Сети с коммутацией каналов обладают несколькими важными общими свойствами независимо от того, какой тип мультиплексирования в них используется.

Сети с динамической коммутацией требуют предварительной процедуры установления соединения между абонентами. Для этого в сеть передается адрес вызываемого абонента, который проходит через коммутаторы и настраивает их на последующую передачу данных. Запрос на установление соединения маршрутизируется от одного коммутатора к другому и в конце концов достигает вызываемого абонента. Сеть может отказать в установлении соединения, если емкость требуемого выходного канала уже исчерпана. Для FDM-коммутатора емкость выходного канала равна количеству частотных полос этого канала, а для TDM-коммутатора - количеству тайм-слотов, на которые делится цикл работы канала. Сеть отказывает в соединении также в том случае, если запрашиваемый абонент уже установил соединение с кем-нибудь другим. В первом случае говорят, что занят коммутатор, а во втором - абонент. Возможность отказа в соединении является недостатком метода коммутации каналов.

Если соединение может быть установлено, то ему выделяется фиксированная полоса частот в FDM-сетях или же фиксированная пропускная способность в TDM-сетях. Эти величины остаются неизменными в течение всего периода соединения. Гарантированная пропускная способность сети после установления соединения является важным свойством, необходимым для таких приложений, как передача голоса, изображения или управления объектами в реальном масштабе времени. Однако динамически изменять пропускную способность канала по требованию абонента сети с коммутацией каналов не могут, что делает их неэффективными в условиях пульсирующего трафика.

Недостатком сетей с коммутацией каналов является невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей.

Сети с коммутацией каналов хорошо приспособлены для коммутации потоков данных постоянной скорости, когда единицей коммутации является не отдельный байт или пакет данных, а долговременный синхронный поток данных между двумя абонентами. Для таких потоков сети с коммутацией каналов добавляют минимум служебной информации для маршрутизации данных через сеть, используя временную позицию каждого бита потока в качестве его адреса назначения в коммутаторах сети.

Обеспечение дуплексного режима работы на основе технологий FDM, TDM и WDM

В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи данных по линии связи делятся на следующие типы:

o симплексный - передача осуществляется по линии связи только в одном направлении;

o полудуплексный - передача ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени. Примером такой передачи служит технология Ethernet;

o дуплексный - передача ведется одновременно в двух направлениях.

Дуплексный режим - наиболее универсальный и производительный способ работы канала. Самым простым вариантом организации дуплексного режима является использование двух независимых физических каналов (двух пар проводников или двух световодов) в кабеле, каждый из которых работает в симплексном режиме, то есть передает данные в одном направлении. Именно такая идея лежит в основе реализации дуплексного режима работы во многих сетевых технологиях, например Fast Ethernet или АТМ.

Иногда такое простое решение оказывается недоступным или неэффективным. Чаще всего это происходит в тех случаях, когда для дуплексного обмена данными имеется всего один физический канал, а организация второго связана с большими затратами. Например, при обмене данными с помощью модемов через телефонную сеть у пользователя имеется только один физический канал связи с АТС - двухпроводная линия, и приобретать второй вряд ли целесообразно. В таких случаях дуплексный режим работы организуется на основе разделения канала на два логических подканала с помощью техники FDM или TDM.

Модемы для организации дуплексного режима работы на двухпроводной линии применяют технику FDM. Модемы, использующие частотную модуляцию, работают на четырех частотах: две частоты - для кодирования единиц и нулей в одном направлении, а остальные две частоты - для передачи данных в обратном направлении.

При цифровом кодировании дуплексный режим на двухпроводной линии организуется с помощью техники TDM. Часть тайм-слотов используется для передачи данных в одном направлении, а часть - для передачи в другом направлении. Обычно тайм-слоты противоположных направлений чередуются, из-за чего такой способ иногда называют «пинг-понговой» передачей. TDM-разделение линии характерно, например, для цифровых сетей с интеграцией услуг (ISDN) на абонентских двухпроводных окончаниях.

В волоконно-оптических кабелях при использовании одного оптического волокна для организации дуплексного режима работы применяется передача данных в одном направлении с помощью светового пучка одной длины волны, а в обратном - другой длины волны. Такая техника относится к методу FDM, однако для оптических кабелей она получила название разделения по длине волны (Wave Division Multiplexing, WDM). WDM применяется и для повышения скорости передачи данных в одном направлении, обычно используя от 2 до 16 каналов.

Коммутация пакетов

Принципы коммутации пакетов

Коммутация пакетов - это техника коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Суть проблемы заключается в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер - и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может составлять 1:50 или 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут использоваться - часть тайм-слотов или частотных полос коммутаторов будет занята и недоступна другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных - запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рис. 2.29). Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

Рис. 2.29. Разбиение сообщения на пакеты

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета (рис. 2.30). В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

Рис. 2.30. Сглаживание пульсаций трафика в сети с коммутацией пакетов

Действительно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это делается в сетях с коммутацией каналов. При этом способе время взаимодействия этой пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому. Простои канала во время пауз передачи абонентов не интересуют, для них важно быстрее решить свою собственную задачу. Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее.

Тем не менее общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике коммутации каналов. Это происходит потому, что пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени. Поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико. На рис. 2.30 показано, что трафик, поступающий от конечных узлов на коммутаторы, очень неравномерно распределен во времени. Однако коммутаторы более высокого уровня иерархии, которые обслуживают соединения между коммутаторами нижнего уровня, загружены более равномерно, и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования.

Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов связи) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и с помощью имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока она не завершит свое выполнение. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной.

Глобальные связи на основе сетей с коммутацией каналов

Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся пропускная способность такой линии всегда находится в распоряжении взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных связей - при наличии N удаленных локальных сетей, которые интенсивно обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N-l)/2 выделенных линий. Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются услуги телефонных сетей, так как их коммутаторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся телефонными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои локальные сети.

Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных каналов. Более точно, цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в, цифровом виде и в которых используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации, а аналоговыми - сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В последние годы происходил достаточно интенсивный процесс замены коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут работать по технологии TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонентские окончания у нее останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла использовать факт существования большого количества сетей, в которых основная часть коммутаторов являются цифровыми.

К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Intergrated Services Digital Network). Службы Switched 56 появились в ряде западных стран в результате предоставления конечным абонентам цифрового окончания, совместимого со стандартами линий Т1. Эта технология не стала международным стандартом, и сегодня она вытеснена технологией ISDN, которая такой статус имеет.

Сети ISDN рассчитаны не только на передачу голоса, но и компьютерных данных, в том числе и с помощью коммутации пакетов, за счет чего они получили название сетей с интегральными услугами. Однако основным режимом работы сетей ISDN остается режим коммутации каналов, а служба коммутации пакетов обладает слишком низкой по современным меркам скоростью - обычно до 9600 бит/с. Поэтому технология ISDN будет рассмотрена в данном разделе, посвященном сетям с коммутацией каналов. Новое поколение сетей с интеграцией услуг, названное B-ISDN (от broadband - широкополосные), основано уже целиком на технике коммутации пакетов (точнее, ячеек технологии АТМ), поэтому эта технология будет рассмотрена в разделе, посвященном сетям с коммутацией пакетов.

Комутація каналів і пакетів

Коммутация каналов является доминирующей технологией передачи речи и данных. Связь с коммутацией каналов предполагает, что имеется заранее определенный тракт связи между двумя станциями. Этот тракт - связанная последовательность каналов между узлами эти. В каждом физическом канале для данного соединения выделяется логический канал. Связь с коммутацией каналов включает три фазы, которые можно рассмотреть на примере (рис. 1.).

1. Установление соединения . Прежде чем можно будет передать какие-то сигналы, должно быть установлено сквозное соединение (от станции к станции). Например, станция А посылает узлу 4 запрос, требуя соединения со станцией Е . Как правило, канал от А до 4 является выделенным, т.е. часть соединения уже существует. Узел 4 должен найти следующий участок маршрута по направлению к узлу 6. На основе данных маршрутизации и сведений о доступности и, возможно, стоимости узел 4 выбирает канал к узлу 5, занимает в нем свободный логический канал (с использованием частотного или временного уплотнения) и посылает сообщение с требованием соединения с Е . Теперь, создан выделенный тракт от А через 4 до 5. Поскольку к узлу 4 может быть подключено много станций, этот узел должен быть способен создавать внутренние тракты от многих станций ко многим узлам . Остальная часть процесса выполняется подобным образом. Узел 5 выделяет канал к узлу 6 и внутри сети подключает этот канал к каналу от узла 4. Узел 6 завершает соединение, устанавливая канал к Е . В заключение определяется, занята станция Е или готова к приему соединения.

2. Передача данных . Теперь можно передать по сети информацию от А к Е . Данные могут быть аналоговыми или цифровыми, в зависимости от природы сети. Поскольку развитие средств связи происходит в направлении к полностью интегрированным цифровым сетям, господствующим методом, как для голоса, так и для данных становится цифровая (двоичная) передача. Тракт связи образуют: канал А-4 , внутренняя коммутация в узле 4; канал 4-5, внутренняя коммутация в 5; канал 5-6, внутренняя коммутация в 6; канал 6-Е . Как правило, соединение является дуплексным.

3. Разрыв соединения . После некоторого периода передачи данных соединение завершается, обычно это действие инициирует одна из двух станций. Узлам 4, 5 и 6 должны быть переданы сигналы на освобождение выделенных ресурсов .

Заметьте, что тракт соединения устанавливается до того, как начинается передача данных. Следовательно, канал между каждыми двумя узлами должен иметь резерв пропускной способности, а каждый узел должен иметь свободную коммутационную способность, чтобы обслужить требуемое соединение. Коммутаторы должны уметь самостоятельно выделять эти ресурсы и определять маршрут через сеть.

Коммутация каналов может быть довольно неэффективной . Ресурсы каналов выделяются на весь срок действия соединения, даже если данные фактически не передаются. При передаче голосовых данных степень использования может быть дольно высокой, но все же не достигает 100%.

При соединении терминала и компьютера канал большую часть времени может оставаться неиспользуемым . На степень использования влияет задержка начала передачи сигналов, требуемая для установления связи. Но как только соединение будет установлено, наличие сети становится практически незаметным для пользователей. Информация передается с постоянной скоростью без задержек, исключая лишь задержку при распространении по каналам. Задержка на каждом узле незначитель на.

Метод коммутации каналов был создан для обслуживания голосового обмена, но теперь он используется и при обмене данными. Наиболее известный пример сети с коммутацией каналов - телефонная сеть общего пользования (рис. 2). Она фактически представляет собой совокупность национальных сетей, которые соединяются для обслуживания международных звонков. Хотя эта сеть первоначально была разработана и построена для аналоговых абонентов-телефонов, она обслуживает значительный поток данных через модемы и постепенно превращается в цифровую сеть. Еще один известный пример использования коммутации каналов - ведомственные телефонные сети, применяемые для соединения телефонов в здании или офисе. Коммутация каналов также применяется в частных сетях. Как правило, такую сеть создает корпорация или другая большая организация для связи между своими филиалами. Такая сеть обычно состоит из ведомственных систем в каждом филиале, соединенных выделенными линиями, предоставленными каким-либо оператором связи. Последний распространенный пример использования коммутации каналов - коммутатор данных. Коммутатор данных подобен ведомственной телефонной станции, но предназначен для соединения устройств обработки цифровых данных, таких, как терминалы и компьютеры.

Рис. 2. Пример соединения через общедоступную сеть с коммутацией каналов

Общедоступную сеть связи можно описать с использованием четырех универсальных архитектурных компонентов.

− Абоненты . Устройства, которые подключаются к сети. До сих пор большую часть абонентских устройств в общедоступных сетях связи составляют телефоны, но доля устройств передачи данных год от года растет.

− Абонентская линия . Канал между абонентом и сетью. Называется также абонентским шлейфом или абонентским каналом. Почти во всех абонентских линиях используются витые пары. Длина абонентской линии обычно составляет от нескольких километров до нескольких десятков километров.

− Коммутаторы . Центры коммутации в сети. Центр коммутации, который непосредственно обслуживает абонентов, называется конечной станцией . Как правило, конечная станция обслуживает тысячи абонентов в ограниченной области. Например, в США имеется более 19 000 конечных станций, поэтому нереально для каждой конечной станции иметь прямую линию к каждой из других конечных станций; потребовалось бы порядка 2×10 8 каналов. Взамен этого применяются промежуточные коммутаторы .

− Магистрали . Каналы между коммутаторами. Магистрали, благодаря частотному или временному уплотнению, содержат множество каналов звуковой частоты. Раньше магистрали назывались многоканальными линиями связи.

Абоненты соединяются непосредственно с конечной станцией, которая коммутирует телефонный обмен между абонентами и между абонентом и другими коммутаторами. Другие коммутаторы отвечают за маршрутизацию и коммутацию телефонного обмена между конечными станциями. Это различие показано на рис. 3. Соединение между двумя абонентами, подключенными к одной и той же конечной станции, создается таким же образом, как описано выше. Если абоненты подключены к разным конечным станциям, соединение между ними стоит из цепи соединений через одну или более промежуточных станций. На рисунке соединение между абонентами а и b создается путем их простой коммутации через конечную станцию. Установка соединения между c и d более сложна. На конечной станции абонента с устанавливается соединение между линией абонента с и одним каналом магистрали с временным уплотнением к промежуточному коммутатору. В промежуточном коммутаторе этот канал соединяется с каналом с временным уплотнением, ведущим к конечной станции абонента d . На этой конечной станции канал соединяется с линией абонента d .

Рис. 3. Установка соединения

Технология коммутации каналов развивалась под воздействием тех же требований, которые предъявлялись к передаче голосовых сигналов.

Одно из таких требований - как можно меньшая задержка при передаче сигналов и, конечно, отсутствие изменений во время этой задержки . Должна была поддерживаться постоянная скорость передачи сигнала, поскольку передача и прием осуществляются при одной и той же скорости. Выполнение этих требований необходимо, чтобы происходил обычный разговор людей. Кроме того, качество принимаемого сигнала должно быть достаточно высоким, чтобы, как минимум, обеспечивать разборчивость речи.

Коммутация каналов стала широко распространенной и доминирующей потому, что она хорошо подходит для аналоговой передачи голосовых сигналов. В сегодняшнем цифровом мире ее неэффективность очевидна. Однако, несмотря на свою неэффективность, коммутация каналов остается привлекательной технологией как для локальных, так и для глобальных сетей. Одно из ее главных преимуществ - незаметность для пользователя. Когда соединение установлено, для подключенных станций оно кажется прямым, никакая дополнительная сетевая логика на этих станциях не требуется.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра сетей связи и систем коммутации

Методические указания

и контрольные задания

по дисциплине

СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ

для студентов заочной формы обучения 4 курса

(направление 210700, профиль - СС)

Москва 2014

План УМД на 2014/2015 уч.г.

Методические указания и контрольные

по дисциплине

СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ

Составитель: Степанова И.В., профессор

Издание стереотипное. Утверждено на заседании кафедры

Сети связи и системы коммутации

Рецензент Маликова Е.Е., доцент

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСУ

Дисциплина «Системы коммутации» часть вторая изучается на втором семестре четвертого курса студентами заочного факультета специальности 210406 и является продолжением и дальнейшим углублением аналогичной дисциплины, изучаемой студентами на предыдущем семестре.

В данной части курса рассмат­риваются принципы обмена информацией управления и взаимодействия между системами коммутации, основы проектирования цифровых систем ком­мутации (ЦСК).

По курсу читаются лекции, выполняются курсовой проект и лаборатор­ные работы. Сдается экзамен и защищается курсовой проект. Самостоятель­ная работа по освоению курса заключается в проработке материала учебника и учебных пособий, рекомендованных в методических указаниях, и в выпол­нении курсового проекта.

Если у студента при изучении рекомендованной литературы возникнут затруднения, то вы можете обратиться на кафедру сетей связи и систем коммутации с целью получения необходимой консультации. Для этого в письме не­обходимо указать название книги, год издания и страницы, где изложен не­ясный материал. Курс следует изучать последовательно, тема за темой, как это рекомендовано в методических указаниях. При таком изучении к сле­дующему разделу курса следует переходить после того, как вы ответите на все контрольные вопросы, являющиеся вопросами экзаменационных биле­тов, и решите рекомендованные задачи.

Распределение времени в часах студента для изучения дисциплины «Системы коммутации», часть 2, приведено в таблице 1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Гольдштейн Б.С. Системы коммутации. – СПб.:БХВ – Санкт-Петербург, 2003. – 318 с.: ил.

2. Лагутин В. С., Попова А. Г., Степанова И. В. Цифровые системы коммутации каналов в телекоммуникационных сетях связи. – М., 2008. - 214с.

Дополнительная

3.Лагутин В.С., Попова А.Г., Степанова И.В. Подсистема пользователя телефонии для сигнализации по общему каналу. – М. «Радио и связь», 1998.–58 с.

4. Лагутин В.С., Попова А.Г., Степанова И.В. Эволюция интеллектуальных служб в конвергентных сетях. – М.,2008. – 120с.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Сигнализация 2ВСК и R 1,5, сценарий обмена сигналами между двумя АТС.

2.Управление абонентскими данными на цифровой АТС. Анализ аварийных сообщений цифровой АТС.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА

Особенности построения цифровых систем коммутации каналов

Следует изучить особенности построения систем коммутации каналов на примере цифровой АТС типа EWSD. Рассмотреть характеристики и функции цифровых блоков абонентского доступа DLU, реализацию удаленного абонентского доступа. Рассмотреть характеристики и функции линейной группы LTG. Изучить построение коммутационного поля и типовой процесс установления соединения .

Цифровая система коммутации EWSD (Digital Electronic Switching System) разработана фирмой Siemens как универсальная система коммутации каналов для телефонных сетей общего пользования. Пропускная способность коммутационного поля системы EWSD состав­ляет 25200 Эрланг. Число обслуженных вызовов в ЧНН может достигать 1 млн. вызовов. Система EWSD при использовании в качестве АТС позволяет подключать до 250 тысяч абонентских линий. Узел связи на базе этой системы позволяет коммутировать до 60 тысяч соединительных линий. Телефонные станции в контейнерном исполнении позволяют подключать от нескольких сотен до 6000 удаленных абонентов. Выпускаются коммутационные центры для сотовых сетей связи и для организации международной связи. Предусмотрены широкие возможности ор­ганизации путей второго выбора: до семи путей прямого выбора плюс один путь последнего выбора. Могут выделяться до 127 тарифных зон. В течение одного дня тариф может меняться до восьми раз. Генератор­ное оборудование обеспечивает высокую степень стабильности выраба­тываемых частотных последовательностей:

в плезиохронном режиме – 1 10 -9 , в синхронном режиме –1 10 -11 .

Система EWSD рассчитана на использование источни­ков электропитания -60В или -48В. Допускается из­менение температуры в диапазоне 5-40 ° С при влажности 10-80%.

Аппаратные средства EWSD подразделяются на пять основных подсистем (см. рис.1): цифровой абонентский блок (DLU); линейная группа (LTG); коммутационное поле (SN); управляющее устройство сети сигнализации по общему каналу (CCNC); координационный процессор (СР). Каждая подсистема имеет хотя бы один микропроцессор, обозначенный GP. Используются системы сигнализации R1,5 (зарубежный вариант R2), по общему каналу сигнализации №7 SS7 и ЕDSS1. Цифровые абонентские блоки DLU обслуживают: аналоговые абонентские линии; абонентские линии пользователей цифровых сетей с интеграцией служб (ISDN); аналоговые учрежденческие подстанции (УПАТС); цифровые УПАТС. Блоки DLU обеспечивают возможность включения аналоговых и цифровых телефонных аппаратов, многофункциональных терминалов ISDN. Пользователям ISDN предоставляются каналы (2B+D), где В=64 кбит/с - стандартный канал аппаратуры ИКМ30/32, D-канал передачи сигнализации со скоростью 16 кбит/с. Для передачи информации между EWSD и другими системами коммутации используются первичные цифровые соединительные линии (ЦСЛ, англ. РDС) - (30В+1D+синхронизация) на скорости передачи 2048 кбит/с (или на скорости 1544 кбит/с в США).

Рис.1. Структурная схема системы коммутации EWSD

Может использоваться локальный или дистан­ционный режим работы DLU. Удаленные блоки DLU устанавливаются в местах концентрации абонентов. При этом уменьшается длина абонентских линий, а трафик на цифровых соединительных линиях концентри­руется, что приводит к уменьшению затрат на органи­зацию сети распределения и повышает качество передачи.

Применительно к або­нентским линиям допустимым считается сопротивление шлейфа до 2 кОм и сопротивление изоляции - до 20 кОм. Система коммутации мо­жет воспринимать импульсы набора номера от дискового номеронаби­рателя, поступающие со скоростью 5-22 имп/с. Прием сигналов частотно­го набора номера ведется в соответствии с Рекомендацией ССITТ REC.Q.23.

Высокий уровень надежности обеспечивается за счет: подключения каждого DLU к двум LTG; дублирования всех блоков DLU с разделением нагрузки; непрерывно выполняемых тестов самоконтроля. Для передачи управляющей информации между DLU и линейными группами LTG используется сигнализация по общему ка­налу (CCS) по временному каналу номер 16.

Главными элементами DLU являются (рис.2):

модули абонентских линий (SLM) вида SLMA для подключения аналоговых абонентских линий и вида SLMD для подключения абонентских линий ISDN;

два цифровых интерфейса (DIUD) для подключения цифровых систем передачи (PDC) к линейным группам;

два уст­ройства управления (DLUC), управляющих внутренними последовательностями DLU, распределяющих или концентрирующих сигнальные потоки, идущие к абонентским комплектам и от них. Для обеспечения надежности и повышения пропускной способности DLU содержит два контроллера DLUC. Они работают независимо друг от друга в режиме разделения задач. При отказе первого DLUC второй может принять на себя управление всеми задачами;

две сети управления для передачи управляющей информации между модулями абонентских линий и управляющими устройствами;

испытатель­ный блок (TU) для тестирования телефонов, абонентских и соединитель­ных линий.

Характеристики DLU изменяются при переходе от одной модификации к другой. Например, вариант DLUB предусматривает использование модулей аналоговых и цифровых абонентских комплектов с 16 комплектами в каждом модуле. К отдельному абонентскому блоку DLUB можно подключить до 880 аналоговых абонентских линий, а он подключается к LTG с помощью 60 каналов ИКМ (4096 Кбит/с). При этом потери из-за недостатка каналов должны быть практически равны нулю. Для выполнения этого условия пропускная способность одного DLUB не должна превышать 100 Эрл. Если окажется, что средняя нагрузка на один модуль больше 100 Эрл, то следует уменьшать число абонентских линий, включаемых в один DLUB. Могут быть объединены до 6 блоков DLUB в удаленный блок управления (RCU).

В таблице 1 представлены технические характеристики цифрового абонентского блока более современной модификации DLUG.

Таблица 1.Технические характеристики цифрового абонентского блока DLUG

При помощи отдельных линий могут подключаться монетные таксофоны, аналоговые учрежденческо-производственные автоматические телефонные станции РВХ (Private Automatic Branch Exchange) и цифровые РВХ малой и средней емкости.

Перечислим часть наиболее важных функций модуля абонентских комплектов SLMA для подключения аналоговых абонентских линий:

контроль линий для обнаружения новых вызовов;

питание постоянным напряжением с регулируемыми значениями тока;

аналого-цифровые и цифро-аналоговые преоб­разователи;

симметричное подключение вызывных сигналов;

контроль коротких замыканий шлейфа и коротких замыканий на землю;

прием импульсов декадного набора номера и при частотном наборе;

смена полярности питания (переполюсовка проводов для таксофонов);

подключение линейной стороны и стороны абонентского комплекта к многопозиционному тестовому переключателю, защита от перенапряжений;

развязка речевых сигналов по постоянному току;

преобразование двухпроводной линии связи в четырехпроводную линию.

Обращение к функциональным блокам, оборудованным соб­ственными микропроцессорами, осуществляется через сеть управления DLU. Блоки опрашиваются циклически на предмет готовности передачи сообщений, к ним осуществляется прямой доступ для передачи команд и данных. DLUC выполняет также программы испытания и наблюдения с целью распознавания ошибок.

Существуют следующие системы шин DLU: шины управления; шины 4096 кбит/с; шины обнаружения столкновений; шины передачи вызывных сигналов и тарифных импульсов. Сигналы, передаваемые по шинам, синхронизируются тактовыми импульсами. По шинам управления передается управляющая информация со скоростью передачи 187,5 кбит/с; причем эффективная скорость передачи данных составляет примерно 136 кбит/с.

По шинам 4096 кбит/с передаются речь/данные в модули абонентских линий SLM и обратно. Каждая шина имеет в обоих направлениях по 64 канала.

Каждый канал функционирует со скоростью передачи 64 кбит/с (64 х 64 кбит/с = 4096 кбит/с). Назначение каналов шин 4096 кбит/с каналам РDС является фиксированным и определяется через DIUD (см. рис.3). Подклю­чение DLU к линейным группам типа В, F или G (соответственно, типы LTGB, LTGF или LTGG) осуществляется по мультиплексным линиям 2048 кбит/с. DLU может подключаться к двум LTGB, двум LTGF (B) или к двум LTGG.

Линейная группа Line /Trunk Groupe (LTG) образует интерфейс между цифровой средой узла и цифровым коммутационным полем SN (рис.4). Группы LTG выполняют функ­ции децентрализованного управления и освобождают коор­динационный процессор CP от рутинной работы. Соединения между LTG и дублированным коммутационным полем осуществляются по вторичной цифровой линии связи (SDC). Скорость передачи по SDC в направлении от группы LTG к полю SN и в обратном направлении составляет 8192 кбит/с (сокращенно 8 Мбит/с).

Рис.3. Мультиплексирование, демультиплексирование и

передача управляющей информации в DLUC

Рис.4. Различные варианты доступа к LTG

Каждая из этих мультиплексных систем 8 Мбит/с имеет 127 временных интервалов со скоростью 64 кбит/с в каждом для переноса полезной информации, а один временной интервал со скоростью 64 кбит/с используется для передачи сообщений. Группа LTG передает и принимает речевую информацию через обе стороны коммутационного поля (SN0 и SN1), выполняя назначение соответствующему абоненту речевой информации из активного блока коммутационного поля. Другая сторона поля SN рассматривается как неактивная. При возникновении отказа через нее сразу начинаются передача и прием пользовательской информации. Напряжение электропитания LTG составляет +5В.

В LTG реализуются следующие функции обработки вызовов:

прием и интерпретация сигналов, поступающих по соединительным и
абонентским линиям;

передача сигнальной информации;

передача акустических тональных сигналов;

передача и прием сообщений в/из координационный процессор (СР);

передача отчетов в групповые процессоры (GP) и прием отчетов из
групповых процессоров других LTG (см. рис.1);

передача и прием запросов в/из контроллер сети сигнализации по общему каналу (CCNC);

управление сигнализацией, поступающей в DLU;

согласование состояний на линиях с состояниями стандартного интерфейса 8 Мбит/с с дублированным коммутационным полем SN;

установление соединений для передачи пользовательской информации.

Для реализации различных типов линий и способов сигнализации используются несколько типов LTG. Они отличаются реализацией аппаратных блоков и конкретными прикладными программами в групповом процессоре (СP). Блоки LTG имеют большое число модификаций, отличающихся использованием и возможностями. Например, блок LTG функции В используется для подключения: до 4 первичных цифровых линий связи вида PCM30 (ИКМ30/32) со скоростями передачи 2048 кбит/с; до 2 цифровых линий связи со скоростью передачи 4096 кбит/с для ло­кального доступа DLU.

Блок LTG функции С используется для подключения до 4 первичных цифровых линий связи со скоростями 2048 кбит/с.

В зависимости от назначения LTG (В или С) имеются различия в функциональном исполнении LTG, например, в программном обеспечении группового процессора. Исключение составляют современные модули LTGN, которые являются универсальными, и для того, чтобы изменить их функциональное назначение, необходимо «пересоздать» их программно с другой загрузкой (см. табл.2 и рис.4).

Табл.2. Технические характеристики линейной группы N (LTGN)

Как показано на рис.5, помимо стандартных интерфейсов 2 Мбит/с (РСМЗ0) система EWSD обеспечивает внешний системный интерфейс с более высокой скоростью передачи (155 Мбит/с) с мультиплексорами вида STM-1 сети синхронной цифровой иерархии SDH на волоконно-оптических линиях связи. Используется оконечный мультиплексор типа N (синхронный двойной оконечный мультиплексор, SMT1D-N) устанавливаемый на стативе LTGM.

Мультиплексор SMT1D-N может быть представлен в виде базовой конфигурации с 1xSTM1 интерфейсом (60хРСМЗ0) или в виде полной конфигурации с 2xSTM1 интерфейсами (120хРСМЗ0).

Рис.5. Включение SMT1 D-N в сеть

Коммутационное поле SN системы коммутации EWSD соединяет друг с другом подсистемы LTG, CP и CCNC. Главная его задача состоит в установлении соединений между группами LTG. Ка­ждое соединение одновременно устанавливается через обе половины (плоскости) коммутационного поля SN0 и SN1, так что в случае отказа одной из сторон поля всегда имеется резервное соединение. В системах коммутации типа EWSD могут применяться два типа коммутационного поля: SN и SN(B). Коммутационное поле типа SN(B) представляет собой новую разработку и отличается меньшими размерами, более высокой доступностью, снижением потребляемой мощности. Предусмотрены различные ва­рианты организации SN и SN(B):

коммутационное поле на 504 линейные группы (SN:504 LTG);

коммутационное поле на 1260 линейных групп(SN:1260 LTG);

коммутационное поле на 252 линейные группы (SN:252 LTG);

коммутационное поле на 63 линейные группы (SN:63 LTG).

Основными функциями коммутационного поля являются:

коммутация каналов; коммутация сообщений; переключение на резерв.

Коммутационное поле осуществляет коммутацию каналов и соединений со скоростью передачи 64 кбит/с (см. рис. 6). Для каждого соединения необходимы два соединительных пути (например, от вызывающего абонента к вызываемому и от вызываемого абонента к вызывающему). Координационный процессор осуществляет поиск свободных путей через коммутационное поле на основе хранимой в данный момент в запоминающем устройстве информации о занятости соединительных путей. Коммутация соединительных путей осуществляется управляющими устройствами коммутационной группы.

Каждое коммутационное поле имеет собственное управляющее устройство, состоящее из управляющего устройства коммутационной группы (SGC) и модуля интерфейса между SGC и блока буфера сообщений MBU:SGC. При минимальной емкости ступени 63 LTG в коммутации соединительного пути задействовано одно SGC коммутационной группы, однако при емкостях ступеней с 504, 252 или 126 LTG используются два или три SGC. Это зависит от того, соединяются ли абоненты с одной и той же группой временной коммутации TS или нет. Команды для установления соединения задаются каждому задействованному GP коммутационной группы процессором СР.

Кроме соединений, задаваемых абонентами путем набора номера, коммутационное поле коммутирует соединения между линейными группами и координационным процессором СР. Эти соединения используются для обмена управляющей информацией и называются полупостоянными коммутируемыми соединениями. Благодаря этим соединениям производится обмен сообщениями между линейными группами без затраты ресурсов блока координационного процессора. Некоммутируемые (nailed-up) соединения и соединения для сигнализации по общему каналу устанавливаются также по принципу полупостоянных соединений.

Коммутационное поле в системе EWSD характеризуется полной доступностью. Это означает, что каждое 8-разрядное кодовое слово, передаваемое по магистрали, входящей в коммутационное поле, может быть передано в любом другом временном интервале по магистрали, исходящей из коммутационного поля. Во всех магистралях со скоростью передачи 8192 кбит/с имеется по 128 каналов с пропускной способностью передачи 64 кбит/с каждый (128х64 =8192 кбит/с). Ступени коммутационного поля емкостью SN:504 LTG, SN:252 LTG, SN:126 LTG имеют следующую структуру:

одна ступень временной коммутации, входящая (TSI);

три ступени пространственной коммутации (SSM);

одна ступень временной коммутации, исходящая (TSO).

В состав станций малой и средней (SN:63LTG) входят:

одна входящая ступень временной коммутации (TSI);

одна ступень пространственной коммутации (SS);

одна исходящая ступень временной коммутации (TSО).

Рис.6. Пример установления соединения в коммутационном поле SN

Координационный процессор 113 (СР113 или СР113С) представляет собой мультипроцессор, емкость которого наращивается ступенями.В мультипроцессоре СР113С два или несколько идентичных процессоров работают параллельно с разделением нагруз­ки. Главными функциональными блоками мультипроцессора являются: основной процессор (ВАР) для обработки вызовов, эксплуатации и технического обслужива­ния; процессор обработки вызовов (CAP), предназначенный для обработки вызовов; общее запоминающее устрой­ство (CMY); контроллер ввода/вывода (IOC); процессор ввода/вывода (IOР). Каждый процессор ВАР, CAP и IOР содержит один модуль выполнения программы (РЕХ). В зависимости от того, должны ли они быть реализованы в качестве процессоров ВАР, процессоров CAP или контроллеров I0С активизируются специфичные аппаратные функции.

Перечислим основные технические данные ВАР, CAP и IOC. Тип процессора - MC68040, тактовая частота -25МГц, разрядность адреса 32 бита и разрядность данных 32 бита, разрядность слова - 32 бита данных. Данные локальной памяти: расширение - максимум 64 Мбайт (на основе DRAM 16M бит); ступень расширения 16Мбайт. Данные флэш-памяти EPROM: расширение 4 Мбайт. Координационный процессор СР выполняет следующие функции: обработку вы­зовов (анализ цифр номера, управление маршрутизацией, выбор зоны обслуживания, выбор пути в коммутационном поле, учет стоимости разговоров, управление данными о трафике, управление сетью); эксплуатацию и техническое обслуживание - осуществление ввода во внешние запоминающие устройства (ЕМ) и вывода от них, связь с тер­миналом эксплуатации и техобслуживания (ОМТ), связь с процессором передачи данных (DCP). 13

На панель SYP (см. рис.1) выводится внеш­няя аварийная сигнализация, например, информация о пожаре. Внешняя память ЕМ используется для хранения программ и данных, которые не должны постоянно хра­ниться в СР, всей системы прикладных программ для автоматического восстановления данных по тарификации телефонных разговоров и изменению трафика.

Программное обеспечение (ПО) ориентировано на выполнение определенных задач, соответствующих подсистемам EWSD. Операционная система (ОС) состоит из программ приближенных к аппаратным средствам и являющихся обычно одинаковыми для всех систем коммутации.

Максимальная производительность СР по обработке вызо­вов составляет свыше 2700000 вызовов в час наибольшей нагрузки. Характеристики CP системы EWSD: ем­кость запоминающего устройства - до 64 Мбайт; емкость адресации - до 4 Гбайт; магнитная лента - до 4 устройств, по 80 Мбайт каждое; магнитный диск - до 4 устройств, по 337 Мбайт каждое.

Задачей буфера сообщений Message Buffer (МВ) является управление обменом сообщениями:

между координационным процессором СР113, и группами LTG;

между СР113 и контроллерами коммутационных групп SGCB) коммутационного поля;

между группами LTG;

между группами LTG и контроллером сети сигнализации по общему каналу CCNC.

Через МВ могут быть переданы следующие типы информации:

сообщения посылаются от DLU, LTG и SN к координационному процессору СР113;

отчеты посылаются от одного LTG к другому (отчеты маршрутизируются через СР113, но не обрабатываются им);

инструкции посылаются от CCNC к LTG и от LTG к CCNC, они маршрутизируются через СР113, но не обрабатываются им;

команды посылаются от СР113 к LTG и SN. МВ преобразует информацию для передачи через вторичный цифровой поток (SDC) и посылает ее в LTG и SGC.

В зависимости от ступени емкости, дублированное устройство МВ может содержать до четырех групп буферов сообщений (MBG). Эта возможность реализована в сетевом узле с избыточностью, то есть в состав МВ0 входят группы MBG00...MBG03, а в состав МВ1 - группы MBG10...MBG13.

Системы коммутации EWSD с сигнализацией по общему каналу по системе № 7 оборудованы управляющим уст­ройством сети сигнализации по общему каналу ССNС . К устройству CCNC можно подключить до 254 звеньев сигнализации через аналого­вые или цифровые линии связи.

Устройство CCNC подключается к коммутационному полю по уплотненным линиям, имеющим скорость пе­редачи 8 Мбит/с. Между CCNC и каждой плоскостью коммутационного поля имеется 254 канала для каждого направления передачи (254 па­ры каналов).

По каналам передаются данные сигнализации через обе плоскости SN к линейным группам и от них со скоростью 64 кбит/с. Аналоговые сигнальные тракты подключаются к CCNC через модемы. CCNC состоит: из максимально 32 групп с 8 оконечными устройствами сигнальных трактов каждая (32 группы SILT); одного дублированного процессора системы сигнализации по общему каналу (CCNP).

Контрольные вопросы

1.В каком блоке выполняется аналого-цифровое преобразование?

2. Сколько аналоговых абонентских линий может быть максимально включено в DLUB? На какую пропускную способность рассчитан этот блок?

3. На какой скорости передается информация между DLU и LTG, между LTG и SN?

4. Перечислите основные функции коммутационного поля. На какой скорости реализуется соединение между абонентами.

5. Перечислите варианты организации коммутационного поля системы EWSD.

6. Перечислите основные ступени коммутации с коммутационном поле.

7.Рассмотрите прохождение разговорного тракта через коммутационное поле системы коммутации EWSD.

8. Какие функции обработки вызова реализуются в блоках LTG?

9. Какие функции реализует бок МВ?

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11

Выделенные линии представляют собой наиболее надежное средство соединения локальных сетей через глобальные каналы связи, так как вся пропускная способность такой линии всегда находится в распоряжении взаимодействующих сетей. Однако это и наиболее дорогой вид глобальных связей - при наличии N удаленных локальных сетей, которые интенсивно обмениваются данными друг с другом, нужно иметь Nx(N-l)/2 выделенных линий. Для снижения стоимости глобального транспорта применяют динамически коммутируемые каналы, стоимость которых разделяется между многими абонентами этих каналов.

Наиболее дешевыми оказываются услуги телефонных сетей, так как их коммутаторы оплачиваются большим количеством абонентов, пользующихся телефонными услугами, а не только абонентами, которые объединяют свои локальные сети.

Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования абонентских и магистральных каналов. Более точно, цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в, цифровом виде и в которых используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации, а аналоговыми - сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. В последние годы происходил достаточно интенсивный процесс замены коммутаторов телефонных сетей на цифровые коммутаторы, которые работают на основе технологии TDM. Однако такая сеть по-прежнему останется аналоговой телефонной сетью, даже если все коммутаторы будут работать по технологии TDM, обрабатывая данные в цифровой форме, если абонентские окончания у нее останутся аналоговыми, а аналого-цифровое преобразование выполняется на ближней к абоненту АТС сети. Новая технология модемов V.90 смогла использовать факт существования большого количества сетей, в которых основная часть коммутаторов являются цифровыми.

К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Intergrated Services Digital Network). Службы Switched 56 появились в ряде западных стран в результате предоставления конечным абонентам цифрового окончания, совместимого со стандартами линий Т1. Эта технология не стала международным стандартом, и сегодня она вытеснена технологией ISDN, которая такой статус имеет.

Сети ISDN рассчитаны не только на передачу голоса, но и компьютерных данных, в том числе и с помощью коммутации пакетов, за счет чего они получили название сетей с интегральными услугами. Однако основным режимом работы сетей ISDN остается режим коммутации каналов, а служба коммутации пакетов обладает слишком низкой по современным меркам скоростью - обычно до 9600 бит/с. Поэтому технология ISDN будет рассмотрена в данном разделе, посвященном сетям с коммутацией каналов. Новое поколение сетей с интеграцией услуг, названное B-ISDN (от broadband - широкополосные), основано уже целиком на технике коммутации пакетов (точнее, ячеек технологии АТМ), поэтому эта технология будет рассмотрена в разделе, посвященном сетям с коммутацией пакетов.

Пока географическая распространенность аналоговых сетей значительно превосходит распространенность цифровых, особенно в нашей стране, но это отставание с каждым годом сокращается.