К современным телекоммуникационным сетям предъявляются два основных требования:
• интеграция - возможность передачи в сети данных разных типов (неоднородного трафика), предъявляющих разные требования к качеству передачи;
• высокие скорости передачи за счет использования широкополосных каналов связи (построения широкополосных сетей передачи данных).
В зависимости от назначения в структуре современных телекоммуникационных сетей выделяют несколько уровней иерархии (рис.2.58):
• абонентские сети (А),представляющие собой домашние, офисные и корпоративные сети на основе LAN или WAN;
• сети доступа(Д), объединяющие потоки от нескольких абонентских сетей в единый поток, направляемый в магистральную сеть;
• магистральная сеть (М),представляющая собой высокоскоростную широкополосную сеть на основе первичных транспортных сетей (волоконно-оптических, спутниковых и т.д.).
Сети доступамогут быть построены на основе:
• коммутируемых каналов - традиционные аналоговые телефонные сети (ТфОП) и цифровые сети ISDN;
• выделенных каналов - от аналоговых каналов ТЧ с полосой пропускания 3,1 кГц до цифровых каналов SDH с пропускной способностью десятки Гбит/с;
• коммутации пакетов - технологии Х25, Frame Relay, ATM, а также TCP/IP (Internet).
Магистральные сетистроятся обычно на основе выделенных цифровых каналов с пропускными способностями до десятков Гбит/с.
Сети доступа и магистральные сети образуют транспортную (опорную) систему, назначение которой быстрая и надежная доставка данных.
Транспортные системы на основе выделенных каналов можно разбить на 2 класса: цифровые (цикловые) и аналоговые (нецикловые).
Аналоговые транспортные системы реализуются в основном на основе существующих телефонных каналов
Цифровые транспортные системы могут быть реализованы на основе следующих технологий:
• плезиохронные (PDH);
• синхронные (SDH);
• асинхронные (ATM).
Телефонная сеть объединяет телефонные станции разных уровней -сельские, городские, междугородние и т.д.
АТС - автоматическая телефонная станция, основной функцией которой является коммутация потока речевых (телефонных) данных. В общем случае, АТС можно рассматривать как пространственный коммутатор.
В процессе эволюции АТС прошли путь от электромеханических станций до современных станций с программным управлением (рис.2.59).
Электромеханические АТСпредставлены двумя типами станций. 1. Декадно-шагоеые А ТС,в которых в качестве коммутационного
элемента используется декадно- шаговый искатель - электромеханичес кое устройство, представляющее собой набор из 10 контактов, которые замыкаются бегунком в зависимости от поданного числа электрических импульсов, формируя электрическую цепь (рис.2.60). При подаче одного импульса бегунок замыкает контакт 1, двух - контакт 2, ..., десяти импульсов - контакт 0. Наличие подвижных электромеханических контактов
обусловливает появление значительных помех, что существенно осложняет передачу цифровых данных и не позволяет достичь сколь-нибудь приемлемой скорости передачи.
2. Координатные АТС, в которых в качестве коммутационных устройств используются многократные координатные соединители (МКС), представляющие собой приборы релейного действия, имеющие по сравнению с декадно-шаговыми искателями более простое устройство, что позволяет удешевить эксплуатационное обслуживание коммутационного оборудования и обеспечить более высокое качество коммутации разговорного тракта.
АТС с программным управлениемтакже представлены двумя типами станций.
1. Квазиэлектронные АТС, в которых коммутационное устройство реализовано на основе герконов, а управление коммутационным устройством - средствами микропроцессорной техники. Герконы(сокращение от «герметичный контакт») представляют собой пару
ферромагнитных контактов,
запаянных в герметичную стеклянную колбу (рис.2.61,а), которые вместе с электромагнитной катушкой образуют герконовое реле. При прохождении тока через электромагнитную катушку контакты замыкаются, формируя электрическую цепь для передачи данных (рис.2.61,6).
2. Цифровые (электронные) АТС, в которых коммутация и управление полностью цифровые. Аналоговый сигнал оцифровывается в абонентском комплекте и передаётся внутри АТС и между АТС в цифровом виде, что гарантирует отсутствие затухания и уменьшает влияние помех на передаваемые данные. Это обеспечивает качественную передачу данных с максимально возможной скоростью.
Упрощённо структуру электронной АТС можно представить в виде четырёх основных блоков (рис.2.62).
1. БАЛ - блок абонентских линий (АЛ), реализующий функции обслуживания абонентов, в качестве которых могут выступать:
• обычные аналоговые телефоны, передающие к АТС данные в виде непрерывных сигналов по аналоговым АЛ;
• компьютеры, дискретные сигналы от которых преобразуются с помощью модемов в непрерывные, передаваемые по аналоговым АЛ;
• цифровое оборудование (компьютеры, принтеры и т.п.), дискретные сигналы от которых передаются к АТС по цифровым АЛ.
Аналоговые сигналы, поступающие от абонентов с использованием ИКМ преобразуются в АТС в цифрой вид.
Уровень нагрузки в телефонии принято измерять в Эрлангах (Эрл.). Единица измерения нагрузки получила название в честь основоположника методов расчёта телефонной нагрузки.
Нагрузка на одну АЛ принимается равной 0,1-0,2 Эрл.
2. БСЛ - блок соединительных линий (СЛ), обеспечивающих связь с другими АТС. При связи с другой цифровой АТС сигналы по СЛ передаются в цифровом виде. Если же соседняя АТС является аналоговой, то цифровые сигналы преобразуются в аналоговый вид.
При расчёте необходимого количества СЛ нагрузка на одну СЛ принимается равно 0,8 Эрл.
3. КП - коммутационное поле может быть реализовано либо в виде некоторого электронного коммутатора, либо в виде «речевого запоминающего устройства» (РЗУ). В последнем случае речь, представленная в цифровом виде сначала записывается в РЗУ, а затем передаётся в соответствующую АЛ к абоненту-получателю или в СЛ к другой АТС.
4. ЦУУ - цифровое управляющее устройство предназначено для управления оборудованием АТС (БАЛ, БСЛ, КП), потоками данных в станции и всей АТС в целом.
Современные цифровые АТС строятся в соответствии с принципом коммутации пакетов и реализуют передачу данных на основе протокола IP. Таким образом, современная АТС представляет собой фактически большой специализированный компьютер, реализующий функции коммутатора, который может входить в состав цифровой сети передачи данных. При этом через АТС могут передаваться не только речевые (телефонные) данные, но и компьютерные данные, а также аудио и видео.
В зависимости от времени существования телефонные каналы могут быть двух типов:
• коммутируемые или временные, создаваемые только на время передачи данных;
• выделенные или постоянные, создаваемые на длительный промежуток времени и существующие не зависимо от того, передаются данные или нет.
В случае коммутируемых телефонных каналов подключение абонентов к АТС или сети может выполняться путём набора номера одним из двух способов:
• импульсный (декадный)способ, при котором набор цифры номера приводи к формированию импульсов с частотой 10 Гц: длительность импульса 50 мс и длительность паузы 50 мс, причём количество импульсов равно значению цифры (цифре «0» соответствует 10 импульсов);
• тоновый (частотный)способ, при котором набор абонентом номера приводит к формированию сигналов с частотой 10 Гц, причём каждой цифре соответствует сигнал определённой частоты; для повышения надёжности распознавания для каждого сигнала (для каждой цифры) используются 2 частоты - из нижней и верхней группы частот, значения которых подобраны определенным образом (рис.2.63).
Благодаря широкому распространению телефонных сетей связи, они находят массовое применение в качестве средств доступа к ресурсам цифровых сетей и для выхода в Интернет. При этом передача компьютерных данных может выполняться:
• по аналоговым АЛ;
• по цифровым АЛ.
Передача цифровых данных по аналоговым АЛ реализуется на частотах разговорного канала с применением модемов, причем максимальная скорость передачи - 56 кбит/с достигается только в том случае, если на пути передачи данных все АТС - цифровые.
Цифровая АЛ может обеспечить гораздо большие скорости передачи и с меньшей стоимостью, чем при связи в полосе тональных частот.
К преимуществам цифровых АЛ перед аналоговыми относятся:
• легкость мультиплексирования нескольких разговорных каналов по принципу временного уплотнения;
• простота кодирования;
• новые возможности абонентской сигнализации. Недостатками цифровой передачи являются:
• искажения при преобразовании речевых сигналов в цифровой вид;
