. 9.7. Организация сети доступа
окончания за счет использования интерфейса ISDN BRI и цифро-
вого ТА (ISDN-терминала). Несмотря на то, что цифровая абонен-
тская линия может использоваться для передачи данных, ее пре-
дельную скорость (128 кбит/с при объединении двух В-каналов)
следует признать недостаточной для большинства современных
приложений. В тех случаях, когда пользователю требуется предо-
ставить доступ с возможностью передачи как голоса, так и данных,
целесообразно использовать третий вариант с DSL-модемами, ра-
ботающими по такой же паре медных проводов. Наконец, послед-
ний вариант оказывается экономически целесообразным при ус-
ловии, что группа удаленных абонентов находится в одном здании.
Как показано на рисунке, в месте, где сосредоточены абоненты, на
базе коммутатора SW создается локальная сеть, которая может быть
связана с основной пакетной сетью с помощью высокоскоростных
DSL-модемов либо посредством оптических модемов при наличии
волоконно-оптической линии. Следует обратить внимание на то,
что у централизованного оборудования локальной сети, каковым
является коммутатор LAN, должно быть гарантированное элект-
ропитание, которое не всегда просто обеспечить.
Глава 10
ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ СИСТЕМ КОММУТАЦИИ
10.1. Общие принципы технического обслуживания
В процессе эксплуатации коммутационных станций осуществля-
ется их техническое обслуживание. Техническое обслуживание пред-
ставляет собой комплекс технических и административных опера-
ций по поддержанию коммутационных станций в состоянии, когда
они могут выполнять требуемые функции с заданным качеством.
Качество функционирования зависит от технического состояния
коммутационной станции, которое может меняться во времени
вследствие появления дефектов. Под дефектом понимается любое
отклонение характеристик станции или отдельного узла от заданных
требований. При этом не всякий дефект может привести к сниже-
нию качества функционирования станции.
Рассмотрим основные виды технических состояний. Исправное
состояние {исправность) — состояние, когда коммутационная стан-
ция или узел станции соответствует всем требованиям нормативных
документов. Неисправное состояние {неисправность) — состояние,
когда коммутационная станция или узел станции не соответствует
хотя бы одному требованию нормативных документов. Работо-
способное состояние {работоспособности) — техническое состояние,
при котором коммутационная станция или узел станции способны
выполнять заданные функции, сохраняя значения основных пара-
метров в пределах, установленных нормативными документами. Не-
работоспособное состояние {неработоспособность) — техническое со-
стояние, при котором значение хотя бы одного из основных пара-
метров не соответствует требованиям нормативных документов.
Неработоспособность может быть связана с дефектом аппаратуры
500
или программного обеспечения коммутационной станции. Комму-
тационная станция может быть полностью работоспособной, когда
обеспечивает в заданных условиях наибольшую эффективность об-
служивания вызовов. Станция может быть частично работоспособной
при невозможности выполнения каких-либо вспомогательных фун-
кций (например, предоставление дополнительных услуг) или при от-
носительно небольшом снижении качества обслуживания вызовов,
когда показатели качества находятся в заданных пределах. Частич-
ная неработоспособность может возникнуть в следующих состоя-
ниях: состояние отказа резервного управляющего устройства или
генераторного оборудования, что приводит к снижению надежно-
сти станции, но не влияет на показатели качества обслуживания
абонентов; отказ отдельных элементов оборудования общего
пользования (например, приемников DTMF, шнуровых комплек-
тов, комплектов соединительных линий, регистров), приводящий
к снижению в допустимых пределах качества обслуживания вызо-
вов. Состояние станции может быть частично неработоспособным,
если станция не может выполнять часть важных функций или про-
пускная способность станции снижается ниже нормативного пока-
зателя. Примером частично неработоспособного состояния может
быть отказ одного из модулей станции, приводящий к прекращению
обслуживания вызовов для части абонентов (например, отказ в або-
нентском кластере станции МиниКом DX-500 может привести к бло-
кировке от 32 до 128 аналоговых абонентских линий) или к недо-
ступности к соединительным линиям одного направления внешней
связи. В состоянии полной неработоспособности коммутационная
станция не может обслужить ни одного вызова либо значительную
часть вызовов.
Рассмотрим события изменения состояний. Событие перехода из
исправного состояния в неисправное, но работоспособное состоя-
ние, называют повреждением. Если происходит переход из работо-
способного в неработоспособное состояние, то такое событие назы-
вают отказом. Кратковременный самоустраняющийся отказ полу-
чил название сбой.
В процессе технического обслуживания коммутационных стан-
ций происходит обнаружение неработоспособности и восстановление
станции или ее узла. Обнаружение неработоспособности — событие,
относящееся к моменту определения факта неработоспособности
32-3936
501
станции или ее узла. Когда моменты появления отказа и обнаруже-
ния неработоспособности совпадают, то говорят о непрерывном кон-
троле. Непрерывный контроль обычно используется в системе уп-
равления цифровой коммутационной станции с дублированием уп-
равляющих устройств, когда требуется быстрое переключение с
основного на резервное управляющее устройство. Примером непре-
рывного контроля может быть также контроль цифрового потока, осу-
ществляемый для цифровых абонентских и соединительных линий.
Для многих устройств коммутационной станции используется пери-
одический контроль, когда между моментами появления отказа и об-
наружения неработоспособного состояния проходит некоторое вре-
мя, которое имеет случайный характер. Такой контроль, в первую
очередь, касается периферийных телефонных устройств: абонентс-
ких, шнуровых комплектов, комплектов соединительных линий и
других. Восстановление — событие возвращения станции или ее узла
из неработоспособного в работоспособное состояние.
На коммутационных станциях для определения технического со-
стояния производится контроль работы оборудования. Контроль
может быть автоматизирован или выполняться обслуживающим пер-
соналом. В электромеханических АТС наибольшая часть функций
контроля выполняется вручную. На АТС с протраммным управле-
нием (квазиэлектронные и цифровые АТС) все функции контроля
автоматизированы.
Операции по техническому обслуживанию коммутационных
станций могут быть разделены на два вида: предупредительные и
корректирующие. Предупредительные операции, как правило, прово-
дятся до момента обнаружения неработоспособного состояния. Их
основной целью является предотвращение появления отказов. Кор-
ректирующие операции проводятся после обнаружения неработоспо-
собного состояния и до окончания восстановления и предназначе-
ны для приведения станции в работоспособное состояние.
При эксплуатации коммутационных станций могут применяться
разные виды технического обслуживания, в каждом из которых вы-
полняются предупредительные и корректирующие операции. На
выбор вида технического обслуживания в значительной степени вли-
яет соотношение автоматических и ручных средств контроля техни-
ческого состояния, используемых при предупредительных и коррек-
тирующих операциях.
502
Для коммутационных станций с малой степенью автоматизации
процессов контроля используется профилактическое техническое об-
служивание. В этом случае основным источником сведений о нера-
ботоспособности станции или узла являются профилактические ме-
роприятия, проводимые через определенные интервалы времени.
Такой вид технического обслуживания характерен д ля электромеха-
нических АТС.
На станциях с высокой степенью автоматизации процессов кон-
троля используется контрольно-корректирующее техническое обслу-
живание. При этом основными источниками сведений о неработо-
способности являются средства автоматического контроля техничес-
кого состояния. Работы по периодической проверке оборудования,
выполняемые с участием технического персонала, не регламенти-
руются заранее. Ручные действия персонала, особенно профилак-
тические мероприятия, сведены к минимуму.
10.2. Техническое обслуживание
электромеханических АТС
Среди электромеханических АТС наибольшее применение нашли
координатные АТС. Техническое обслуживание таких АТС включа-
ет два вида работ: текущее обслуживание и профилактические работы.
Текущее обслуживание предполагает постоянное присутствие тех-
нического персонала на станции. С этой целью организуется смен-
ное дежурство, в течение которого выполняются следующие работы:
наблюдение за показаниями технической сигнализации; выявление
и устранение повреждений и отказов оборудования, непрохождений
соединений и безотбойпосги или обрыва на соединительных линиях;
наблюдение за напряжением источника питания станции; наблюде-
I ше за количеством поступающих и потерянных вызовов; ведение уче-
та станционных повреждений и отказов; чистка оборудования от пыли;
поддержание в автозале нормированной температуры и влажности.
На координатных АТС осуществляется автоматический контроль
за перегоранием предохранителей, работой маркеров, появлением
повреждений в оборудовании общего назначения (например, гене-
ратор вызывного сигнала), блокировкой соединительных линий.
При появлении неисправности техническому персоналу передает-
ся сигнал в виде загорания ламп на табло одного из стативных рядов
и на общестативном табло.
503
Профилактические работы направлены на поиск неисправности
в оборудовании АТС, индикация которой не предусмотрена устрой-
ствами станционной сигнализации. В первую очередь сюда относят-
ся: неисправность элементов соединительных путей внутри блоков
искания, неисправность элементов МКС (загрязнение контактов,
отказ выбирающих и удерживающих магнитов и другое), неисправ-
ность пробных цепей маркеров и другие. В целях предупреждения
накопления неисправностей на АТС профилактические работы про-
водятся периодически в соответствии с составленным графиком.
В трафик обычно входят работы, проводимые один раз в месяц, в
квартал и в год. Одни профилактические работы могут выполняться
в любое время суток, другие — только в часы наименьшей нагрузки.
Примерами работ выполняемых независимо от времени суток могут
быть: общая чистка аппаратуры, измерения напряжений, учет пото-
ков вызовов. В часы наименьшей нагрузки выполняются работы, ко-
торые могут привести к снижению пропускной способности стан-
ции или ее отдельных блоков. К таким работам относятся: чистка
контактов реле и МКС, проверка образования соединительных пу-
тей через звенья коммутации станции, проверка соединительных ли-
ний и другие.
Профилактические работы выполняются вручную и/или с при-
менением контрольно-испытательной аппаратуры (КИА). Вручную
работы выполняются в первую очередь методом визуального осмот-
ра элементов станции, а также путем установления контрольных со-
единений. Контрольно-испытательная аппаратура делается специ-
ализированной для каждого типа АТС. Эта аппаратура подключает-
ся к специальным точкам станции, и обслуживающий персонал про-
водит проверку в заданной последовательности. Обычно в состав
КИА одной АТС входит несколько устройств, каждое из которых
рассчитано на проверку конкретных узлов станции.
Неисправности, обнаруженные в результате профилактических
работ, устраняются следующими методами. При мелких неисправ-
ностях производится механическая регулировка реле и элементов
МКС, чистка контактов реле и МКС. В более сложных ситуациях
производится замена съемных плат.
Техническое обслуживание электромеханических АТС малой ем-
кости (до 200 номеров) отличается от других тем, что на этих стан-
циях в большинстве случаев нет постоянного присутствия техниче-
504
ского персонала. Текущее обслуживание производится с периодом,
не превышающим обычно одну неделю. Профилактические работы
выполняются в соответствии с установленным графиком.
10.3. Техническое обслуживание
программно управляемых АТС
К программно управляемым АТС относятся квазиэлекгронные и
электронные станции. Поскольку в дальнейшем должны внедрять-
ся только электронные цифровые АТС, рассмотрим вопросы техни-
ческого обслуживания применительно к последним.
В настоящее время цифровые учрежденческие АТС характеризу-
ются использованием специализированных для каждого типа АТС
программных и аппаратных средств для автоматизированного конт-
роля за работой станции. Практически это означает, что для цифро-
вых станций, поставляемых в сеть одним производителем, надо со-
здавать отдельную систему технического обслуживания.
В современных цифровых АТС находит применение метод конт-
рольно-коррекгирующего технического обслуживания с автомати-
зацией контроля за всем оборудованием станции, включая контроль
за цифровыми потоками линий связи.
Выполнение функций контроля за работой цифровой станции
получило наименование мониторинга АТС. На цифровых АТС, кро-
ме мониторинга, выполняется множество функций по админист-
рированию станций. В понятие администрирования входит выпол-
нение следующих задач: создание новой и изменение существую-
щей базы данных станции (в базе данных хранятся абонентские,
внешнестанционные и станционные данные); сбор и обработка
данных по трафику и по тарификации вызовов; по изменению кон-
фигурации (реконфигурации) станции. Важной особенностью циф-
ровой сети является возможность централизации технического об-
служивания, под которой понимается возможность дистанционно
управлять процессами мониторинга и администрирования для мно-
жества АТС из одного пункта сети. Средства централизации техни-
ческого обслуживания являются составной частью системы управ-
ления сетью связи.
Система технического обслуживания цифровых АТС характери-
зуется тем, что значительная часть функций мониторинга и админи-
стрирования выполняются программными средствами. Примерно
505
50—60 % прикладных программных средств станции приходятся на
программы мониторинга и администрирования и только около 5 %
аппаратных средств цифровой АТС отведены под систему техниче-
ского обслуживания.
В систему технического обслуживания цифровой АТС входит авто-
матизированное рабочее место оператора технического обслужива-
ния — АРМТО- Обычно АРМТО выполнено на основе персонального
компьютера, включенного в станцию через стандартный интерфейс пе-
редачи д анных. Если коммутационная станция выполняет функции та-
рификации услуг связи, то для этой цели может выделяться отдельный
компьютер, включаемый в станцию через другой интерфейс.
При поиске неисправностей с помощью АРМТО производятся
следующие основные операции: ввод оператором команд (инструк-
ций) на проведение контроля работоспособности отдельных уст-
ройств или всего оборудования станции, а также команд на тестиро-
вание линий связи; получение на экране монитора информации об
обнаруженных неисправностях, об их характере и о месте появле-
ния неисправностей; ввод оператором команд на проведение пери-
одического контроля оборудования станции в автоматическом ре-
жиме, когда указывается период и время контроля (например, один
раз в сутки в ночное время); хранение в памяти АРМТО информации
об обнаруженных неисправностях.
В случае обнаружения неисправности оператор производит заме-
ну неисправного узла на исправный. Как правило, производится за-
мена одной платы, вставляемой в разъемный соединитель (такая
плата иногда называется ТЭЗ — типовой элемент замены). При об-
наружении неисправности оператор выполняет на рабочем месте сле-
дующие действия: при неисправности группового оборудования (на-
пример, блок тональных и речевых сигналов) вводит команду на пе-
реключение на резервное оборудование (если такое имеется); при
отказе индивидуального оборудования (например, абонентского
комплекта или комплекта соединительной линии) вводит команду
на блокировку этого оборудования; если требуется, то оператор за-
пускает программу диагностики, позволяющую с более высокой точ-
ностью локализовать неисправность или определить причину не-
исправности; после замены узла станции вводится команда на про-
верку работоспособности этого узла. Следует заметить, что при по-
явлении отказа какого-либо группового оборудования программные
506
средства технического обслуживания могут дать команду на автома-
тическое переключение на резервное оборудование. Такая операция
обязательно выполняется при переключении с основного на резерв-
ное управляющее устройство. При автоматическом переключении
на резервное оборудование на АРМТО оператору идет сообщение о
произведенной операции.
В процессе администрирования оператор с помощью АРМТ0 вы-
полняет операции по изменению и модификации базы данных. Опера-
тор может изменять: план нумерации на станции (номера, используе-
мые абонентами для установления соед инений, индексы выхода на дру-
гие сети); условия ограничения абонента по видам услуг связи (напри-
мер, ограничение выхода на междугород ную сеть общего пользования);
способ приема цифр номера от телефонного аппарата с число-импуль-
сным или частотным кодированием; набор разрешенных абоненту до-
полнительных услуг и их параметры (набор услуг может быть расширен
или сокращен); тип системы сигнализации и ее параметры (например,
замена на пучке цифровых соединительных линий сигнализации типа
DSS1 на сигнализацию типа QSIG); маршруты обходных соединений в
сети связи и другие параметры. Модификация производится при из-
менении конфигурации станции, что обычно происходит при рас-
ширении емкости АТС. В этом случае возникает необходимость в вво-
де новых данных, касающихся вновь вводимого оборудования (напри-
мер, новых плат абонентских и соединительных линий), дополнитель-
ных интерфейсов абонентских и соединительных линий, расширения
плана нумерации и многих других показателей.
Администрирование также направлено на контроль за парамет-
рами телефонной нагрузки. По командам от оператора можно за за-
данный интервал времени определить обслуженную нагрузку, посту-
пившие и обслуженные вызовы на разных линиях и видах оборудо-
вания станции. Оценка параметров может задаваться индивидуаль-
но или для группы устройств или линий. Предварительно оператор
задает дату и время начала контроля и его продолжительность.
Во многих случаях программы администрирования обеспечива-
ют запись результатов контроля за параметрами телефонной нагруз-
ки в отдельный файл. В таком файле для каждого вызова мотут быть
записаны: вид и номер обслуживающего устройства, время занятия,
время освобождения, номер вызывавшего абонента, направление
дальнейшего соединения или номер вызываемого абонента. В даль-
507
нейшем с помощью специальной системы, находящейся вне ком-
мутационной станции, данные этого файла обрабатываются и резуль-
таты представляются в удобном для технического персонала виде.
Программные средства ряда станций позволяют делать обработ-
ку полученных результатов контроля. При оценке обслуженной на-
грузки результаты контроля накапливаются за каждый фиксиро-
ванный интервал времени (обычно за 15 мин), а затем в табличном
или графическом виде строится диаграмма распределения нагруз-
ки в течение заданного периода времени (например, в течение су-
ток). В этом случае становится известен период действия часа наи-
большей нагрузки и величина наибольшей нагрузки.
В случае предоставления на сети ОбТС возмездных услуг, в функ-
ции администрирования входит тарификация услуг с повременной
оплатой. Для системы тарификации используются те же данные, что
и в системе контроля за параметрами телефонной нагрузки. Про-
граммные средства системы тарификации для каждого абонента или
группы абонентов накапливают данные о предоставленных услугах:
время начала и окончания разговоров, дата, набранные номера, кате-
гория абонента и другие. Как правило, такие данные записываются в
виде файла, который в дальнейшем пересылается в систему биллин-
га. В последней в соответствии с установленными соответствующим
оператором связи правилами производится подсчет стоимости услуг
д ля абонентов и им выписываются счета к оплате услуг.
10.4. Система централизованного
технического обслуживания цифровых АТС
Система централизованного технического обслуживания цифро-
вых АТС предназначена для выполнения функций мониторинга и
администрирования коммутационных станций из одного пункта сети
ОбТС в пределах заданного района.
В сети связи РЖД такая система получила название СМА (систе-
ма мониторинга и администрирования) ОбТС. СМА ОбТС является
составной частью единой системы мониторинга и администрирова-
ния сети связи технологического сегмента дорожного уровня
(ЕСМА). На сети ОбТС объектами СМА могут выступать коммута-
ционные станции, устройства абонентского доступа (абонентские
мультиплексоры, сетевые окончания и др.) и терминальные устрой-
ства (цифровые телефонные аппараты, персональные компьютеры
508
и др.). В настоящее время наиболее развитыми являются системы
управления цифровыми коммутационными станциями. Абонентские
мультиплексоры обычно входят в систему СМА первичной сети.
В СМА ОбТС предусмотрены два уровня: нижний — с центром
технического обслуживания (ЦТО) и верхний — с центром техниче-
ского управления (ЦТУ). ЦТО представляет собой организационно-
технический комплекс, предназначенный д ля эксплуатации и обслу-
живания подсети технологического сегмента дорожного уровня в
пределах отделения дороги или РЦС (регионального центра связи) с
наделением определенных обязанностей по управлению оборудова-
нием в рамках данной подсети. В отдельных случаях допускается
организация ЦТО на крупных узловых станциях. ЦТУ — это орга-
низационно-технический комплекс, предназначенный для обеспе-
чения централизованного управления и мониторинга сетями связи
технологического сегмента дорожного уровня.
В дальнейшем рассматриваются системы управления цифровы-
ми коммутационными станциями.
В общем случае систему СМА ОбТС можно рассматривать как
распределенную вычислительную систему, объединяющую множе-
ство АТСЦ и узлов пакетной коммутации с центрами рассылки, сбора
и обработки информации — ЦТО и ЦТУ. .•
В соответствии с моделью ВОС система управления узлами ком-
мутации должна выполнять две основные задачи:
• на прикладных уровнях: формирование, обработку и обмен дан-
ными между пунктами системы управления узлами коммутации;
• на сетевом уровне: доставку информации между пунктами сис-
темы управления узлами коммутации.
Первая задача выполняется с помощью программных средств уз-
лов коммутации с использованием специализированных протоко-
лов обмена данными.
Вторая задача включает в себя процессы передачи данных по сети
связи с учетом принципа централизованного управления узлами ком-
мутации. Принцип централизованного управления означает приме-
нение протоколов обмена данными, когда объекты системы управ-
ления — узлы коммутации—являются ведомыми, а центр управления—
ведущим. В технической литературе принцип ведущего и ведомых
субъектов зачастую обозначается термином «агент—менеджер». Здесь
могут использоваться стандартные и специализированные прото-
509
колы обмена данными. Стандартные протоколы позволяют объеди-
нить в одну систему управления узлами коммутации разных произ-
водителей. Очевидно, что система со специализированными прото-
колами дает возможность управлять только узлами коммутации од-
ного производителя.
Рассмотрим вначале способы организации системы управления
АТСЦ со специализированными протоколами обмена данными на
сети управления.
Способ с выделенными каналами ЦД. Между каждой удаленной
АТСЦ и центром технического обслуживания организуется двусто-
ронний выделенный канал ПД, используемый для обмена инфор-
мацией между АРМ центра технического обслуживания (АРМТО) и
центральным управляющим устройством (ЦУУ) удаленной цифро-
вой АТС (рис. 10.1). Со стороны удаленной АТСЦ выделенный канал
ЦД включается в интерфейс RS232 (рис. 10.1, а) или So (рис. 10.1, б).
В случае RS232 в выделенный канал с двух сторон включаются моде-
мы. Скорость передачи по каналу обычно составляет до 19 200 бит/с.
При использовании интерфейса So, относящегося к стандарту сети
ISDN, между удаленной АТСЦ с помощью мультиплексоров (MUX)
образуется выделенный цифровой канал В и скорость передачи до-
стигает 64 кбит/с. Мультиплексоры относятся к цифровой первич-
ной сети связи. Между мультиплексорами организуется цифровой
канал, обычно, канал Е1. Связь между удаленной АТСЦ и ЦТО орга-
низуется с применением канала сигнализации D. Возможно одно-
временное использование двух каналов В данного интерфейса, тог-
да скорость передачи удваивается. В центре технического обслужи-
вания для управления удаленной АТСЦ АРМТО подключается к вы-
деленному каналу через интерфейс RS232 и модем (см. рис. 10.1, а)
или интерфейс So (см. рис. 10.1, б). В таком варианте в общем случае
для каждой удаленной и центральной АТСЦ требуется отдельный ком-
пьютер. Для уменьшения количества компьютеров может быть ис-
пользовано дополнительное оборудование и программные средства.
Очевидно, что на цифровой сети преимущество следует отдать ва-
рианту с интерфейсом So, так как в этом случае достоверность и ско-
рость передачи данных заметно выше. При отсутствии на удаленной
АТСЦ интерфейса So, можно применить выделенный цифровой канал
с помощью терминального адаптера, обеспечивающего в удаленном
пункте преобразование протоколов между интерфейсами RS232 и So.
510
Рис. 10.1. Сеть управления с выделенными каналами
Способ с коммутируемыми каналами и сети ОбТС. В отличие от
предыдущего способа, вместо выделенного канала ПД между уда-
ленной АТСЦ и ЦТО используется прямой или составной коммути-
руемый канал. На стороне ЦУУ удаленной АТСЦ и на АРМТО ЦТО
применяются аналогичные первому способу интерфейсы (рис. 10.2).
Коммутируемый канал образуется посредством включения соот-
ветствующих интерфейсов системы управления в аналоговые
(АЛа) или цифровые (АЛц) абонентские линии удаленной и цен-
тральной АТСЦ. Как и прежде, можно использовать интерфейс
511
Рис. 10.2. Сеть управления по коммутируемым каналам
RS232 или So (рис. 10.2, а и б), а также их сочетание. Перед обме-
ном информацией между ЦТО и удаленной АТСЦ или в обратном
направлении устанавливается соединение между абонентскими ли-
ниями, что обеспечивается программными средствами ЦТО и уда-
ленной АТСЦ. Очевидно, что управление удаленными АТСЦ воз-
512
можно только при наличии хотя бы одного свободного канала меж-
ду удаленной и центральной АТСЦ. С помощью составного ком-
мутируемого канала возможно управление удаленной АТСЦ, соеди-
няемой с центральной АТСЦ через иную транзитную АТСЦ.
При сравнении рассмотренных вариантов с выделенным и с ком-
мутируемым каналами можно заметить следующее. Недостатком
первого варианта является необходимость организации по одному
каналу передачи данных с каждой удаленной АТСЦ. Также увеличи-
вается объем оборудования в ЦТО для включения окончаний выде-
ленных каналов. Во втором варианте главный недостаток состоит в
отсутствии управления одной удаленной или множеством удален-
ных АТСЦ в случаях перегрузки пучков СЛ или нарушении связи
из-за неработоспособности пучка СЛ или транзитной АТСЦ.
Способ использования стандартной сети ПД. В этом случае дан-
ные между удаленной АТСЦ и ЦТО передаются по стандартной сети
ПД. К таким сетям относятся: ТСРДР, Frame Relay, ATM, Х.25 и дру-
гие. В каждом удаленном пункте, а также на центральной АТСЦ,
организуется по одному терминальному пункту сети ПД, связанно-
му с ЦТО. Обычно в ЦТО для связи с объектами управления органи-
зуется один терминальный пункт сети ПД. Однако их может быть и
больше, что зависит от количества удаленных АТСЦ и от требова-
ний по оперативности управления. На рис. 10.3 показаны примеры
с использованием сетей TCP/IP (рис. 10.3, о) и Х.25 (рис. 10.3, б).
При использовании сети TCP/IP каждая удаленная и централь-
ная АТСЦ должна иметь электрический интерфейс ЛВС Ethernet со
скоростью обычно до 100 Мбит/с, через который происходит обмен
данными между ЦУУ АТСЦ и ЦТО. Для связи с удаленными АТСЦ
используются маршрутизаторы. Независимо от числа удаленных
АТСЦ в ЦТО достаточно одного маршрутизатора. Маршрутизатор
может быть принадлежностью сети ПД. Центральная АТСЦ через
интерфейс Ethernet включается в сеть ЛВС, организованной в ЦТО.
Удаленные и центральная АТСЦ, а также ЦТО, являются узлами (хо-
стами) сети TCP/IP и им присваиваются персональные сетевые ад-
реса (IP-адреса). Адреса вставляются в пакеты при передаче данных
между ЦТО и соответствующей АТСЦ и в обратном направлении.
На достаточно крупной удаленной АТСЦ может быть образована
собственная ЛВС, связанная через сеть ПД с ЦТО. В ЦТО можно
организовать множество АРМТО (на рис. 10.3, а — два АРМТО),
513
б
Рис. 10.3. Сеть управления по TCP-IP и Х.25
которые могут разделяться по выполняемым функциям (например,
АРМ 1ТО — для мониторинга цифровых АТС, АРМ2ТО — для адми-
нистрирования цифровых АТС) или по районам сети управления.
Автоматизированные рабочие места могут быть универсальными, что
зачастую делается для резервирования рабочих мест.
514
При использовании сети Х.25 каждая удаленная и центральная
АТСЦ должна иметь интерфейс RS232, через который станция вклю-
чается в устройство сборки и разборки пакетов (PAD). В ЦТО в уст-
ройство PAD также включается АРМТО. Для подключения к сети Х.25
на удаленной АТСЦ и в ЦТО устанавливаются коммутаторы Х.25.
Перед сеансом обмена данными между пунктами сети управления
через сеть Х.25 требуется установить соединение.
На одной сети управления возможно реализовать обмен данны-
ми по сетям ПД разных типов.
Способ использования общих каналов сигнализации. В отличие от
предыдущего способа, данные между удаленной АТСЦ и ЦТО пере-
даются по общим каналам сигнализации (ОКС), работающим со
стандартными протоколами, такими как QSIG, ОКС№ 7 или со спе-
циализированными протоколами для АТС одного или группы про-
изводителей: DPNSS1, ABC, Comet, Telnet и другие. В стандартных
протоколах либо не предусмотрена возможность передачи данных
СМА (например, QSIG), либо такая возможность не используется (в
сигнализации ОКС№ 7 предусмотрена подсистема техобслужива-
ния и эксплуатации — ОМАР). В специализированных протоколах
обычно закладывается возможность реализации функций СМА.
В принципе, в системе сигнализации QSIG можно осуществить
обмен данными СМА по ОКС, если использовать специальный про-
токол, созданный производителем цифровой АТС. Такой протокол
будет отличаться значением протокола дискриминатора.
На рис. 10.4 показан пример сети управления четырьмя АТСЦ,
одна из которых — центральная, расположена в том же пункте, где
находится ЦТО. Центральные управляющие устройства смежных
АТСЦ соединены между собой общим каналом сигнализации и об-
мен данными СМА осуществляется между двумя ЦУУ центральной и
удаленной АТСЦ. ЦУУ центральной АТСЦ обменивается данными с
АРМТО, поступающим и передаваемым к всем удаленным и централь-
ной АТСЦ. ЦУУ удаленной АТСЦ может выполнять роль транзитно-
го пункта передачи данных на сети СМА АТСЦ (на рис. 10.4 — уда-
ленная АТСЦ1). Между АРМТО и ЦУУ центральной АТСЦ можно
использовать один из интерфейсов RS232, So или Ethernet.
Способы использования стандартной сети ПД и ОКС не имеют
недостатков, присущих способу с коммутируемыми каналами, так как
вследствие применения на сети ПД и ОКС пакетной коммутации прак-
515
Удаленная АТСЦ 2 Удаленная АТСЦ 3
Рис. 10.4. Сеть управления по ОКС № 7
тически исключаются состояния невозможности передать сообщение
между пунктами сети из-за отсутствия ресурсов сети (например, из-за
занятости всех СЛ одного пучка). В худших случаях может произойти
временная задержка передачи сообщения или потребуется повторная
передача сообщения на пользовательском уровне.
Сравнивая способы использования стандартной сети ИД и ОКС
можно заметить, что сеть СМА, построенная на базе стандартной сети
516
ПД может обеспечить более надежную доставку информации, так
как строится отдельно от сети ОбТС. На сети управления с ОКС вы-
ход из строя одного звена или узла сети ОбТС может привести к бло-
кировке одной или множества удаленных АТСЦ.
Систем упр(1вления по пропюколу SNMP. Управление коммутиру-
емой сетью связи во многих системах реализовано с применением
протокола сетевого управления SNMP (Sample Network Management
Protocol — простой протокол сетевого управления). Этот протокол
был создан для сетей связи с пакетной коммутацией, работающим
со стеком протоколов TCP/IP. Он предназначен д ля взаимодействия
с приложениями пользователей и находится на прикладном уровне.
В основу системы управления цифровыми АТС и системами па-
кетной коммутации на сети ОбТС закладывается схема взаимодей-
ствия типа «агент—менеджер». При этом каждый узел коммутации
рассматривается как объект управления, имеющий встроенные фун-
кции управления внутренними элементами (например, управление ре-
конфигурацией, базой полупостоянных данных и т.д.). Таким обра-
зом, узел коммутации можно рассматривать как систему с управляе-
мыми ресурсами. В каждый узел коммутации сети ОбТС входит агент,
являющийся посредником между управляемым ресурсом этой стан-
ции и основной управляющей программой-менеджером. Менеджер
входит в состав ЦТО или ЦТУ. Менеджер взаимодействует с агента-
ми по протоколу SNMP, запрашивая от агентов соответствующие
данные, хранящиеся в базе данных управляющей информации MIB
узлов коммутации. В соответствии с результатами обработки данных,
полученных от агентов разных узлов коммутации, менеджер управ-
ляет агентами, посылая им управляющие воздействия.
Узел коммутации одного типа имеет собственную базу MIB, а
также модель управляемого ресурса. В состав одного узла коммута-
ции входят интерфейсы типов «агент — управляемый ресурс» и
«агент — модель управляемого ресурса». В ЦТО для каждого типа
узла коммутации отведен интерфейс типа «менеджер — модель уп-
равляемого ресурса». Центр ТО включает в себя справочную систе-
му о наличии местоположения агентов и менеджеров, отражающую
архитектуру распределенной системы управления.
Управление по протоколу SNMP могут обеспечить многие из
цифровых АТС, например, станции SI2000, V5, Meridian 1, Defmity,
Hicom 300Е.
517
СОКРАЩЕНИЯ
На русском языке
АИ Абонентское искание
АК Абонентский комплект
АЛ Абонентская линия
АМТС Автоматическая междугородная телефонная стан- ция
АОН Автоматическое определение номера и категории вызывающего номера
АРМ Автоматизированное рабочее место
АТС Автоматическая телефонная станция
АТСКЭ Квазиэлектронная АТС
АТСЦ Цифровая АТС
АЦП Аналого-цифровой преобразователь
БАЛ Блок абонентских линий
БС Базовая станция
БСЛ Блок соединительных линий
БТРС Блок тональных и речевых сигналов
ВК Входящий комплект
ВОС Взаимодействие открытых систем
ВОУ Вспомогательный отделенческий узел
ВСК Выделенный сигнальный канал
ГИ Групповое искание
ГМТУ Главный магистральный транзитный узел
го Генераторное оборудование
ГТНВ Генератор тонального набора
ГУ Главный узел
ДАКТС Дорожная автоматически коммутируемая теле- фонная связь
ДАТС Дальняя автоматическая телефонная связь
518
ДК Двусторонний комплект
дм Датчик многочастотный
дс Дифференциальная система
ДГУ Дорожный транзитный узел
ДУ Дорожный узел
ЕО Цифровой канал 64 кбит/с, ОЦК
Е1 Цифровой канал 2048 кбит/с, ПЦК
ИК Импульсный контакт
ик Исходящий комплект
ИКМ Импульсно-кодовая модуляция
КИ Канальный интервал
ккс Комплект конференц-связи
КП Коммутационное поле
ксл Комплект соединительных линий
ктн Комплект тонального набора
МАКТС Магистральная автоматически коммутируемая те- лефонная связь
МК Междугородный коммутатор
мкс Многократный координатный соединитель
МПр Микропроцессор
МСЭ-Т Международный союз электросвязи по телеком- муникациям
МТС Междугородная телефонная станция
НН Номеронабиратель
ОбТС Общетехнологическая связь
ОбТС-П Сеть ОбТС с пакетной коммутацией
ОЗУ Оперативное запоминающее устройство — RAM
ОКС Общий канал сигнализации
ОКС №7 Система сигнализации по общему каналу № 7
ОП Общего пользования (сеть)
ОС Оконечная станция или операционная система
ОУ Отделенческий узел
оцк Основной цифровой канал, 64 кбит/с
ПК Персональный компьютер
пм Приемник многочастотный
пмк Периферийный микроконтроллер
по Программное обеспечение
ПТНВ Приемник тонального набора
519
ПУ Периферийное устройство
ПУУ Периферийное управляющее устройство
пцк Первичный цифровой канал, 2048 кбит/с (канал Е1)
РАТС Районная АТС
РЗУ Речевое запоминающее устройство
РИ Регистровое искание
РМТС Ручная междугородная станция
СБИС Сверхбольшая интегральная схема
СП Соединительная линия
СМА Система мониторинга и администрирования
СП Соединительный путь
ТА Телефонный аппарат
ТБ Транзитный блок
ТВЗУ Транзитный внутризоновый узел
ТЗУ Транзитный зоновый узел
ТфОП Телефонная сеть общего пользования
ТЧ Тональная частота
УАК Узел автоматической коммутации
УАТС Учрежденческая автоматическая телефонная станция
УКВ Ультракороткие волны
УП Управляющая память
УПАТС Учрежденческая производственная автоматическая телефонная станция
УС Узловая станция
УУ Управляющее устройство
ЦАП Цифро-аналоговый преобразователь
ЦБ Центральная батарея
ЦСС Центральная станция связи
щи Центр технического обслуживания
ЦТУ Центр технического управления
ЦУУ Центральное управляющее устройство
ЧНН Час наибольшей нагрузки
ШК Шнуровой комплект
ЭУМ Электронная управляющая машина
520
На английском языке
ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation — адаптив- ная дифференциальная импульсно-кодовая модуля- ция
AG Access Gateway — шлюз доступа
AN Access Node — узел доступа
АР Access Point — точка доступа
ARP Address Resolution Protocol — протокол разреше- ния адресов
ATM Asynchronous Transfer Mode — технология переда- чи пакетов в асинхронном режиме
AuC Authentication Centre — центр аутентификации або- нентов
BF Телефон
ВМ Микрофон
BORSCHT Battery feed, Overvoltage protection, Ringing, Super- vision, Codec Hybrid, Testing — питание, защита от по- вышенных напряжений, посылка вызова, прием ли- нейных и управляющих сигналов, кодирование и де- кодирование, функция дифференциальной системы, тестирование (функции интерфейса аналоговой або- нентской линии цифровой АТС)
BRA Base Rate Access — базовый (основной) доступ сети ISDN
BRI Base Rate Interface — интерфейс базового доступа се- ти ISDN
BSC Base Station Controller — контроллер управления базо- выми станциями
BSS Base Stations Sub-System — подсистема базовых стан- ций
BTS Base Transceiver Station — базовая приемо-передаю- щая станция
CAS Channel-associated signaling — сигнализация по инди- видуальному сигнальному каналу
CB Common Bus — общая шина
CCS Common channel signaling — сигнализация по общему сигнальному каналу
521
CDR Call Detail Record — запись подробной учетной инфор- мации о вызове
CLC Line controller С — линейный контроллер типа С циф- ровой АТС SI2000
CPU Central Processing Unit — центральный процессорный блок
css Center Stage Switch — центральный коммутатор стан- ции Definity
DCS Digital Cellular System — цифровая сотовая система
DECT Digital European Cordless Telecommunications — циф- ровая европейская система беспроводной связи
DNS Domain Name Service — служба доменных (символь- ных) имен
DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer—мультиплек- сор доступа по цифровой абонентской линии
DSP Digital Signal Processor — цифровой сигнальный про- цессор
DSS1 Digital Subscriber Signaling System 1 — цифровая систе- ма абонентской сигнализации № 1
DTMF Dual Tone Multi-Frequency — многочастотный способ передачи цифр номера
DX Демультиплексор
EDSS1 Европейский вариант DSS1
EIR Equipment Identity Register — регистр идентификации мобильного оборудования
EPN Expansion Port Network — модуль расширения станции Definity
ET Exchange Termination — станционное окончание
ETSI Europe Telecommunication Standard Institute — Евро- пейский институт стандартизации по телекоммуни- кациям
FDDI Fibre Distributed Data Interface — стек протоколов сети передачи данных, построенной на оптическом кабеле
FTP File Transfer Protocol — протокол передачи файлов
FXO Foreign Exchange Office — внешний интерфейс ана- логовой абонентской линии со стороны АТС
FXS Foreign Exchange Station — внешний интерфейс ана- логовой абонентской линии со стороны абонента
522
GMSC Gateway Mobile Switching Centre — транзитный центр коммутации мобильной связи
GSM Global Standard for Mobile — стандарт глобальной сис- темы мобильной связи
HDB3 High Density Bipolar-Code — двухполярный линейный код
HDLC High level Data Link Control — протокол передачи в се- ти на уровне звена данных (уровень 2 модели ВОС)
HLR Home Location Register — регистр положения мо- бильных абонентов
HTTP Hyper-Text Transfer Protocol — протокол доставки гипертекстовых сообщений
HUB Хаб, или концентратор
HW High Way — скоростная линия
IAD Integrated Access Device — интегрированное уст- ройство доступа
ICMP Internet Control Message Protocol — протокол меж- сетевых управляющих сообщений на IP-сети
IMS IP Multimedia Services (мобильные сети) —- мульти- медиа услуги в IP-сети или Information Management System — система управления информацией
IMSI I ntcmational Subscriber Identity — международ! !ый иден- тификатор абонента подвижной связи
INAP Intelligent Network Application Protocol — прикладной протокол интеллектуальной сети
IP Internet Protocol — интернет-протокол
ISDN Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с интеграцией обслуживания
ISM Integrated System Management — управление интег- ральными системами
ITU-T International Telecommunications Union-T — междуна- родный союз электросвязи по телекоммуникациям
LAN Local Area Network — локальная вычислительная сеть
LAPD Link Access Procedure on the D channel — протокол ка- нального уровня в сети ISDN
LT Line Termination — линейное окончание
LA Location Area — зона местоположения
MAC Media Access Control — управление доступом данных
523
MCA Модуль межмодульных соединений типа А станции SI2000
MCU Multipoint Control Unit — устройство управления кон- ференциями
MGCP Media Gateway Control Protocol — протокол управле- ния шлюзами
MLC Module Line С—линейный модуль типа С станции SI2000
MN Management Node — узел управления станции SI2000
MPLS Multiprotocol Label Switchin — многопротокольная ком- мутация по меткам
MPS Module Power Supply—модуль питания станции SI2000
MPU Microprocessor Unit — микропроцессор, микропроцес- сорный блок
MS Mobile Station — подвижная (мобильная) станция
MSC Mobile Switching Center — центр коммутации мобиль- ной связи
MSRN Mobile Station Roaming Number — номер «блуждающей» подвижной станции
MT Management Terminal—терминал управления станции SI2000
MTU Maximum Transfer Unit — пакет максимальной длины
MUX Мультиплексор/демультиплексор
MX Мультиплексор
NAT Network Address Translator—преобразователь сетевых адресов
NGN Next Generation Network — сеть следующего поколения
NSS Network and Switching Sub-System — сетевая и комму- тационная подсистема
NT Network Termination—сетевое окончание (сеть ISDN)
OMC Operation Maintenance Centre — центр эксплуатации и технического обслуживания
OSPF Open Shortest Path First — протокол маршрутизации на IP-сети с выбором кратчайшего пути (маршрута)
OSS Operation Sub-System — подсистема эксплуатации и технического обслуживания
PCM Pulse Code Modulation — ИКМ
PLC Блок вторичного питания и генератора вызова стан- ции SI2000
524
PPN Processor Port Network — процессорный модуль стан- ции Definity
PRI Primary Rate Interface — интерфейс первичного до- ступа
QoS Quality of Service — качество обслуживания
QSIG Q signaling — протокол сигнализации по ОКС на сети ISDN
RAM Read Associated Memory — ОЗУ
RAS Registration, Admission and Status — регистрация, до- ступ и статус
RIP Routing Internet Protocol — протокол маршрутизации на IP-сети
RSVP Resource Reservation Protocol — протокол резервиро- вания ресурсов сети
RTCP Real Time Control Protocol — протокол управления в реальном масштабе времени
RTP Real Time Transport Protocol — протокол передачи в реальном масштабе времени
SAN Switch and Access Node — узел коммутации и доступа
SBC Session Board Controller — пограничный контроллер сеансов
SDL Specification and Design Language — язык специфика- ций и проектирования
SG Signaling Gateway — шлюз сигнализации
SHDSL Symmetric High-bit rate Digital Subscriber Line — цифро- вая абонентская линия с симметричным высокоско- ростным потоком
SIP Session Initiation Protocol — протокол инициирования сеансов
SIM Subscriber Identity Module — модуль идентификации абонента
SLIC Subscriber Line Interface Circuit — входное устройство интерфейса абонентской (аналоговой) линии
SMTP Simple Mail Transfer Protocol — протокол почтового обмена
SN Switch Node — узел коммутации
SNMP Simple Network Management Protocol — протокол сете- вого управления
525
SS7 Signalling System No. 7—система сигнализации OKC№ 7
STM-1 Synchronous Transport Module Level 1 — система син- хронной передачи уровня 1
ТА Terminal Adapter — терминал ьный адаптер
TCP Transfer (or transport) Control Protocol — протокол уп- равления передачей (протокол транспортного уров- ня 1Р-сети)
TDM Time Division Multiplexing — мультиплексирование с частотным разделением
TDMA Time Division Multiple Access — множественный доступ с временном разделением каналов
TELNET Протокол удаленного доступа
TFTP Trivial File Transfer Protocol — простой протокол пере- дачи файлов
TO Trunk Gateway — шлюз соединительных линий
TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity — временный идентификационный номер подвижного абонента
LAC User Agent Client — клиентская часть агента пользова- теля
LAS User Agent Server — серверная часть агента пользова- теля
UDP User Datagram Protocol — протокол дейтаграмм пользо- вателя
V5.2 Интерфейс абонентского доступа
VF Voice Frequency — частота в диапазоне речи
VLR Visitor Location Register — регистр перемещений по- движных абонентов
WAN Wide Area Network — глобальная сеть
xDSL Цифровая абонентская линия, организованная по х-технологии
Рекомендуемая литература
1. Волков В.М., Лебединский А. К., Павловский А. А, Юркин Ю.В. Автомати-
ческая телефонная связь на железнодорожном транспорте. — М.: Транспорт,
1996.-342 с.
2. Лебединский А.К, Павловский А А., Юркин Ю.В. Системы телефонной ком-
мутации: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта. — М.: Марш-
рут, 2003. — 496 с.
3. Гольдштейн Б. С. Сигнализация в сетях связи. Т. 1 (3-е изд.). — М.: Радио и
связь, 2001. — 448 с.
4. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа. Т. 2 (2-е изд.). — М.: Радио и
связь, 2001. — 292 с.
5. Гольдштейн Б. С., Пинчук А.В., Суховицкий А.Л. IP-телефония. — М.: Ра-
дио и связь, 2001. — 336 с.
6. Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. SOFTSWITCH. — СПб.: БХВ —
Санкт-Петербург, 2006. — 368 с.
7. Гольдштейн Б.С., ЗарубинАА., Саморезов В.В. Протокол SIP: Справочник. —
СПб.: БХВ - СПб, 2005. — 456 с.
8. Быков С.Ф., Журавлев В.И., Шалимов И.А. Цифровая телефония: Учеб,
пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 2003. — 144 с.
9. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей: Энциклопедия — СПб.:
Питер, 2000. — 704 с.
10. Олифер В.Г., Олифер НА. Компьютерные сети. Принципы, технологии,
протоколы. — СПб.: Питер, 2000. — 672 с.
11. Нейман В.И. Системы и сети передачи данных на железнодорожном
транспорте,— М.: Маршрут, 2005. — 470 с.
12. Ивченко Г.И., Каштанов В.А., Коваленко И.Н. Теория массового обслу-
живания. — М.: Высшая школа, 1982. — 256 с.
13. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения: Учеб,
пособие для вузов. — СПб.: ВНУ-Петербург, 2005. — 288 с.
14. Величко В.В., Субботин Е.А., Шувалов В.П., Ярославцев А. Ф. Телекомму-
никационные системы и сети. Т. 3. — Мультисервисные сети. Учеб, пособие —
М.: Горячая линия-Телеком, 2005. — 592 с.
527
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ............................................. 3
Глава 1. ОСНОВЫ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ.................... 10
1.1. Звуки речи и их свойства................. 10
1.2. Электроакустические преобразователи
и их основные характеристики........................ 16
1.3. Электроакустические преобразователи
для телефонных аппаратов............................. 22
1.4. Телефонные аппараты АТС................... 29
Глава 2. ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ.................. 49
2.1. Способы коммутации....................... 49
2.2. Коммутация каналов....................... 50
2.3. Коммутация пакетов....................... 56
2.4. Ввды и принцип построения
коммутационных станций и установления соединений.... 60
2.5. Построение коммутационных полей.......... 64
2.6. Способы искания в коммутационных полях... 67
Глава 3. ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ......................... 71
3.1. Принципы построения сетей с коммутацией каналов. 71
3.2. Виды сетей по назначению и территории действия.. 77
3.3. Системы межстанционной сигнализации
на аналоговых и цифро-аналоговых сетях связи........ 80
3.4. Принципы построения узкополосных цифровых сетей
связи с интеграцией услуг (ISDN).................. 99
3.5. Системы межстанционной сигнализации на цифровых
сетях ISDN 132
Глава 4. ПОСТРОЕНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ
С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ........................ 152
4.1. Основные понятия 1Р-телефонии
и технологии пакетной коммутации................... 152
4.2. Основы технологии TCP/IP и IP-сети. 155
4.3. Протокол IP........................ 165
4.4. Протоколы TCP и UDP................ 169
528
4.5. Основы построения сетей 1Р-телефонии....... 174
4.6. Принципы передачи речи в сети 1Р-телефонии. 180
4.7. Виды систем сигнализации в сетях IP-телефонии и сеть
IP-телефонии с протоколами Н.323............................ 189
4.8. Сеть IP-телефонии с протоколом S1P..........200
4.9. Сети IP-телефонии с протоколами MGCP
и MEGACO/H.248.............................................. 219
4.10. Качество передачи речи в IP-сети............221
4.11. Основы построения сетей NGN.................224
ГЛАВА 5. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ МОБИЛЬНОЙ
СОТОВОЙ СВЯЗИ....................................... 234
5.1. Принципы построения систем мобильной сотовой связи .. 234
5.2. Планирование сотовой сети........................237
5.3. Локальное управление.............................242
5.4. Хецдовер.........................................243
5.5. Роуминг..........................................243
5.6. Подсистемы сотовой сети..........................243
5.7. Физические и логические каналы...................252
5.8. Аутентификация абонента, идентификация MS
и закрытие информации........................................258
5.9. Сотовая система связи для железнодорожного
транспорта 260
ГЛАВА 6. ТЕОРИЯ ТЕЛЕТРАФИКА..................................262
6.1. Предмет и задачи теории телетрафика..............262
6.2. Математические модели............................264
6.3. Методы теории телетрафика........................286
6.4. Инженерные методы расчета систем с потерями......295
6.5. Методы расчета систем с ожиданием
и комбинированных систем.....................................301
6.6. Пропускная способность линий.....................306
6.7. Методы теории телетрафика в проектировании
сетей связи 308
Глава 7. ПОСТРОЕНИЕ ОБЩЕТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ ОбТС..................................310
7.1. Общие принципы построения сети ОбТС..............310
7.2. Местные сети ОбТС и взаимодействие с телефонной
сетью общего пользования.....................................312
7.3. Способы установления соединений, системы
обслуживания заявок и РМТС...................................317
7.4. Аналоговая сеть автоматической междугородной ОбТС ... 329
7.5. Магистральная и зоновые цифровые сети ОбТС..336
7.6. Сеть ОбТС с пакетной коммутацией.................341
529
Глава 8. СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ....................350
8.1. Основы построения систем с коммутацией каналов... 350
8.2. Электромеханические АТС....................353
8.3. Квазиэлектронные АТС.......................364
8.4. Основы построения цифровых коммутационных станций .. 367
8.5. Способы построения цифрового коммутационного поля .. 383
8.6. Способы построения управляющих устройств цифровых
коммутационных станций.......................................393
8.7. Программное обеспечение и базы данных цифровых
коммутационных станций.......................................400
8.8. Элементная база цифровых коммутационных станций .... 408
8.9. Технические характ еристики и состав оборудования
цифровых коммутационных станций д ля сетей ОбТС..............419
Глава 9. СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ....................485
9.1. Базовое оборудование сетей с коммутацией пакетов.485
9.2. Оконечное оборудование мультисервисных сетей.....488
9.3. Программные коммутаторы и шлюзы............492
9.4. Оборудование сети доступа.,................498
Глава 10. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
СИСТЕМ КОММУТАЦИИ............................. 500
10.1. Общие принципы технического обслуживания.......500
10.2. Техническое обслуживание
электромеханических АТС................................503
10.3. Техническое обслуживание программно
управляемых АТС........................................505
10.4. Система централизованного технического
обслуживания цифровых АТС............................. 508
Сокращения.............................................518
Рекомендуемая литература...............................527
Учебное издание
Лебединский Аркадий Константинович,
Павловский Алексей Александрович,
Юркин Юрий Викторович
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ
Учебник
Редактор Л. А. Кондратьева
Корректор Н.А. Торгашова
Технический редактор ТА. Овчинникова
Компьютерная верстка В. М. Данильченко
Подписано в печать 07.10.2008 г.
Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 33,25. Тираж 2400 экз. Заказ 3936.
ГОУ «Учебно-методический центр по образованию
на железнодорожном транспорте»
107078, Москва, Басманный пер., 6
Тел.: +7(495) 262-12-47,
E-mail: marketing@umczdt.ru
_______________________http://www.umczdt.ru_____________________
ООО «Издательский дом «Транспортная книга»
109202, Москва, Перовское шоссе, д. 9, стр. 1
Отпечатано в ОАО «Ивановская областная типография».
153008, г. Иваново, ул. Типографская, 6. E-mail: 091-018@rambler.ru