6.5. Бета, Сигма, Омега, Кразар и другие
Если разработка цифровых АТС, уже описанных в этой главе, начиналась еще под эгидой Минсвязи СССР, то рассматриваемые в этом параграфе отечественные станции создавались в другое время и в другой стране, с гораздо меньшими сроками разработки и численностью разработчиков, с начальной ориентацией на меньшие диапазоны емкостей и на более скромные функциональные возможности. Для многих из них, по неизвестной автору причине, в качестве названий выбирались буквы греческого алфавита.
О каких-либо отечественных АТС с именем АЛЬФА автору ничего неизвестно, а вот на станции БЕТА разным производителям в России и в Беларуси выдано более десяти сертификатов. Эта цифровая коммутационная станция была разработана в бывшем НПО Красная заря» и появилась на российском рынке во второй половине 90-х годов. Архитектура БЕТА, как, впрочем, и всех других рассматриваемых здесь станций, представляет собой комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих автоматическую коммутацию абонентских и соединительных линий, а также функции технической эксплуатации. В конфигурации БЕТА имеются следующие функциональные блоки: модуль группового оборудования МГО, модуль коммутационного поля МКП, модуль технического обслуживания МТО, модуль абонентских линий МАЛ, модуль цифровых абонентских линий МЦАЛ, модуль цифровых соединительных линий МЦСЛ, модуль аналоговых соединительных линий МАСЛ, модуль радиоканалов МРК. Перечень модулей и их количество зависят от назначения и емкости АТС. В модификациях АТС малой емкости используется однокаскадное не дублированное коммутационное поле. В станциях большой емкости поле является двухкаскадным, с дублирующими плоскостями для обеспечения заданных требований к надежности.
Цифровая АТС СИГМА-СПб появилась в тех же стенах (бывшее НПО «Красная заря») и в то же время (первая половина 90-х годов), что и БЕТА. Функциональные возможности и области применения этих станций весьма близки. Обе они поддерживают протоколы сигнализации ВСС РФ, которые рассматриваются в следующей главе, включая 2ВСК, 1ВСК («норка» и индуктивный код), ОКСО, DSS1 и др. Модули станции образуют сетевую архитектуру типа «звезда», роль ядра которой выполняет модуль цифровой коммутации МЦК. Основные функции МЦК — коммутация служебных сообщений между периферийными модулями и коммутация каналов при предоставлении услуг связи. Периферийные модули образуют порты для подключения абонентских и соединительных линий разных типов. Связь периферийных модулей с МЦК обеспечивается через унифицированный межмодульный интерфейс, основанный на стандартных ИКМ-каналах. В зависимости от требуемой пропускной способности тракта связи с МЦК, периферийным модулям может быть выделено необходимое количество каналов 64 Кбит/с. Взаимодействие модуля с МЦК происходит с помощью сетевой операционной системы через специально выделяемые для этой цели временные интервалы ИКМ-трактов с использованием стандартного протокола HDLC на скорости 64 Кбит/с. Таким образом, для внутрисистемной сигнализации служат те же каналы, по которым передается информация пользователей.
Цифровая коммутационная станция ОМЕГА была разработана в то же время, но, в отличие от двух рассмотренных выше платформ, не в Санкт-Петербурге, а в Москве. Она имеет вложенную трехуровневую архитектуру, представленную на рис. 6.21. Нижний уровень предназначен для коммутации абонентской нагрузки, а также для обеспечения межстанционных и межсетевых соединений всех типов. Средний уровень предназначен для создания коммутационных полей большой емкости, а верхний уровень — для предоставления новых телекоммуникационных услуг.
Разработанная все в том же петербургском центре «Красная Заря», цифровая станция КВАЗАР пришла в 1998 году на смену производившимся там станциям БЕТА. Эта городская АТС имеет в своем составе устройства пяти типов: устройство коммутации УК; устройство соединительных линий СЛ-1200; устройство доступа к аналоговой сети УДАС; административный модуль АМ и пульт оператора ПО. Упрощенная структура АТС КРАЗАР и взаимодействие входящих в нее устройств представлены на рис. 6.22.
Что же касается станций БЕТА, то они продолжают выпускаться в Минске, а разработавший их опытный коллектив под руководством Ю.Б.Шура успел за это время создать еще и учрежденческие станции ЛАЗУРИТ и ОНИКС, которые вписались в семейство телефонных станций МУЛЬТИКОМ, МТА, КОНТУР, ЭЛКОМ, СЕЛЕНА, разработанных другими инженерными коллективами Санкт-Петербурга. Номенклатуру АТС отечественной разработки дополняют: электронный вариант упоминавшейся в начале главы станции КВАНТ, который, благодаря усилиям В.О. Могло и его коллег, энергично внедряют центры в Риге, Москве, Санкт-Петербурге и Белгороде; учрежденческая станция DX-500, разработанная под руководством А.Н. Колесникова московской компанией «Информ - техника» и успешно теснящая импортные системы в ведомственных телефонных сетях; создаваемая рядом со станциями ОМЕГА новая коммутационная платформа АТМАН, а также станции АСТРА из Москвы, АЛСИТЕК из Саратова, КАЛИНКА из Уфы, ТОС-120 из Борисоглебская, ПРОТОН из Таганрога и др.
Объем учебника не позволяет рассмотреть технические характеристики всех этих станций, но творческие инженерные находки имеются в каждой из них, а география разработок не может не впечатлять.
6.6. Развитие отечественных коммутационных платформ
Все рассмотренные в этой главе цифровые АТС, благодаря программному управлению и многопротокольной архитектуре, могут эволюционно развиваться в направлении к мульти сервисным сетям следующего поколения, которые позволят предоставлять с должным качеством разнообразные инфокоммуникационные услуги на основе стандартов традиционной (ITU-Т и ETSI), компьютерной (ECTF) и IP-телефонии (IETF). Именно такие коммутационные платформы понадобятся операторам ТФОП в ближайшее время для того, чтобы не только выжить самим и удержать абонентов, но и повысить свою конкурентоспособность за счет оборудования, сочетающего высокую производительность с экономичностью и гибкостью предоставления услуг. Разумеется, в силу ограниченности ресурсов, специфики тех или иных, уже занятых ниш телекоммуникационного рынка и других экономических причин, далеко не все упомянутые выше станции смогут эволюционировать столь широким фронтом. Потребуются и инвестиции, и слияние компаний-производителей, столь часто наблюдаемое за рубежом, но пока отсутствующее на российском телекоммуникационном рынке, и многое другое из того, что рассматривается в учебных курсах, посвященных экономическим аспектам телекоммуникации.
Мы же отметим здесь четыре стратегических направления дальнейшей эволюции современных коммутационных платформ (рис. 6.23).
С позиций сети с коммутацией каналов, представленная на рис.6.23 структура переходного периода обеспечивает возможность интегрироваться в пакетные сети путем оснащения телефонных узлов и станций интерфейсными модулями, поддерживающими пакетные интерфейсы с протоколом IP или режим асинхронного переноса информации АТМ, сохранив при этом все интерфейсы современной ТФОП: интерфейс V5 для взаимодействия с оборудованием проводного и беспроводного доступа, цифровую систему абонентской сигнализации №1 (DSS1) для подключения учрежденческих АТС, сигнализацию QSIG для непосредственного взаимодействия с корпоративными сетями, стек протоколов ОКСО (включая INAP для связи с SCP интеллектуальной сети, о чем речь пойдет в главе 11), протокол Х.25 для поддержки функций СОРМ и, наконец, модуль IPU (ISP POP UTIT) для взаимодействия с пакетными сетями. Преимущества такого подхода, дающего возможность использовать уже установленное коммутационное оборудование и интегрировать его в пакетные сети, очевидны.
Проектная прагматика показывает, что именно подход, представленный на рис. 6.23, лучше всего подходит операторам ТФОП для строительства моста между традиционной телефонией и мульти сервисными сетями NGN. Но он же подойдет и новым альтернативным операторам, которые не отягощены грузом прошлого и имеют возможность разворачивать сеть пакетной передачи речи и данных в отсутствии электромеханического наследия и других исторически сложившихся ограничивающих факторов. Они смогут непосредственно использовать изображенную в правой части коммутационной плоскости пакетную сетевую платформу и мульти сервисные абонентские концентраторы МАК, минимизировать тем самым начальные инвестиции и сразу же получить хорошее соотношение рабочих характеристик и пропускной способности с ценой.
Начинают всегда с малого. В первый день Бог сотворил только небо и землю.
Эмиль Кроткий
7.1. Глобальная информационная инфраструктура
О том, что новые электронные средства коммуникации превращают мир в подобие глобальной деревни (The Global Village), было сказано знаменитым автором «Галактики Гутенберга» Маршалом Маклюэном еще в 1968 году. По всей видимости, именно отсюда произошел ключевой термин современного телекоммуникационного мира глобальная информационная инфраструктура (GII — Global Information Infrastructure). Действительно, слово «инфраструктура» (от латинский infra — ниже, под и structura — строение, расположение, порядок) означает упорядоченную совокупность средств, составляющих базу для обслуживания общества (дороги, аэродромы, водопровод, линии электропередачи, транспорт, связь, образование, здравоохранение и т.п.). Словосочетание «информационная инфраструктура» означает комплекс средств, обеспечивающих общество возможностями информационного обмена. Ну, а слово «глобальная» понятно и так: ясно, что речь идет об информационной инфраструктуре, охватывающей (или способной охватить) весь земной шар.
Основной задачей глобальной информационной инфраструктуры (рис.7.1) является передача любой информации от любого пользователя к любому другому пользователю, независимо от того, в каких географических точках они находятся. Информация эта может иметь разные формы (речь, данные, видео), а для обращения пользователей к транспортной сети могут применяться разные средства доступа, включая кабель с медными проводниками, оптоволоконный кабель, радиоканал. Как раз так — от медных проводов к беспроводным и оптическим средствам — изменяется в настоящее время технологическая база сети абонентского доступа. Изменяются и потребности пользователей: у них растет интерес к новым телекоммуникационным услугам (заметим попутно, что термин «пользователь», более соответствующий понятиям современного телекоммуникационного рынка, постепенно вытесняет термин «абонент» — пережиток времен телефонной монополии).
В почти столетней истории постепенного эволюционного развития сети абонентского доступа, удовлетворявшейся полосой 3.1 кГц и базировавшейся на медной проволоке, наступила пора революционных преобразований, связанных с появлением новых технологий, новых концепций и новых методов доступа. Именно эти революционные преобразования породили ассоциативную цепочку определения трех источников и трех составных частей услуг сети доступа, запрашиваемых пользователем. Тремя источниками услуг сети доступа являются:
• передача речи (телефонная связь, речевая почта, IVR,...);
• передача данных (е-mail, Web, ...);
• передача видеоинформации (видеоконференции, VОD,...).
Для предоставления услуг каждого вида сегодня существует своя сеть и используются свои средства связи: пара медных проводов для абонентов с аналоговыми телефонными аппаратами, коаксиальная сеть для кабельного телевидения, волоконно-оптические средства связи, оборудование беспроводного доступа. Таким образом, в сети доступа можно выделить три составные части:
• металлический кабель;
• волоконно-оптический кабель;
• беспроводный абонентский доступ (WLL).
С точки зрения интенсивного внедрения в российские ТФОП современных средств и технологий абонентского доступа существенным фактором является уменьшение общего количества АТС и укрупнение коммутационных узлов, в связи с чем увеличиваются области обслуживания пользователей и дальность действия оборудования сети доступа. Еще один важный фактор — использование для подключения оборудования доступа открытого интерфейса V5, рассматриваемого ниже в этой главе.
Но сначала восполним пробел на рис.7.1, где в области сети доступа (AN — Access Network) практически ничего не показано. Обусловлено это, в частности, многообразием вариантов топологии сети доступа, которое трудно уместить на одном рисунке. Наиболее простой (и наименее часто применяемой) является топология точка — точка, используемая, например, при организации связи между двумя сегментами корпоративной ЛВС. Топология точка — группа точек является логическим продолжением предыдущего варианта, но предполагает наличие центрального узла и нескольких периферийных модулей концентрации абонентской нагрузки. Топология звезда вполне приемлема в условиях городской сети и позволяет решить задачу полноценного эксплуатационного управления сетью, включая регулирование потоков трафика, обеспечение безопасности и защиту от несанкционированного доступа. Топология группа точек- группа точек предполагает, что сеть доступа содержит совокупность близких по рангу устройств, каждое из которых функционирует и как источник трафика, и как ретранслятор чужого» трафика. Наиболее популярным ее вариантом является кольцевая топология.
7.2. Цифровые абонентские концентраторы и мультиплексоры
Абонентские мультиплексоры и концентраторы входят в номенклатуру оборудования практически каждой из цифровых АТС, рассмотренных в главах 5 и 6, а индивидуальные особенности этих АТС не противоречат упрощенной структуре, приведенной на рис. 7.2, которая в одинаковой степени соответствует как концентратору, так и мультиплексору.
Различие определяется тем, как соотносятся числа М и N. Когда N=ЗО М, то речь идет о мультиплексоре, т.е. концентрация нагрузки отсутствует,
потери из-за отсутствия свободных каналов исключены, поскольку число абонентских терминалов равно числу используемых временных каналов, а экономический эффект достигается за счет уменьшения затрат на линейно-кабельные сооружения. Когда же N)30M, речь идет о концентрации нагрузки. Концентратор дает еще большую экономию на линейно-кабельных сооружениях, к этому добавляется и экономия коммутационного оборудования, но на участке сети абонентского доступа допускаются потери вызовов. Отношение 30M к N называется коэффициентом концентрации, который может иметь, например, значения 4:1 или 8:1.
В качестве примера упомянем абонентские цифровые концентраторы АЦК-1000, почти 10 лет выпускавшиеся заводом Красная Заря» для станций DX-200 и АТСЦ-90, а затем рассмотрим последнюю отечественную разработку следующего поколения - мульти-сервисные абонентские концентраторы МАК.
Абонентские концентраторы устанавливаются в помещении опорной ATC, а также в жилых домах, в помещениях других ATC, в специальных помещениях или в перевозимых контейнерах. Максимальная емкость АЦК-1000, в частности, составляет до 1024 абонентских линии, а МАК — до 4320 абонентских линий на один статив. Эти мульти сервисные концентраторы МАК следующего поколения выполняют все функции АЦК-1000, позволяя также работать с современными цифровыми АТС любых типов, имеющими интерфейсы V5.2 или PRI, взаимодействовать с IP-сетями и поддерживать проводной, беспроводной и оптический доступ в любых сочетаниях.
Применение МАК в сельских и городских телефонных сетях традиционных операторов ТФОП с подключением его к опорным цифровым АТС через стандартный интерфейс V5.2 позволяет снизить затраты на абонентскую кабельную сеть за счет концентрации абонентской нагрузки. В мульти сервисных сетях следующего поколения подключение МАК к Softswitch выполняется по протоколам MGCP, MEGACO/Н.248, а также SIP, о чем будет сказано в следующей главе.
Оборудование МАК работает с терминалами следующих типов:
• аналоговые телефонные аппараты, а также аппараты факсимильной связи и модемы;
• терминалы ISDN;
• интегрированные устройства доступа IAD на основе технологии SHDSL, предусматривающие предоставление услуг как симметричной высокоскоростной передачи данных (до 2 Мбит/с), так и телефонии (VОDSL); электропитание таких устройств может быть как местным так и дистанционным, что обеспечивает более высокую надежность.
Общей проблемой любых концентраторов является их техническое обслуживание, осуществляемое по очевидным технико-экономическим причинам из единого центра эксплуатационного управления. Интерфейс оператора технической эксплуатации современной сети доступа выполнен на основе Web-технологий, что позволяет использовать для доступа к функциям технической эксплуатации любой компьютер с установленным на нем Web-браузером, расположенный в любой точке земного шара. С помощью этого компьютера возможны: обнаружение отказов; обработка сообщений о несанкционированном доступе, пожаре и других чрезвычайных ситуациях; измерение параметров абонентских линий и параметров импульсного номеронабирателя в телефонном аппарате пользователя; испытание таксофонных линий и таксофонов; тестирование оборудования самого концентратора и т.п. Важно, что каждый абонентский интерфейс имеет встроенные функции измерителя, что дает, например, возможность одновременно измерять электрические характеристики любого количества абонентских линий, экономя рабочее время обслуживающего персонала.
Рассмотрим возможные варианты организации связи при использовании МАК в качестве примера.
Первый (простейший) вариант включения МАК представлен на рис. 7.3,а. Через интерфейс V5.2 концентратор подключается к опорной АТС, а с абонентской стороны в каждую кассету включается до 570 аналоговых абонентских линий.
Второй вариант организации связи с помощью МАК иллюстрирует рис.7.3,6. Как и в первом варианте, через интерфейс V5.2 концентратор подключается к опорной АТС, а с другой его стороны, через интерфейс SHDSL, подключаются интегрированные абонентские устройства IAD, в которые, в свою очередь, могут включаться до 8 аналоговых телефонных аппаратов, а также и персональные компьютеры по Ethernet.
Последний вариант на рис. 7.3, в, демонстрирует полный спектр возможностей МАК. Кроме названных ранее, показана возможность подключения концентратора к Softswitch по протоколу MGCP. При этом услуги телефонии для абонентских терминалов всех типов предоставляются, независимо от технологии доступа, с использованием единого плана нумерации.
В недавнем прошлом интерфейсы между выносными абонентскими концентраторами и модулями цифровых линий в коммутационном узле не подлежали международной стандартизации. Практически во всех АТС, установленных до сего времени, для этих интерфейсов используются стандартные цифровые тракты 2 Мбит/с и «внутрифирменные» протоколы компании-производителя. Очевидный недостаток такого решения — отсутствие у оператора свободы выбора при расширении емкости опорной АТС с установкой выносного коммутационного оборудования. В последние годы, в связи с расширением номенклатуры средств доступа, в т.ч., с распространением оборудования беспроводного абонентского доступа WLL, стало ясно, что необходимо иметь универсальный интерфейс, позволяющий совмещать в одной сети доступа оборудование разных производителей.
Разработка такого универсального интерфейса, получившего название V5, была начата в 1991 году Европейским институтом стандартизации ETSI. Первые спецификации V5 были изданы в 1993 году, а в 1995 году ITU-Т утвердил Рекомендации для V5.1 (без концентрации) и V5.2 (с концентрацией). Национальная часть протокола определяется каждой страной с учетом специфики ее сети, связанной, в первую очередь, с управлением соединениями ТФОП. Необходимость создания национальных спецификаций протокола ТФОП обусловлена тем, что в каждой стране исторически сложился свой подход к обработке вызовов ТФОП.
Интерфейс V5.1 определен в Рекомендации G.964 ITU-Т и в стандарте ЕТS300-324-1, а интерфейс V5.2 — в Рекомендации G.965 ITU-Т и в стандарте ЕТS300-347-1. Интерфейс V5.1 позволяет подключить к АТС по цифровому тракту 2.048 Мбит/с до 30 аналоговых абонентских линий или В-каналов ISDN без концентрации. Интерфейс V5.2 ориентирован на группу трактов 2 Мбит/с (до 16 трактов) и поддерживает концентрацию, например, с коэффициентом 8:1. Для каждого тракта предусмотрено несколько каналов для сигнализации и пакетный режим в D-канале. В таблице 7.1 приведены некоторые сведения об интерфейсе V5.2.
Наличие интерфейса V5 дает оператору возможность:
• предоставлять услуги пользователям как с аналоговыми (ТфОП), так и с цифровыми (ISDN) терминалами;
• использовать стандартные протоколы сигнализации;
свободно выбирать при развитии сети оборудование разных производителей;
• улучшать эксплуатационные характеристики при сокращении номенклатуры используемых интерфейсов;
• управлять характеристиками интерфейса, что обеспечивает гармонизацию с идеологией TMN.
Функциональная модель доступа через интерфейс V5 представлена в обобщенном виде на рис. 7.4.
О вариантах применения V5 для беспроводного радио доступа WLL мы поговорим в следующем параграфе, а здесь затронем вопрос о тестировании интерфейса V5, которое, кроме проверки соответствия стандарту собственно протокола, предполагает и проверку взаимодействия разнообразного оборудования с использованием протокола V5. Тесты соответствия включают в себя проверку корректности работы протокольных объектов, т.е. соблюдения очередности следования сообщений, правильности перехода объектов из одного состояния в другое под воздействием внешних событий, кодировки обязательных информационных элементов. Тесты соответствия проводятся путем подключения тестируемого оборудования к протокол тестеру, работающему в режиме эмуляции протокола по определенным заранее тестовым сценариям. Тесты взаимодействия охватывают весь процесс обслуживания вызова и предоставления дополнительных услуг, то есть обеспечивают проверку функционирования системы в целом. Тесты взаимодействия проводятся при подключении тестируемого оборудования доступа к опорной АТС или к протокол-тестеру, работающему в режиме имитации соответствующего объекта, а также при параллельном мониторинге интерфейса и верификации алгоритмов взаимодействия (рис. 7.5).
В отечественных протокол-тестерах SNT, показанных на рис. 7.5, реализованы режимы мониторинга и симулятора, позволяющие имитировать функции оборудования сети абонентского доступа в уровнях 1, 2, 3 протокола V5; имитировать таким же образом интерфейс V5 опорной ATC; вести мониторинг сигнальных каналов; проводить анализ протоколов сигнализации; управлять процессом тестирования; сохранять и распечатывать результаты тестирования.
7.4. Беспроводный абонентский доступ WLL
Беспроводные технологии применяются, в первую очередь, для того, чтобы пользователь мог свободно передвигаться, и при этом доступ к его терминалу не был никак ограничен. Но этот аспект беспроводной связи остается за пределами учебника. Здесь же рассматривается использование беспроводной технологии для создания стационарных абонентских радиолиний WLL (Wireless Local Loop) в тех случаях, когда другие технологии оказываются неэффективными по экономическим причинам или вследствие особенностей местности. К аргументам в пользу беспроводного доступа А.В. Голышко [53], добавляет подстерегающие телефонного оператора аварии теплотрасс и линий электропередачи, наводнения и пожары, рытье котлованов и траншей вблизи кабельных коммуникаций, результаты пребывания около телефонных коллекторов бомжей и хулиганов, убытки от обрывов и затоплений кабелей, а также связанные со всем этим претензии абонентов. Другая группа доводов в пользу WLL, не носящих негативного характера, связана с предоставлением пользователю тех же услуг, что и при проводном доступе, но при гораздо более независимой топологии сети доступа. Многое здесь, впрочем, зависит от используемого радио стандарта.
Мы не будем рассматривать несколько устаревшие сегодня системы WLL, использующие радио интерфейс CT2/CAI (примером может служить небезызвестная система Tangara), а также следующий за ним интерфейс СТЗ, который оказался не очень успешным из-за затмившего его стандарта DECT (аббревиатура расшифровывается как Digital Enhanced Cordless Telecommunication), спецификация которого была завершена ETSI в 1991 году. В 1992 году вышла директива EC, обязывающая страны, входящие в сообщество, выделить для приложений DECT диапазон частот 1880-1900 МГц. В этом же году был принят Европейский стандарт для радио интерфейса DECT (ЕТ$300 175). С этого момента DECT стал во всем мире основным стандартом для беспроводных телефонов и учрежденческих АТС, а потом и для WLL. При этом максимальная разрешенная пиковая мощность передатчика составляет 250 мВт, что соответствует средней мощности 10 мВт, поэтому в DECT размер сота ограничен сотнями метров, и система может обслуживать только пользователей, перемещающихся с небольшой скоростью, например, пешеходов. Максимальная дальность связи, при наличии прямой видимости и с применением стационарных направленных антенн, может достигать 5 км. Иногда для увеличения дальности связи предусматривается установка ретрансляторов, что позволяет несколько приблизить возможности микросотовых систем DECT к системам других стандартов с радиусом сота до 15 — 20 км, которые способны охватить зону обслуживания любой, АТС.
К этому классу WLL относится известное (в частности, благодаря много печатавшейся рекламе «Сиди, имей СDМА») оборудование стандарта, разработанного в компании Qualcomm. Расширением СDМА, в определенном смысле, является система MultiGain Wireless (MGW), выполненная на базе изобретенной в компании Tadiran технологии СDМА с дискретным изменением несущей — FH-СDМА (FH — Frequency Hopping, т. е. скачкообразное изменение частоты). При работе системы MGWI все радиопорты синхронно переходят с одной частоты на другую, причем в каждый момент времени на определенной несущей частоте работают только один радиопорт и взаимодействующие с ним абонентские радиотерминалы, а другим радиопортам присваиваются разные порядковые номера, чтобы исключить использование ими одной и той же частоты в одно и то же время.
Все эти системы, как правило, используют топологию звезда, упоминавшуюся в начале главы. Там же упоминалась и топология точка — группа точек (point-to-multipoint), на которую ориентировано, например, оборудование IRT2000 производства Lucent Technologies, а также система А9800 производства компании Alcatel.
В развитие этого можно выделить три топологических подхода к применению технологии WLL. Эти подходы различаются тем, как соотносятся длина радиолинии и длина проводной линии на участке между АТС и пользователем. Если радиолиния не доводится прямо до пользователя, то, как правило, она организуется на участке между АТС и распределительным шкафом. Эта конфигурация, особенно актуальная для районов, куда дорого прокладывать кабель, показана на рис.7.6,а. Такая система может работать либо в режиме «точка — точка», если радиолиния обслуживает один мультиплексор, либо в режиме «точка — группа точек», если обслуживается несколько мультиплексоров.
Системы, предусматривающие использование радиолинии на всем участке от АТС до пользователя, требуют наличия у каждого пользователя индивидуального радио терминала, но зато уменьшают задержку при передаче сигналов и не требуют затрат, связанных с установкой мультиплексора и прокладкой кабельных пар до терминалов. Кроме того, снижаются и эксплуатационные расходы. Эффективным является режим точка — группа точек», так как это позволяет иметь на АТС только один радио комплект линейного окончания (РЛО) для всех обслуживаемых пользователей. Такая конфигурация показана на рис. 7.6, б. Такие системы наиболее эффективны в сельских сетях.
Системы с использованием радиоканала на участке от пользователя до удаленного мультиплексора (рис. 7.6,в), в отличие от систем, использующих радиоканал на участке от АТС до удаленного мультиплексора, применяют, преимущественно, в городских сетях, где уже существует инфраструктура проводной сети доступа, но требуется ее расширение. Эти системы полезны также и тогда, когда существующая инфраструктура принадлежит одному оператору, а предоставление необходимых услуг может обеспечить другой оператор.
Это отнюдь не полный перечень систем WLL. Да и общее количество систем беспроводного доступа, развернутых к настоящему времени в России, пока невелико. Однако не подлежит сомнению, что в силу географических и демографических особенностей нашей страны беспроводной доступ ожидает будущее.
7.5. Оптическое волокно в абонентской линии
В начале главы было предложено разделить все технологии доступа по используемой среде передачи — оптический кабель, беспроводные доступ и металлические линии. Суть первой из перечисленных технологий заключается в том, что между центральным узлом и удаленными абонентскими узлами создается пассивная оптическая сеть PON (Passive Optical Network), имеющая топологию «дерево». В промежуточных узлах дерева размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры) — компактные устройства, не требующие электропитания и обслуживания. Эта технология, безусловно, отвечает всем современным и перспективным требованиям к сети абонентского доступа, кроме, разве что, экономических. Именно в силу экономических причин доля оптоволоконных абонентских линий, по данным Gartner Group Inc., к 2005 году не составит и одного процента. В большинстве случаев оптоволоконный абонентский кабель, проложенный к строящимся многоэтажным зданиям или к крупным бизнес центрам, используется как экономичный способ подвести к распределительному шкафу большее число обычных абонентских линий ТФОП, а не как способ предоставить конечному пользователю более широкую полосу пропускания. Замену же оптическим волокном домовой проводки пока еще очень трудно оправдать.
И все же, доведение оптического волокна до помещения пользователя FTTH (Fiber To The Home) становится все более разумным капиталовложением применительно к домам того уровня, где живут или работают люди, способные оплачивать доступ к широкополосным услугам.
Разумным сочетанием использования оптических и металлических абонентских линий отличается оборудование абонентского доступа Broad Access компании ADC, являющееся сегодня наиболее распространенным оборудованием доступа в ВСС РФ, подключаемым через интерфейс V5. Впрочем, успех этого оборудования (рис. 7.7) обусловлен не только этим, но и комбинированными АТМ/ TDM решениями для самых разнообразных телекоммуникационных услуг от традиционной телефонии до возможностей сетей Ethernet и АТМ/IP, мощной системой эксплуатационного управления через любую сеть передачи данных, включая ТСР/IP, Х.25 и SNMP, о чем мы поговорим в главе 10, и различными xDSL-технологиями, которым посвящен следующий параграф.
7.6. Цифровые абонентские линии DSL
Термин цифровая абонентская линия DSL впервые появился в контексте сети ISDN, о чем говорилось в главе 4. Позднее он трансформировался в общий термин для технологий, реализующих передовые методы формирования и обработки сигналов с целью эффективно использовать полосу пропускания абонентских линий и получить скорости передачи, значительно превышающие те, которые достижимы при использовании модемов. Здесь ISDN мы упомянем только в контексте технологии IDSL, обеспечивающей передачу информации со скоростью 160 Кбит/с одновременно в обоих направлениях по одной паре медных проводов. В базовом же доступе ISDN эта скорость составляется из скоростей двух В-каналов по 64 Кбит/с каждый, одного D-канала 16 Кбит/с и 16 Кбит/с информации цикловой синхронизации и управления. В свое время ISDN казалась настоящим чудом, однако в сравнении с рассматриваемыми здесь современными вариантами DSL она выглядит довольно скромно.
Впервые технологию цифровой абонентской линии DSL предложила компания Bellcore в 1989 году в качестве способа передачи «видео по требованию» по стандартному абонентскому кабелю, Позже основная область применения DSL сместилась к обеспечению скоростного доступа к Интернет. Самым первым распространенным практически вариантом технологии DSL стала асимметричная цифровая абонентская линия ADSL. Слово «асимметричная» в ее названии означает, что скорости передачи данных по направлению к абоненту и в направлении от абонента разные. Существуют полно скоростная ADSL (full-rate ADSL) и ADSL lite — более дешевая и простая в реализации технология. Имеется еще ряд технологий DSL, поэтому все они часто обозначаются как ХDSL, где x — прилагательное, характеризующее конкретный тип DSL. Со временем было предложено столько вариантов DSL, и с таким разнообразием значений Х, что во всем этом легко заблудиться. Чтобы так не случилось, мы рассмотрим только те технологии, которые имеют наибольшее практическое применение сейчас или будут иметь таковое в ближайшей перспективе. Это — технологии HDSL, HDSL2, IDSL, ADSL, G.lite, RADSL, SDSL, SHDSL и Ч0$1 . Некоторые из них являются собственностью компаний, их придумавших, некоторые стандартизованы на международном уровне или находятся в процессе стандартизации. Все эти технологии — цифровые, и в них применяются сложные методы компрессии и мультиплексирования, направленные на то, чтобы «выжать» из двухпроводной абонентской линии наилучшие (насколько это возможно) характеристики.
Каждая технология имеет свою специфику и требует специального оборудования на обоих концах линии. Большинство технологий ХDSL поддерживает передачу как речи, так и данных, причем речи отдается предпочтение, но и данные передаются с относительно высокой скоростью. Некоторые из этих технологий связаны с применением централизованных разветвителей, называемых также модемами или фильтрами, в которые включается линия на стороне пользователя. Речевые сигналы в диапазоне частот 0.3 — 3.4 кГц в случае отказа питания от электросети проходят через получающие местное питание разветвители насквозь, благодаря чему и в этой ситуации обеспечивается телефонная связь. При включенном питании все технологии ХDSL поддерживают постоянный доступ к Интернет, поскольку всегда существует соединение РС пользователя через разветвитель в его помещении с центральным разветвителем и с мультиплексором доступа DSLAM, сопрягающим линию ХDSL с сетью передачи данных, в частности, с Интернет. В отличие от ISDN или аналоговых модемов, ХDSL при связи с Интернет не вносит никакой задержки.
Но вернемся к нашему перечню технологий и дадим краткую характеристику каждой их них.
Высокоскоростная цифровая абонентская линия HOSL. Потребность в технологии HDSL возникла тогда, когда сильно возрос спрос на прямое подключение трактов Е1 к офисам корпоративных пользователей. Технология ИКМ-передачи была разработана довольно давно (еще в 1960-х годах) и первоначально предназначалась для применения на межстанционных участках городских телефонных сетей. Основная трудность применения этой технологии на абонентских парах заключалась в том, что системы ИКМ требовали установки регенераторов через каждые 1000 — 1500 метров. Это требование явно не подходило для сети абонентского доступа, которая проектировалась в предположении, что каждая абонентская установка подключается к АТС по простой паре проводов, не содержащей в себе каких-либо электронных устройств, по крайней мере, при длине линии до 5.5 км. Главным же требованием к системе HDSL было обеспечение доступа к пользователям по линиям без регенераторов. Версия HDSL, стандартизованная ITU-Т в Рекомендации G.991.1 в 1998 году, обеспечивает передачу информации со скоростью 2.048 Мбит/с по двухпроводным абонентским линиям длиной до 3.7 км без применения регенераторов.
Системы HDSL используют либо три, либо, как и ИКМ, две пары проводов. Однако вместо того, чтобы использовать каждую пару для передачи со скоростью 2.048 Мбит/с в одном направлении (одну пару — в прямом, а вторую — в обратном), в технологии HDSL каждая пара служит для передачи информации в обе стороны, но с меньшей скоростью (784 Кбит/с при использовании трех пар), что снижает мощность сигнала на высоких частотах. Благодаря этому и затухание гораздо меньше, и напряженность излучаемого электромагнитного поля намного ниже. А в результате увеличивается дальность передачи без применения регенераторов, и уменьшаются искажения.
В настоящее время органы стандартизации работают над системой второго поколения, называемой SDSL — симметричной DSL (или, иногда, HDSL2), которая обеспечивает ту же скорость передачи с использованием всего одной пары проводов. Для этого требуются гораздо более тонкие методы формирования сигналов, т.е. более продвинутая модемная технология, которая, в свою очередь, требует установки на обоих концах линии процессоров с гораздо более высоким быстродействием.
Асимметричная цифровая абонентская линия ADSL — это технология, продвигаемая упоминавшимся в главе 1 Форумом ADSL. По сравнению с HDSL, ADSL поддерживает значительно более высокие скорости передачи — до 10 Мбит/с в направлении от АТС к пользователю — и делает это, используя одну пару проводов. Скорость передачи в направлении от пользователя к АТС ниже и составляет максимум 1 Мбит/с. Технология ADSL одновременно поддерживает также передачу аналоговых речевых сигналов для организации телефонного разговора в основной полосе частот 0.3 — 3.4 кГц. Первое приложение ADSL — видео по требованию VoD — требует скорости передачи в направлении от станции, достаточной для видеоканалов, а в направлении к станции — достаточной для управления выбором видеопрограмм.
Однако практика применения ADSL показывает, что пропускная способность канала в направлении от пользователя к станции в реальных условиях не превышает 200 — 300 Кбит/с, а в направлении от станции к пользователю составляет максимум 1 — 2 Мбит/с. Все это далеко от идеальных 1 Мбит/с и 10 Мбит/с, соответственно. Кроме того, при массовом внедрении ADSL существуют проблемы электромагнитной совместимости, а асимметрия оказывается основным недостатком ADSL при предоставлении ряда услуг индивидуальным пользователям и, особенно, бизнес — клиентам.
Еще одним вариантом технологии ADSL является цифровая абонентская линия с адаптивной скоростью RADSL. Как и обычный модем, модемы RADSL адаптируют скорость передачи потока от станции к возможностям абонентской линии. Эти модемы, как правило, используют усовершенствованную квадратурную амплитудную модуляцию 64 QAM и адаптивное выравнивание.
Технология ADSL lite, известная также под названием ADSL без разветвителя, G.lite, представляет собой упрощенную версию обычной ADSL, предусматривающую установку у пользователя фильтра нижних частот, который отделяет аналоговый речевой сигнал в основной полосе частот от сигналов высокоскоростной передачи данных. Обычно это требует дополнительных затрат на внутреннюю проводку в помещении пользователя. В G.lite такого фильтра нет, и это может, вообще говоря, вызвать отрицательные последствия, например, появление пачек ошибок при передаче данных в тот момент, когда звонит телефон или снимается трубка, что, однако, окупается значительным упрощением установки и монтажа системы. Технология G.lite была стандартизована ITU-Т в Рекомендации G.992.2 как расширение спецификации ADSL.
Существует вариант технологии DSL, который называется цифровой абонентской линией с очень высокой скоростью передачи VDSL. Эта технология обеспечивает передачу информации со скоростью до 51.84 Мбит/с и находит применение в сценарии гибридной абонентской линии с FTTN.
Уже упоминавшаяся в начале параграфа цифровая абонентская линия SDN, IDSL, — это ХDSL-технология, которая использует принципы базового доступа BRA ISDN для симметричной передачи информации по медной кабельной паре со скоростью 128 или 144 Кбит/с. Как и линия BRA ISDN, IDSL подводится в помещении абонента к стандартному ТА (терминальному адаптеру) ISDN. В остальном же концепции расходятся. ISDN поддерживает услуги передачи речи, данных и видео, предоставляя их по запросу в доступе, который имеет строго определенную структуру (в данном случае — 2B+D) и активизируется только при наличии запроса. IDSL — это линия постоянно активизированного доступа ISDN.
Новый стандарт симметричной высокоскоростной цифровой линии SHDSL (Symmetric High-bit rate DSL) имеет теоретический предел скорости 2.3 Мбит/с при использовании одной телефонной пары и до 4.6 Мбит/с при использовании двух пар. Эта технология допускает применение регенераторов, что позволяет операторам обслуживать пользователей, находящихся на расстоянии до 18.5 километров от узла. Технология предусматривает симметричную дуплексную передачу информации и опирается на стандарт 16-уровневого линейного кодирования TC-PAM (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation — амплитудно-импульсная модуляция с применением корректирующего кода). Для передачи речи в SHDSL-системе, в отличие от ADSL, нет необходимости иметь POTS/ISDN-сплиттер, разделяющий информацию аналоговых телефонов и терминалов ISDN, поскольку речевой сигнал сегментируется таким же образом, как и сигнал данных, передается как АТМ-пакет и вновь собирается на другом конце линии. Новый стандарт соответствует Рекомендации G.991.2 ITU-Т и является итогом длительного пути от ИКМ-30 (коды HDB-3, AMI) к HDSL (код 2B1Q, CAP) и, наконец, к SHDSL (кодирование ТС-PAM). Технология ЯН$01 выбрана ITU-Т в качестве единого стандарта для высокоскоростной симметричной передачи информации по одной паре.
Межстанционная сигнализация
Получаю письма: «Помогите стать актером». Отвечаю: «Бог поможет!»
Фаина Раневская
8.1. Элементы телефонной сигнализации
За более чем столетнюю историю телекоммуникационных сетей было создано множество все более и более сложных и разнообразных протоколов сигнализации (но вряд ли более лаконичных и исчерпывающих, чем диалог, приведенный в качестве эпиграфа). Из предыдущих глав уже известно, что сигнализация — это обмен между двумя элементами сети информацией, необходимой для управления созданием, поддержанием и разрушением соединения между пользователями этой сети. Например, если абонент телефонной сети снял трубку своего аппарата, в сторону АТС передается сигнал, говорящий: «Я хочу получить связь». В ответ АТС посылает абоненту акустический сигнал, который информирует его о том, что сеть готова принять и обслужить запрос требуемой связи. Впрочем, об абонентской сигнализации мы уже говорили в предыдущих главах, где упоминались, в частности, простейшие процедуры, согласно которым абонент набирает номер и слышит акустические сигналы «Ответ станции», КПВ, «Занято». В дополнение к акустическим сигналам, абонент может услышать объявление, информирующее его о том, что номер, который он набрал, не обслуживается или изменился. Дополнительные возможности абонентской сигнализации ISDN обсуждались в главе 4.
Системам телефонной сигнализации автор посвятил две книги [42] и [43], в которых рассмотрены две большие группы телекоммуникационных протоколов: межстанционная сигнализация, т.е. сигнализация в интерфейсе Network-to-Network Interface (NNI), и сигнализация сети абонентского доступа, т.е. в интерфейсе User-Network Interface (UNI).
Из наиболее распространенных форм сигнализации в интерфейсе UNI можно назвать сигнализацию с импульсным набором номера и сигнализацию DTMF. Другой, более поздний пример интерфейса UNI — это базовый доступ ISDN, где для сигнализации служит общий для двух информационных В-каналов сигнальный О-канал.
В качестве примеров межстанционной сигнализации в интерфейсе NNI можно назвать сигнализацию по двум выделенным сигнальным каналам 2 ВСК, многочастотную сигнализацию кодом «2 из 6», систему сигнализации ОКСО и др. Пример установления соединения в сети с коммутацией каналов упрощенно представлен на рис. 8.1.
В этой главе мы сосредоточимся, преимущественно, на межстанционной сигнализации, которая необходима, в первую очередь, потому, что большинство соединений в сети проходит через несколько узлов и станций. При этом для организации одного соединения часто используется несколько разных систем сигнализации. В качестве примера можно представить себе петербургского абонента сети GSM, включающего свой мобильный телефон, скажем, в Майами и через несколько секунд принимающего вызов из своего дома в Санкт-Петербурге, поступивший от принадлежащего ему же стационарного телефона, включенного в одну из координатных станций Петербургской телефонной сети. Сигнальная информация, необходимая для обслуживания такого вызова, переносится в сотнях сигнальных сообщений между самыми разными узлами и станциями в международной и в национальных сетях.
Первоначально процедура межстанционной сигнализации была намного ближе, чем теперь, к исходному значению слова «сигнализация» — линейные комплекты электромеханических АТС, участвующих в процедуре организации нужного соединения, обменивались электрическими сигналами. Именно о таком обмене сигналами трех проводным соединительным линиям уже говорилось в главе 2. В несколько более общем случае межстанционная сигнализации связана со следующими аспектами предоставления соединения во-первых, станция должна принять телефонный номер или, по крайней мере, необходимую его часть, чтобы либо направить вы зов в абонентскую линию адресата, либо переправить адресную информацию на следующую АТС в цепочке коммутационных узла и станций, через которые должно пройти соединение; во-вторых станция должна выбрать надлежащий канал связи и сообщить на следующую станцию в цепочке о том, какой именно канал она вы брала; в-третьих, станции должны периодически проверять это используемый для связи канал и, наконец, в-четвертых, освободить канал по окончании соединения. Для поддержки работы станции (узлов) на всех этих этапах требуется обмен между ними соответствующей информацией, который и называется межстанционное сигнализацией.
Современные межстанционные протоколы начинались с про стих систем сигнализации, некоторые из которых до сих по эффективно функционируют в отечественных ТфОП. В процессе эволюции межстанционная сигнализация, представляющая собой последовательность электрических сигналов, превратилась в протоколы передачи по специальному каналу данных, относящихся большому количеству телефонных каналов. Отсюда, собственна говоря, и появилось название «общеканальная сигнализация». Kaк будет показано в параграфе 8.4 этой главы, система общеканальной сигнализации №7 вполне соответствовала тем революционным преобразованиям телекоммуникационных систем, который происходили в течение двух последних десятилетий ХХ века. К ним относятся появление сети ISDN, введение услуг интеллектуальной сети, услуг мобильной связи и т.д.
С учетом вышеизложенного можно сформулировать следующее определение. Сигнализация - это обмен между сетевыми элементами служебной информацией, на основе которой сеть обеспечивает создание, сопровождение и разрушение соединений, используемых ею для предоставления своим абонентам услуг связи. Напомним попутно, что в сети с коммутацией каналов (каковой является в частности, телефонная сеть) сетевые ресурсы, из которых составляется соединение, закрепляются за ним на все время пользования услугой связи и не могут быть использованы в других соединениях
Системы сигнализации, рассматриваемые в первых четырех параграфах этой главы, как раз и были созданы для сетей с коммутацией каналов. Передача данных появилась в начале 1970-х годов и обусловила создание сетей, в которых информация пользователей передается в виде коротких пакетов, перемежающихся периодами «молчания». Поскольку паузы между пакетами одного информационного потока можно использовать для передачи пакетов других информационных потоков, нет необходимости отводить одни и те же сетевые ресурсы в безраздельное пользование какому-то одному потоку на все время его существования. Следовательно, для предоставления услуги связи сеть не должна создавать т.н. «физическое» соединение. Примером такой сети является сеть Интернет. Ее возможности используются в технологии IP-телефонии, которая будет рассматриваться в параграфе 8.5, где автор попытается осветить проблемы взаимодействия систем сигнализации ОКС7 и IP-телефонии.
Принципы используемых в сетях связи систем сигнализации связаны с принципами коммутации и управления обслуживанием вызовов в коммутационных узлах и станциях этих сетей, а также с техническими средствами организации межстанционных соединительных линий. Возможные принципы сигнализации иллюстрируют варианты, представленные на рис. 8.2:
а) сигнализация непосредственно по телефонному каналу;
б) сигнализация по выделенным сигнальным каналам (ВСК);
в) общеканальная сигнализация №7;
г) сигнализация IP-телефонии типа Н.323, MGCP или SIP.
До появления цифровых АТС с программным управлением, рассмотренных в предыдущих главах данного учебника, все сигналы передавались по тому же тракту, что и речь. Этот способ называется внутри полосной сигнализацией (in-band). По мере эволюции межстанционных соединительных линий распространился способ сигнализации по выделенным сигнальным каналам (ВСК), ассоциированным с разговорными каналами, что хорошо отражается английским названием этого способа — Channel Associated Signaling (CAS). Выделенными сигнальными каналами могут являться определенные биты в 16-м временном канале ИКМ-тракта или, например, частотные каналы 2600 Гц и 3825 Гц, но в любом варианте применение такой, непосредственно связанной с разговорным каналом сигнализации приводит к недостаточно эффективному использованию межстанционных соединительных линий. При вызове, например, из Владивостока в Калининград нужные каналы занимаются по всей сети заранее, до начала разговора, для передачи цифр номера и на время посылки вызова вызываемому абоненту. К тому же, по разным оценкам, от 20 до 35% вызовов не завершаются разговором вследствие занятости абонента, перегрузки в сети или из-за того, что вызываемый абонент не отвечает на вызов. Таким образом, каналы, которые могли бы использоваться для передачи полезной информации, занимаются для сигнализации, в том числе, и при незавершённых соединениях.
Общеканальная межстанционная сигнализация (рис. 8.2,в) реализуется на базе сети общих каналов сигнализации (сети ОКС), как бы наложенной» на телефонную сеть. Использование для сигнализации сети ОКС, отдельной от сети телефонных каналов, практически устраняет их непроизводительное занятие и, как мы увидим далее, открывает возможности предоставления абонентам новых, более развитых услуг. Именно общеканальной сигнализации уделяется основное место в этой главе, однако прежде рассмотрим наиболее широко применяемые сегодня системы сигнализации по ВСК.
8.2. Сигнализация по выделенным сигнальным каналам
Телефонная сигнализация появилась в 1890 году как составная часть изобретенной Алмандом Строуджером из Канзас-Сити автоматической телефонной станции, которая была в состоянии принимать телефонный номер в виде импульсного набора. В течение следующих ста лет развитие систем сигнализации происходило вместе с эволюцией коммутационного оборудования. Существовал довольно длительный период, с 1890 до 1976 года, когда все системы сигнализации характеризовались следующими общими свойствами:
1. Они были ориентированы на обычные телефонные услуги (POTS- Old Telephone Service).
2. Они обеспечивали создание и разрушение соединения только между двумя терминалами.
3. Они предусматривали передачу сигналов либо по тем же каналам (или физическим линиям), по которым передавалась речь, либо по выделенным сигнальным каналам, каждый из которых был закреплен за определенным разговорным каналом, так что между разговорным и сигнальным каналом имелось взаимно-однозначное соответствие.
Более строго, выделенный сигнальный канал, ВСК, представляет собой ресурс межстанционного тракта передачи (частоту в аналоговой системе передачи или временной интервал в системе ИКМ), ассоциированный с определенным разговорным каналом этого тракта передачи.
В цифровых ИКМ-системах передачи теоретически имеется возможность организовать для каждого речевого канала от одного до четырех ВСК. Реально же используется сигнализация по одному (1ВСК) или по двум (2ВСК) выделенным сигнальным каналам. В системе ИКМ-15 (1024 Кбит/с) для организации ВСК могут использоваться биты 1, 2 нулевого канального интервала (0КИ). В системе ИКМ-30 (2048 Кбит/с) биты 0, 1 шестнадцатого канального интервала (16КИ) могут переносить сигнальную информацию для разговорных каналов с 1 по 15, а биты 4, 5 16КИ — сигнальную информацию для разговорных каналов с 16 по 30.
В аналоговых системах передачи с частотным разделением каналов имеется возможность организовать один ВСК на частоте вне разговорного спектра, например, на частоте 3825 Гц или 4000 Гц, Возможна организация второго ВСК в разговорном спектре частот, например, на частоте 2600 Гц.
К системам сигнализации по ВСК относятся следующие протоколы: сигнализация 1ВСК для универсальных СЛ двустороннего использования (индуктивный код), сигнализация 1ВСК для односторонних СЛ с раздельными пучками СЛ и CЛM (код «Норка»), сигнализация 2ВСК для односторонних СЛ с раздельными пучками СЛ и СЛМ, сигнализация 2ВСК для универсальных СЛ двустороннего использования.
Сигнализация 1ВСК (индуктивный код) используется в сельских сетях, где вследствие высокой стоимости линейных сооружений на участках ОС-УС и ОС-ЦС рекомендуется использовать общие пучки местных и междугородных СЛ (универсальных СЛ) в двустороннем режиме, то есть когда одна и та же линия может использоваться как входящая и как исходящая.
Сигнализация 1ВСК для односторонних СЛ с раздельными и пучками СЛ и СЛМ (код «норка») используется при установлении соединений как в городской сети, так и на участках сельских сетей ОС-УС, ОС-ЦС, УС-ЦС, ЦС-АМТС.
Сигнализация 2ВСК для универсальных СЛ двустороннего использования применяется в сельских телефонных сетях на участках ОС-УС, УС-ЦС. В зависимости от типа станционных комплектов соединительных линий этот протокол может быть реализован двумя способами:
Первый способ. Первый ВСК организуется либо в аналоговой системе передачи на частоте вне разговорного спектра, либо в нулевом или 16-м канальном интервале цифровой системы передачи, а второй ВСК — на частоте 2600 Гц в разговорном канале.
Второй способ. Оба сигнальных канала организуются в нулевом или 16-м канальном интервале цифровой системы передачи.
Сигнализация 2ВСК для односторонних СЛ с раздельными пучками СЛ и СЛМ используется в городских телефонных сетях при организации связи между декадно-шаговыми и координатными АТС, а также между цифровыми и электромеханическими АТС.
Логика сигнализации 2ВСК лучше всего иллюстрируется сценариями, приведенными на рис. 8.3, где в скобках указаны значения битов в обоих сигнальных каналах для каждого сигнала и состояния.
В сценарии на рис. 8.3а показано, что в исходном состоянии со стороны исходящей АТС в соединительную линию передается сигнал «Исходное состояние» (11), а со стороны входящей АТС на исходящую — сигнал «Контроль исходного состояния» (01). Когда исходящая АТС инициирует установление соединения, сигнал «Исходное состояние» (11) сменяется сигналом «Занятие» (10), в ответ на который от входящей АТС поступает сигнал «Подтверждение занятия» (11), после чего система переходит в предответное состояние, в котором оба сигнала продолжают присутствовать. Если номер вызываемого абонента передается декадным способом, то сигнал «Занятие» (10) сменяется поочередно сигналами «Импульс» (00) и «Пауза» (10) или «Межсерийный интервал» (10). Различие между паузой и меж серийным интервалом заключается только в их длительности. При местном вызове максимальная длительность паузы составляет 150 мс, а если пауза оказывается длиннее, сигнал (10) идентифицируется как «Меж серийный интервал». В рассматриваемом сценарии «а» (абонент Б свободен, первым дает отбой абонент А), когда абонент Б снимает трубку, от входящей АТС поступает сигнал «Ответ» (10), после чего система переходит в разговорное состояние. При отбое абонента А исходящая АТС передает сигнал «Разъединение» (11), ответом на который служит сигнал «Контроль исходного состояния» (01), и система переходит в исходное состояние.
Сценарий «б» отличается от предыдущего тем, что в состоянии разговора первым дает отбой вызываемый абонент Б. Это приводит к передаче сигнала «Отбой Б» (00) в сторону исходящей АТС. В ответ на этот сигнал исходящая АТС передает сигнал «Разъединение» (11), получает сигнал «Контроль исходного состояния» (01) и переходит в исходное состояние.
Сценарий «в» (рис. 8.3) — случай занятости вызываемого абонента. В этом случае, обработав номер абонента Б, входящая АТС передает сигнал «Занятость» (00), в ответ на который получает сигнал «Разъединение» (11), передает сигнал «Контроль исходного состояния» и переходит в исходное состояние.
Несколько более сложны сценарии, которые имеют место при входящем междугородном вызове, когда предусматривается возможность вмешательства телефонистки в разговор вызываемого абонента Б, если он занят местным соединением. Эти сценарии рассмотрены в [41].
8.3. Многочастотная сигнализация
Рассмотренная в предыдущем параграфе сигнализация 2 ВСК с декадным набором номера, в дополнение к неэффективному занятию станционных устройств, замедляет и сам процесс установления соединения, включающий в себя трансляцию номера с одной АТС на другую и ожидание момента, когда абонент А получит связь с абонентом Б. За всё это время, вплоть до начала разговора между абонентами, плата за услуги сети не начисляется, что, к сожалению, приводит к тому, что операторы не получают никаких доходов от использования абонентом дорогих сетевых ресурсов. К тому же, такая
«медлительность» сигнализации отчетливо ощущается абонентами и вызывает у них раздражение.
Значительно ускорить этот процесс позволяет многочастотная сигнализация. Используемые в ней сигнальные коды оценивают по следующим показателям: возможное количество кодовых комбинаций; время передачи кодовой комбинации; возможности передачи сигналов по линиям разного типа (физическим и уплотненным аналоговыми или цифровыми системами передачи); сложность передающих и приемных устройств; дальность передачи; помехоустойчивость; надежность и способность к обнаружению и исправлению ошибок.
Каждая комбинация многочастотного кода состоит из двух или более элементарных сигналов, имеющих разные частоты; чаще всего используются многочастотные коды вида «и из т» (в АТАК, например, применяются коды «2 из 5» и «2 из 6»), в которых для формирования элементарных сигналов используются т определенных частот, а для формирования каждой кодовой комбинации используются и из них. Возможное количество кодовых комбинаций в многочастотных кодах такого типа определяется количеством сочетаний
Тот факт, что любая кодовая комбинация содержит одно и то же количество частот, улучшает помехоустойчивость кода. Многочастотные коды «2 из 5» и «2 из 6» относятся к само проверяющимся, поскольку они позволяют с помощью несложной схемы выявить на приемной стороне ошибки, возникшие при передаче (отсутствие одной из частот, присутствие более двух частот). При необходимости можно запросить повторную передачу комбинации, принятой с ошибкой. Это позволяет повысить достоверность передачи. В многочастотном коде используются частоты разговорного спектра, и потому этот код пригоден для передачи сигналов по уплотненным линиям. В качестве сигнальных используются частоты f0=700, f1=900, f2=1100, f4=1300, f7=1500, f11=1700 Гц (индексы 0, 1, 2, 4, 7 и 11 подобраны так, чтобы их сумма в каждой комбинации давала ту цифру, которую эта комбинация обозначает; исключение составляет только цифра 0).
Показанная на рис. 8.4 передача кодовых комбинаций методом «импульсный челнок» напоминает прямые и обратные движения ткацкого челнока и происходит следующим образом. Вызывающее устройство (например, регистр) подключается к вызываемому устройству (например, к маркеру) и сигнализирует о своей готовности передать информацию. Маркер посылает сигнал запроса, и в ответ на него регистр передает некоторую часть информации. Затем от маркера вновь поступает сигнал запроса (или сигнал подтверждения приема), регистр передает следующую порцию информации и т. д. Передав всю информацию, регистр освобождается. При таком способе повышается достоверность передачи информации, но возрастает и время ее передачи. Метод «импульсный челнок» применяется в сетях сложной структуры. Он позволяет по-разному передавать информацию, накопленную в регистре. В зависимости от вида запроса, регистр может передать первую или следующую цифру номера, повторно передать цифру, а также перейти от одного способа передачи сигналов к другому.
Как видно на рис. 8.4, обмен сигналами начинается с сигнала обратного направления. Почти на каждый сигнал обратного направления следует ответный сигнал прямого направления. Длительность сигнала составляет 45+5 мс. Интервал между приемом и передачей — не менее 60 мс. Время ожидания очередного сигнала на входящей АТС составляет 200 — 250 мс, на исходящей — 3.5 — 4 с.
Кроме метода «импульсный челнок» для передачи регистровых сигналов используются также методы «импульсный пакет» и «без интервальный импульсный пакет». Они применяются тогда, когда необходимо передавать накопленную информацию с более высокой скоростью, что обычно требуется при взаимодействии местной АТС с АМТС.
При передаче сигналов методом «импульсный пакет» накопленные кодовые комбинации передаются по одной команде подряд одна за другой с интервалами, необходимыми для того, чтобы приемное устройство успевало перестроиться на прием очередной комбинации. В процессе обмена сигналами используются следующие выдержки времени: 71=50+5 мс — длительность передаваемых в пакете импульсов и пауз между ними; Т2=10 с — время ожидания
Метод «безынтервальный импульсный пакет» используется в процедуре автоматического определения номера вызывающего абонента (АОН) и предусматривает передачу кодовых комбинаций без интервалов между ними, что значительно уменьшает время передачи. Разделение кодовых комбинаций на приемной стороне основано на обнаружении изменения составляющих их частот. Если в передаваемой последовательности цифр две или несколько цифр подряд одинаковы, то все четные из одинаковых цифр заменяются сигналом «Повторение». Например, если требуется передать номер 55433336, то вместо второй из двух идущих подряд «пятерок», как и вместо второй и четвертой из четырех идущих подряд «троек», будет передан сигнал «Повторение». Если обозначить этот сигнал символом х, то номер 55433336 будет передан как 5x43x3x6.
Любая АТС телефонной сети общего пользования, во-первых, должна «уметь» определять категорию и номер включенного в нее телефона вызывающего абонента, чтобы иметь возможность передать эту информацию по запросу вызванной стороны, и, во-вторых, должна «уметь» запрашивать и принимать такую информацию от встречной станции. АМТС или другая станция (узел), например, узел спецслужб (УСС) или ступень распределения вызовов (СРВ), запрашивает данные о категории и номере абонента с целью начисления платы за услугу, а также для определения права абонента пользоваться этой услугой. АТС может запрашивать информацию АОН и в случае, если абонентом, к которому поступил злонамеренный вызов, заказана услуга определения источника такого вызова.
На АТС предусматривается возможность приема запроса и передачи информации АОН на разных этапах установления соединения, а именно:
• после занятия соединительной линии (в случае вызовов к АМТС);
• при ожидании ответа;
• при ответе вызываемого абонента;
• во время разговора.
Передача информации АОН должна производиться при приеме запроса — сигнала «Ответ», сопровождаемого частотным сигналом 500 Гц. Запрос может поступать многократно в любой фазе соединения. Каждый запрос, начиная со второго, предваряется сигналом «Снятие ответа», по которому соединение переводится в предответное состояние.
Сигнал 500 Гц может поступить на АТС через 10-400 мс после сигнала «Ответ». Минимальное время между двумя запросами составляет 0.3+0.05 с; максимальное время фактически не ограничено, однако при связи с АМТС оно не превышает 1.2+0.1 с. Максимальное количество запросов при вызове АМТС — не более трех (АМТС повторяет запрос после неудачной попытки определения номера), при вызове местной АТС — не более двух, при вызовах справочно-информационных, заказных и экстренных служб — не ограничено.
Цикл передаваемой информации должен содержать одну цифру категории и семь цифр номера вызывающего абонента, а также один знак, отмечающий начало (конец) информации. В одном «безынтервальном пакете» (т.н. «кодограмме АОН»), должно содержаться не менее 13 знаков.
Порядок следования цифр в «безынтервальном пакете» должен быть следующим:
• начало передачи (комбинация 13);
• цифра категории абонента;
• цифра единиц номера;
• цифра десятков номера;
• цифра сотен номера;
• цифра тысяч номера;
• цифра десятков тысяч (третья цифра индекса станции);
• цифра сотен тысяч (вторая цифра индекса станции);
• цифра миллионов (первая цифра индекса станции);
• начало передачи (комбинация 13).
Независимо от нумерации в местной телефонной сети (5-ти, 6-тизначная) АТС должна всегда передавать информацию АОН в виде семизначного за нового номера. Цифрами, дополняющими номер станции до семизначного, могут быть 2 или 0 или индекс системной сети «ab». Таким образом, информация АОН, передаваемая способом «безынтервальный пакет», представляет собой последовательность двухчастотных комбинаций кода «2 из 6», без пауз между ними. Длительность передачи каждой комбинации равна 40+1 мс. Соответствие передаваемых частот и информации АОН представлено в табл. 8.3.
В начале параграфа отмечались недостатки декадного набора и преимущества многочастотной сигнализации, однако и она не лишена целого ряда недостатков. Помимо присущих любой внутри полосной сигнализации ограничений информационного содержания сигналов, быстродействия и помехоустойчивости, она не исключает возможность имитации пользователем частотных сигналов, что может обмануть оператора или нарушить работу сети. Это же справедливо и в отношении АОН.