В даний час, в епоху інформаційного вибуху, засоби зв'язку набувають все більшого значення в нашому житті. Причому неэлектронные засоби зв'язку не витримують конкуренції з мережами електрозв'язку, або, як їх ще називають, інформаційними мережами (ІВ), головним чином-за неминучих тимчасових затримок і зростаючої вартості доставки інформації. Самі ІС також зазнають суттєвих змін внаслідок використання нової більш досконалою техніки, при цьому основною тенденцією їх розвитку є інтеграція обслуговування користувачів і спільне використання комунікаційних і обчислювальних ресурсів.
донедавна ІС були представлені в основному телефонними і телеграфними мережами, які давали можливість обміну розмовами і письмовими повідомленнями між людьми. Розробка та розвиток систем факсимільного і відеозв'язку додають до цієї можливості передачу документів, схем і відеозображень. Поява мереж передачі даних (СПД) дозволило вирішити завдання обміну інформацією між людиною та ЕОМ, а також між ЕОМ. Передача даних доповнюється такою формою обслуговування користувачів, як обробка і доступ до банків даних, наприклад, в інформаційно-обчислювальних систем (ІВС), автоматизованих системах керування (АСК) різних рівнів і т.д.
Поєднання всіх цих видів обслуговування в одній мережі, що отримала назву мережі інтегрального обслуговування (СВО), за оцінками провідних радянських і зарубіжних фахівців стає генеральною лінією розвитку інформаційних мереж в даний період і на більш пізній період. Все це свідчить про важливість інтенсивного розвитку нових засобів зв'язку для реалізації курсу на інтенсифікацію суспільного виробництва.
Історично з'явилися першими в області доставки інформації аналогові телефонні мережі з моменту свого виникнення в кінці минулого століття практично зазнали зміни тільки в елементній базі побудови (від ручного набору і релейних схем до сучасних електронних АТС). Лише порівняно недавно в телефонії стали використовуватися засоби обчислювальної техніки (мікропроцесори, міні та мікроеом). Але при цьому виникла перешкода для подальшого розвитку телефонних мереж, в основі яких лежить аналогова природа канальної апаратури і цифрова природа засобів обчислювальної техніки для управління ними. Слід враховувати також істотний розрив в якості і надійності забезпечуваних цими елементами телефонних мереж (сучасні цифрові засоби мають значно кращі показники).
Природним виходом зі становища є перехід до цифрової телефонії, де повністю використовуються, включаючи канальну апаратуру, дискретні (цифрові) елементи на мікроелектронної базі. Вихід здається простим: негайно перейти до реалізації цифрових телефонних мереж (ЦТС), що забезпечують ряд переваг у порівнянні з аналоговими телефонними мережами. Такий перехід зажадає великих капітальних витрат. Але не це головне. Не можна забувати, що більшість існуючих СПД базуються на телефонних мережах, використовуваних ними в якості первинних. При цьому в технологічному ланцюжку передачі даних по телефонних мереж неминуче є таке обладнання, як модеми (модулятори - демодулятори), які реалізують перехід від цифрових сигналів засобів обчислювальної техніки до аналогових сигналів коштів техніки зв'язку і назад.
На перший погляд можна запропонувати наступне рішення: побудувати ЦТС, витративши на це чималі кошти і час, і використовувати їх (виключивши модеми) для передачі даних. Але, на жаль, це практично неможливо з-за суттєвої відмінності вимог до пропускної здатності каналів з боку СПД і ЦТС. Причому має місце різниця в декілька порядків (від десятків кілобіт на секунду для телефонії до десятків мегабіт в секунду для передачі даних).
Таким чином, необхідно шукати інші, більш ефективні шляхи подальшого розвитку засобів забезпечення користувача інформаційними ресурсами з використанням останніх науково-технічних досягнень. Можливі альтернативи.
- Автономне створення нових ЦТС і паралельний розвиток СПД практично без використання (особливо на рівні магістральних КСв) коштів нових ЦТС.
- Побудова інтегрованих цифрових мереж, які забезпечують як доставку користувачам даних, так і мови (телефонного трафіку). Причому за основу технології доставки береться СПД, а телефонний трафік виступає в ролі додаткового навантаження на мережу.
- Подальша інтеграція інформаційного сервісу користувача, яка є основою прогресу в області систем інформатики, а саме спільна доставка в єдиній цифровій формі даних, мови, телевізійних сигналів, факсимільних зображень та іншої інформації. Найбільш ефективно саме цю проблему і повинні вирішити СВО
Але необхідно пам'ятати, що хоча мережі і створюються для задоволення вимог користувачів інформаційних ресурсах, існують різні архітектурні та технологічні труднощі інтеграції сервісу. Коротко зупинимося на можливості та перспективи їх вирішення. В першу чергу, якщо взяти за основу доставку даних як найбільш споживаного зараз і в найближчому майбутньому продукту інформаційної індустрії, що базується на ЕОМ, а потім телефонію та інші види інформаційного сервісу, то як основний системної концепції виступає архітектура відкритих систем (AIO), розроблена і прийнята Міжнародною організацією по стандартизації.
Виходячи з перерахованих тенденцій розвитку засобів обчислювальної техніки і техніки зв'язку і еволюції їх елементної бази, побудова СВО чинності складності розв'язуваних при цьому проблем і значущості капітальних витрат пропонується здійснити в кілька етапів (мал. 2.1).
Етап 1 характеризується переходом до цифрових методів передачі та комутації, тобто будується так звана інтегральна цифрова мережа IDN (Integrated Digital Network) при аналогових абонентських ліній і аналогових телефонів. На цьому етапі зберігаються відокремлені СПД з комутацією каналів і комутацією пакетів.
На етапі 2 розвитку створюється власне цифрова мережа інтегрального обслуговування ISDN (Integrated Services Digital Network), яка об'єднує телефонну мережу і СПД з використанням цифрових телефонних каналів. На цьому етапі забезпечується передача мови в цифровій формі за абонентським сполучних ліній.
Етап 3 власне означає перехід до другого покоління СІО, так званих широкосмугових мереж інтегрального обслуговування BSN (Broadband Services Network), що відрізняються від інтегральних мереж першого покоління можливістю організації широкосмугових цифрових каналів для передачі телевізійних програм, високошвидкісної передачі файлів, організації відеоконференцій і т. п.
Яскраво виражене перевага одного класу користувачів, а відповідно і трафіку, над іншими має місце на етапі 2 розвитку СІО, коли клас телефонних користувачів створює основне навантаження в ISDN. Однак статистичні дослідження і прогнози розвитку передбачають неухильне зростання обсягу «немовного» трафіку і зменшення частки «мовного» трафіку в загальній навантаженні мережі.
Сучасний стан цифровий електрозв'язку в нашій країні можна охарактеризувати як перебування на етапі 1 і проведення науково-дослідницьких і дослідно-конструкторських розробок для реалізації етапу 2. Це ще раз підкреслює актуальність розгляду питань, що належать до етапу 2, при системному обліку еволюції СІО на етапі 3.
Дамо визначення СВО як об'єкта керування (ОУ). Необхідно підкреслити, що мережі інтегрального обслуговування не можна прямо віднести до таких відомих класів мереж, як ІТТ. Всі перераховані мережі покликані реалізувати обслуговування користувачів тільки в області доставки даних (з автоматизованих банків даних, результатів рішення задач на ЕОМ і т. д.), оброблених з допомогою обчислювальних ресурсів, територіально віддалених користувачів.
Рисунок 2.1 - Етапи побудови СВО
Користувачами перерахованих мереж є як різні організації, так і окремі фахівці, зайняті вирішенням своїх прикладних задач і потребують інформаційне обслуговування, при автоматизації на різних рівнях: в системах автоматизації експериментальних досліджень (САЭИ, системи автоматизації проектування (САПР), АСУ підприємствами та технологічними процесами (АСУП і АСУТП) та інших системах колективного користування.
У якості інформаційних ресурсів, якими забезпечуються користувачі ІТТ чи СПД, розглядаються тільки дані. Природно, що перелічені та інші користувачі потребують і доставці більш широкого кола інформаційних ресурсів: мовної інформації, текстів, зображень і т. д., для чого зараз використовуються відповідні мережі, які або повністю автономні від ІТТ і СПД, або пов'язані з ними тільки на рівні спільного використання (поділу) фізичних засобів доставки інформації (каналів зв'язку).
За визначенням МККТТ під СІО, т. е. ISDN, розуміється така мережа зв'язку, в якій одні і ті ж пристрої цифрової комутації та цифрові тракти передачі використовуються для встановлення з ’ єднань більше, ніж одного виду зв'язку, наприклад телефонії, передачі даних та ін. Отже, СІО можна визначити як базову мережу обміну інтегральної цифровою інформацією; як інформаційну мережу, тобто сукупність системи передачі і розподілу інтегральної цифрової інформації та системи управління; як комунікаційну підмережа універсальної ІТТ.
Таким чином, під СВО будемо розуміти сукупність архітектурно-технологічних методів і апаратно-програмних засобів доставки інформації територіально віддалених користувачів, що дозволяє на єдиної цифровий основі забезпечити різні види послуг (обмін оперативними, діалоговими даними та файлами ЕОМ, промовою, телевізійної та факсимільного інформацією і т. п.) при забезпеченні вимог користувачів своєчасності і якості добавки цієї інтегральної інформації. Це визначення СВО є узагальнюючим і не суперечить визначенню МККТТ.
Інтеграція різних видів інформаційного обслуговування в рамках однієї мережі ставить при побудові СВО ряд проблем, основним з яких можна віднести: перехід від аналогового до цифрового техніки зв'язку; стандартизацію та уніфікацію доступу до СВО; управління СВО; планування розвитку СІО, включаючи питання розширення, що обслуговуються територій, розширення складу користувачів, розповсюдження обслуговування на рухомі об'єкти і т. д. Рішення проблеми переходу від аналогового до цифрового техніки зв'язку робить можливою інтеграцію різних видів обслуговування в одній мережі. Цифрова техніка доставки інформації має ряд переваг:
- Прогрес в технології виробництва БІС зменшує вартість цифрового обладнання, на порядок знижує інтенсивність відмов його елементів. В даний час надійно працюють цифрові схеми з сотнями тисяч елементів при загальному часу простою кілька годин за 20 років експлуатації. Сучасна техніка дозволяє сформувати на кристалі площею в кілька мм2 більше 10 тис. елементів при дуже невеликій витраті матеріалів і електроенергії.
- Цифрові методи передачі сигналів дозволяють збільшити пропускну здатність КСв. В даний час доступні такі широкосмугові передавальні середовища, як оптичні волокна і хвилеводи міліметрових хвиль. Однак для повної реалізації пропускної здатності таких середовищ потрібно перешкодостійкість, властива цифрової техніки. Низька ефективність використання абонентських ліній може бути підвищена шляхом цифрового ущільнення. Дані з різними швидкостями передачі набагато ефективніше можуть передаватися за допомогою цифрової техніки передачі, ніж на базі аналогової. Цифровими методами в єдиному потоці можуть передаватися мова, дані і сигнали зображень для користувачів, а також сигнали управління та контролю процесів встановлення з ’ єднань в мережі.
- Цифрові методи забезпечують можливість складної обробки сигналів. Кодування аналогових сигналів дає можливість реалізувати їх цифрову обробку й істотно знизити надмірність, а використання недорогих мікропроцесорів і мікроеом забезпечує можливість більш складної їх обробки. Цифрова інформація може оперативно накопичуватися без спотворень в цифровий пам'яті, яка зараз стає все більш дешевої і дозволяє більш ефективно використовувати обладнання мережі і забезпечити такі переваги, як регенерацію сигналів і зміна швидкості передачі. Нарешті, цифрові методи забезпечують найкращі умови взаємодії з ЕОМ і терміналами користувачів.
Таким чином, перехід від аналогових методів передачі до цифрових створює передумови для інтеграції функцій передачі, обробки і комутації різнорідної інформації в одній мережі, тобто є основою для побудови СІО. Тому, ставши на шлях створення СІО, необхідно форсувати переоснащення первинної мережі цифровою технікою передачі і комутації. Ця позиція у світовій практиці визнана єдино доцільною.
Досягнення в області цифрових засобів зв'язку сприяють розвитку у Франції мереж типу ISDN. У цій сфері Франція виявилася серед лідерів, створивши експериментальну мережа TRANSFIX, що працює зі швидкостями передачі інформації 40-2048 Кбіт/с. Зараз створюються мережі з комутованими послугами користувачам TRANSCOM (основна швидкість передачі 64 Кбіт/с) і TRANSDYN (1920 Кбіт/с). Перераховані мережі вже не є експериментальними і мають комерційний характер, задовольняючи користувачів з доставки інформації в будь-якій частині країни. На відміну від Великобританії, де першими користувачами ISDN є великі підприємства, розташовані в районах з великою щільністю населення і високою діловою активністю, у Франції розвиток таких мереж починається з абонентського рівня.
В даний час ФРН близька до реалізації ISDN, яка розроблена фірмою «Сіменс» (Siemens, ФРН). Ця інтегральна цифрова мережа забезпечує високоякісний цифровий телефонний зв'язок, передачу текстової інформації та факсимільних зображень. Разом з фірмою «Сіменс» розробкою ISDN та її елементів займається також фірма SEL - філія концерну ITT (США). У перспективі передбачається інтеграція з телефонії, передачі текстів, факсимільного зв'язку, передачі даних, передачі рухомих зображень і радіомовлення з використанням оптоволоконного кабелю при швидкості передачі цифрової інформації 140 Мбіт/с.
Промислові кола Японії прагнуть зайняти лідируюче становище у світі в області нової інформаційної технології на базі коштів мікроелектроніки, цифрової техніки зв'язку, апаратури оптоволоконної передачі і обробки інформації.
В Японії широко розгорнуті роботи зі створення цифрової мережі типу ISDN, званої INS (Information Network System). До реалізації цієї мережі залучені провідні фірми, що працюють у цих областях.
У перспективі будуть широко впроваджуватися широкосмугові ISDN другого покоління, тобто. BSN зі швидкістю передачі інформації по одному каналу 140 Кбіт/с, що забезпечують реалізацію всіх відомих на сьогодні і перспективних послуг користувачам.
Вже перші етапи реалізації ISDN в цих країнах дозволяють зробити наступні висновки:
- мережа типу ISDN повинна створюватися паралельно з існуючими аналоговими та цифровими (неинтегральными) мережами і мати можливість сполучення з ними;
- абоненти мережі типу ISDN повинні мати універсальний термінальний апарат для можливості отримання всіх послуг мережі, що призведе до істотної перебудови виробництва термінальній апаратури;
- впровадження ISDN в значній мірі автоматизує працю управлінського персоналу, розробників і дизайнерів новітніх складних систем, тобто дозволить інтенсифікувати працю саме в тих напрямах, які визначають прогрес у розвинених країнах.
Всі промислово розвинені країни вже почали випробування фрагментів (ділянок) мереж типу ISDN, що реалізують різні підходи до їх побудови. Велику участь у дослідженнях цифрових мереж в Західній Європі (ФРН, Бельгії, Італії) приймає концерн ITT (США), особливо в пробної експлуатації у ФРН широкосмугової мережі BIGFON з інтеграцією послуг.
Країни Загального ринку здійснюють програму RACE, за створення мережі зв'язку з волоконними лініями зв'язку. Передбачається створити інтегровану широкосмугову мережу зв'язку IBC (Integrated Broadband Communications) колективного користування. Мережа IBC охоплює всі існуючі мережеві структури, такі, як комутовані телефонні мережі загального користування, ISDN, системи кабельного телебачення, відеотелефон, конференц зв'язок і т.д. Наголос робиться на повністю цифрову техніку комутації та використання волоконної оптики. RACE-програма передбачає розробку еталонної моделі мережевої архітектури IBC. У Росії також активно ведуться роботи зі створення цифрових телефонних мереж і експериментальних ділянок СІО.
Наступна проблема, пов'язана з побудовою СІО, - це стандартизація і уніфікація доступу до таких мереж. Саме ідея стандартної і чітко визначеної структури обмінюємося інформацією і процедур взаємодії користувачів незалежно від їх типу, географічної віддаленості або області застосування спільно з цифровими методами передачі і комутації надає революційну роль у розвитку ІС. Дана ідея отримала своє оформлення у вигляді системи протоколів обміну інформацією (протоколів доступу до мережі), які мають багаторівневу структуру.
Протоколи обміну інформацією останнім часом стають основним «кріпильним матеріалом» для побудови розподілених систем обміну та обробки цифрової інформації. Такі протоколи особливо важливі при розгляді загальної архітектури мережі, тобто всієї сукупності зв'язків технічних і програмних елементів. В даний час розробка стандартних протоколів доступу до мережі інтегрального обслуговування ведеться під керівництвом МККТТ, однак точна структура таких протоколів ще не визначилася. Основні принципи їх формування полягають в наступному: інтерфейс між абонентом (користувачем) і СВО передбачає поєднання абонентської лінії двох режимів передачі - комутації каналів (КК) і комутації пакетів (КП); у режимі КК абонентської лінії може бути організований один або кілька каналів передачі мови або даних зі швидкістю 128 Кбіт/с, і, можливо, додаткові канали з меншою швидкістю; для передачі службової інформації та низьких даних передбачається використання режиму КП або комутації повідомлень (КС) при швидкості передачі відповідно 16 або 8 Кбіт/с.
Обмін різнорідної інформації в рамках СВО і використання для цього декількох режимів комутації (КК і КП) ускладнює проблему управління такий мережею.
Інтенсивний розвиток систем - користувачів СІО, таких як АСУ різних рівнів; підвищення вимог до якості доставки інформації і ряд інших факторів роблять нереальним отримання апріорної інформації про вхідні потоки, на якій міг би базуватися процес розробки мережі. Тому єдиним раціональним шляхом досягнення високої ефективності СВО в цих умовах стає побудова деякої квазіоптимальної мережі, яка за рахунок наявності надлишкових ресурсів могла б адаптуватися до конкретних умов, які мають місце в процесі її експлуатації. Таким чином, основна роль у досягненні високої ефективності СВО належить адаптивної системи управління (СУ).
Специфіка СРЮ як об'єкта керування, тобто вже згадана територіальна розгалуженість мережі, що приводить до істотних запаздываниям в отриманні службової інформації і, як наслідок, до практичної разімкненості зворотного зв'язку в СУ; дискретність; різномасштабність; стохастичность що протікають в ній процесів; багаторівнева ієрархічна структура мережі та інші фактори не дозволяють використовувати ті методи, які розроблені в класичній ТАУ. Тому потрібна розробка нових методів і засобів дослідження їх ефективності.
До найбільш важливих завдань, розв'язуваних СУ і в значній мірі визначає ефективність інформаційного обміну, ставляться завдання управління комутацією, маршрутизацією, обмеженням потоків. Ці завдання, як і інші, не можуть бути вирішені без урахування концепції AIO, запропонованої Міжнародною організацією по стандартизації [20, 36, 147]. Її основу становить семиуровневая ЭМВОС, тобто модель взаємодії процесів обміну інформацією в мережі, що включає нижні чотири рівня (фізичний, канальний, мережний, транспортний), що визначають так звану транспортну мережу, і верхні три рівня процесів (сеансовий, представницький, прикладної).
Перераховані раніше завдання управління відносяться до рівня транспортної мережі. Прикладом завдань, розв'язуваних на верхньому (прикладному рівні управління, є завдання планування розвитку мережі, яка в силу її складності і масштабності прийнятих рішень виділена як окрема проблема побудови СІО.
При цьому необхідно враховувати, що, хоча концепція ЭМВОС і відповідні їй міжнародні рекомендації, представлені у вигляді протоколів, розроблялися виходячи з досить загальних передумов, не можна розглядати їх як єдине універсальний засіб для всіх без виключення випадків побудови розподілених ІС. Наявність таких рекомендацій, звичайно, знижує трудомісткість проектування і налагодження засобів керування мережами, а також служить архітектурної основою і гарантує можливість їх стиковки з іншими мережами і системами, розроблених з урахуванням цих стандартів. Але треба враховувати, що ці рекомендації побічно сприяють формуванню консервативного підходу до побудови принципово нових мереж (включаючи, звичайно, і СВО), так як породжують небезпека створення ілюзії зайвого універсалізму і сковують прагнення до вдосконалення раніше знайдених рішень.
Якщо концепція ЭМВОС відображає архітектурну основу побудови СІО, то технологічною базою створення таких мереж є мікропроцесори як у вигляді спеціалізованих мікропроцесорних наборів, розроблених спеціально для вирішення мережевих завдань управління, так і у складі універсальних мікро-і міні-ЕОМ, що серійно випускаються промисловістю, які встановлюються в центрах управління (вузли комутації) СІО. Проведені дослідження і опрацювання окремих рішень в області побудови апаратно-програмних засобів цифрових мереж говорять про ефективність використання мікропроцесорних засобів для реалізації СУ. Роботи з відпрацювання питань структурної і схемного реалізації елементів СІО на базі мікропроцесорної також свідчать про необхідність і ефективність такого підходу при практичній реалізації створюються СІО.
Останньою серед перерахованих є проблема розвитку СІО, рішення якої дозволяє визначити найбільш ефективний шлях еволюції мережі. У загальної проблеми планування розвитку, що виникає при побудові та експлуатації СІО, можна виділити ряд завдань, що вимагають взаємного узгодження і спільних оптимізаційних рішень.
Перша з цих завдань - проведення аналізу потреб користувачів послуги зв'язку, для задоволення яких створюється мережа. Такий аналіз включає визначення очікуваних обсягів інформаційних потоків, розподіл їх у просторі і часі. Тут планування полягає в уточненні видів та обсягів традиційних і нових послуг зв'язку, вибір правильних співвідношень між обсягами і характером розподілу потоків, створених цими послугами. До прогнозування послуг поряд із зв'язківцями повинні бути залучені фахівці в області економіки, соціології, сфери обслуговування та інші.
Друге завдання планування розвитку - оптимізація структури СВО і розподілу в ній інформаційних потоків. Наявні алгоритми, що дозволяють за допомогою ЕОМ вирішувати цю задачу для існуючих телефонних мереж або СПД, повинні бути модернізовані з урахуванням специфіки СІО. При оптимізації структури СВО також слід враховувати нові можливості, які створюються в результаті прогресу техніки зв'язку (оптичні кабельні лінії, супутники зв'язку, електронна комутація і т. п.).
Третя завдання, що виникає вже на етапі експлуатації СІО,- це експериментальне дослідження таких систем. Експериментальні дослідження мережі внаслідок її розподілення виконуються службою сетиметрии СВО з використанням власних ресурсів (тобто ресурсів досліджуваної мережі), у зв'язку з чим необхідно опрацювати питання планування експерименту, організації збору і обробки експериментальної інформації, зберігання цієї інформації і т. п.
Таким чином, на підставі розглянутих проблем побудови СВО необхідно підкреслити наступне.
Електрозв'язок є однією з найбільш динамічних галузей світової економіки, що пов'язано зі зростаючими потребами в засобах доставки інформації різних видів. Середній темп розвитку мереж електрозв'язку у світі стійко перевищує темп зростання валового національного продукту в економічно розвинених країнах в 1,5-1,8 разів.
В даний час в усьому світі йде процес переозброєння мереж електрозв'язку на основі досягнень мікроелектроніки, обчислювальної техніки, технології виготовлення высокопрозрачных матеріалів та ін. Найважливішими напрямками переозброєння мереж і техніки електрозв'язку є цифрові системи передачі інформації, електронні і электронно-оптичні системи комутації та системи волоконнооптичної і супутникового зв'язку.
Поряд з традиційними видами електрозв'язку (телефонія, телеграфия, передача радіомовних і телевізійних програм) з'явилися такі нові види зв'язку, передачі даних, факсимільний зв'язок, відеотекст, телетекст, конференцзв та ін. Найбільш перспективним рішенням проблеми задоволення зростаючих потреб користувачів в інформаційному обслуговуванні є реалізація концепції цифрових мереж інтегрального обслуговування.
