close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Sutyagin seti i telekommunikacii uchebnoe posobie 2018

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение
высшего образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и
информатики»
__________________________________________________________________________________
_____
Кафедра автоматической электросвязи
Сутягин К.А.
Сети и телекоммуникации
Учебное пособие
1
Обратная сторона титульного листа
УДК 621.395.
БКК
Рекомендовано к изданию методическим советом ПГУТИ протокол,
№ 30 от 18.04
2018 г.
Рецензент:
Зав. кафедрой ПОУТС ПГУТИ д.т.н. профессор Тарасов В.Н.
Сутягин К.А.
Сети и телекоммуникации: учебное пособие/ К.А. Сутягин – Самара
ПГУТИ, 2018. - 104с.
Учебное пособие содержит обзор основных аспектов построения
телекоммуникационных
сетей,
сетей
следующего
поколения,
интеллектуальных сетей, методов их расчета, элементов их оборудования
и протоколов взаимодействия, используемых в сетях следующего
поколения. инженерия». Учебное пособие подготовлено на основании
государственных стандартов высшего образования для студентов
факультета ФИСТ в соответствии с рабочими программами направлений
подготовки
02.03.03
«Математическое
обеспечение
и
администрирование информационных систем», 09.03.01- «Информатика и
вычислительная техника», 09.03.04 - «Программная инженерия».
Предназначено для подготовки бакалавров очной, заочной и
дистанционной форм обучения. Может быть использовано бакалаврами и
магистрами смежных направлений подготовки.
2
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие предназначено для преподавания дисциплины
«Сети и телекоммуникации» студентам очной, заочной и дистанционной
форм обучения по направлениям подготовки: 02.03.03- «Технология
программирования» (профиль подготовки: Математическое обеспечение
информационных систем), 09.03.01 - «Информатика и вычислительная
техника» (профиль подготовки: Программное обеспечение
средств
вычислительной
техники и автоматизированных систем) и 09.03.04 «Программная инженерия» (профиль подготовки: Разработка программноинформационных систем). Материалы, помещенные в учебном пособии,
могут быть использованы студентами смежных направлений подготовки
Учебное пособие состоит из трех разделов, которые содержат
описание сетей электросвязи, принципов коммутации и сетей следующего
поколения.
В первом разделе рассмотрены различные виды классификации
сетей связи, в том числе категории сетей, которые входят в состав единой
сети электросвязи Российской Федерации. Приведены сведения о системах
нумерации и классификации вычислительных систем, принципах
построения локальных вычислительных сетей и применяемых топологиях.
Во втором разделе описываются основные принципы коммутации,
системы с коммутацией каналов и коммутацией пакетов, основы
построения сетей подвижной радиотелефонной связи. Приводятся
основные понятия и методы расчета нагрузки на примере телефонных
сетей городской связи.
Третий раздел содержит информацию о сетях связи следующего
поколения (ССП). Это концептуальные положения построения ССП, и
конкретно используемые протоколы установления сеансов связи,
взаимодействия различного оборудования и передачи данных. Подробно
рассмотрена структура построения гибкого коммутатора и особенности
работы шлюзов.
3
1. КЛАССИФИКАЦИЯ, НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ
СЕТЕЙ СВЯЗИ
1.1 Общие принципы построения сети связи
Сеть связи – это совокупность аппаратных и программных средств,
предназначенных для приема, обработки и передачи информации
конечных пользователей.
Сеть связи относится к классу больших систем, которые обладают
рядом свойств:
- большое количество элементов,
- охват большой территории;
Исходя из свойств большинства систем, выделим главные
компоненты сети связи:
Сеть связи= направляющая среда (НС) +
+ система передачи (СП) +
+ система коммутации (СК).
Составные части направляющих систем: медный кабель
(металлический), эфир, оптоволокно обеспечивает передачу информации с
помощью электрических токов, электромагнитных волн, световых волн.
Система передачи позволяет организовать в НС несколько каналов
или трактов.
Система коммутации обеспечивает по запросам пользователей
подключение каналов или трактов, их отключение по окончанию сеанса
связи. Кроме того, в качестве компонентов выступают: оконечное
терминальное оборудование, система электропитания, система
микроклимата, синхронизация трактовая и сетевая.
1.1.2 История развития СС в России
В 60-е г.г. появилась программа построения сети связи ХХ века:
ЕАСС- Единая Автоматизированная Сеть Связи.
Рисунок 1.1- Эволюция сетей связи Российской Федерации
4
Основные составляющие ЕАСС могут быть представлены
следующим образом:
Медный кабель
ЕАСС= радиоэфир
ВЛС (воздушные
линии связии)
+
Аналоговые
системы
передач
с ЧРК
Аналоговые
+
системы
коммутации
(ДШАТС, АТСК )
То есть, ЕАСС – аналоговая сеть связи с разделением каналов, в
основном по частоте, как показано на рисунке 1.2.
АСП
АСП
АСК
АСК
ТА
ААЛ
ИКМ
ААЛ
ААЛ
Канал ТЧ
Канал ТЧ
f
Канал ТЧ
Канал ТЧ
Рисунок 1.2 – Структура ЕАСС
Основные составляющие ВСС РФ (Взаимоувязанная сеть связи
Российской Федерации) могут быть представлены следующим образом:
Медный кабель
Цифровые
ВСС РФ =
Радиоэфир
ВОЛС
Цифровые СП:
+
ИКМ (PDH),
xWDM
+
СК
WDM – мультиплексирование по длине волны, спектральное
уплотнение.
D – плотное DWDM;
С – грубое CWDM;
Х – множество XWDM;
Таким образом, ВСС РФ – это цифровая сеть связи или интегральная
цифровая сети (ISDN).
В 2005 году началось создание ЕСЭ РФ – единая сеть электросвязи
РФ.
Медный кабель
Цифровые СК
ЕСЭ РФ= Радиоэфир
пакетная СС
WDM
Цифровые СП:
+
PDH, SDH,
ВОЛС
Цифровые
+
СК
ВОЛС
5
В перспективе ЕСЭ РФ должна быть в виде NGN (Next Generation
Network- Сеть связи следующего поколения), сеть в которой основным
способом передачи и коммутации является пакетные технологии.
1.1.3 Архитектура ЕСЭ РФ
В состав ЕСЭ РФ входят:
- сети общего пользования – предоставляют услуги без ограничения
любым пользователям.
- сети ограниченного пользования:
- технологические сети (ведомственные сети ВСС РФ);
- сети специального назначения – сети связи для управления, нужд
обороны, охраны;
- выделенные сети связи (в ВСС РФ нет) – присоединенные (сеть не
имеет выхода сеть общего пользования)
Критерии классификации сетей входящих в ЕСЭ РФ (рис 1.3):
1)
по категориям:
- общего пользования;
- ограниченного пользования;
2) по функциональным признакам (в соответсвтии с NGN):
- транспортные сети, обеспечивающие передачу информации в
едином формате в виде пакетов;
-сети доступа, обеспечивающие унифицированное подключение
различных терминалов к единой транспортной сети;
Рис. 1.3. Структура ЕСЭ РФ
3) по типу присоединяемых абонентских терминалов:
- фиксированной связи;
- подвижной связи (DECT);
4) по способу организации каналов:
6
-первичные сети: совокупность сетевых узлов, каналов,
трактов, используемых для передачи различных видов информации по
одной технологической базе (SDH);
- вторичные сети: совокупность узлов коммутации, каналов,
трактов, предназначенных для передачи определенного вида информыции
(ТФ, ПД, газет, ТВ);
5) по территориальному делению:
- международные сети;
- междугородные (магистральные) сети;
- зоновые (региональные, внутризоновые) – зона единой
семизначной нумерации, которая имеет трехзначный код АВС;
- местные сети (городские, сельские, ведомственные, ЛВС);
6) по кодам нумерации:
- сети географических кодов АВС;
- сети негеографических кодов DEF;
7) по выполнению требований:
- безопасности;
- защите: 1 класс – наивысшая степень защиты,
2 класс магистральные сети.(стоп)
8) по количеству служб электросвязи:
- мультисервисные;
- моносервисные;
9) по видам коммутации:
- некоммутируемые на выделенных каналах,
- коммутируемые (КК,КП,КС);
10) по характеру сред распространения:
- проводные;
- радио сети (наземные, спутниковые);
- смешанные;
11) по месту на рынке:
- сеть оператора занимаемого существенное положение,
- другие операторы.
Направления развития цифровых сетей связи в России определила
реализация проекта цифровой магистрали ТСЛ (транссибирская линия):
линия Москва – Хабаровск (7500 км).
1.1.4 Классификация сетей связи по закону о связи РФ
Федеральную связь (статья 11) образуют все организации и
государственные
органы,
осуществляющие
и
обеспечивающие
электросвязь и почтовую связь на территории Российской Федерации.
7
Материально-техническую основу федеральной связи составляют
Единая сеть электросвязи Российской Федерации и сеть почтовой связи
Российской Федерации.
Единая сеть электросвязи Российской Федерации (статья 12)
состоит из расположенных на территории Российской Федерации сетей
электросвязи следующих категорий:
- сеть связи общего пользования;
- выделенные сети связи;
- технологические сети связи, присоединенные к сети связи общего
пользования;
- сети связи специального назначения и другие сети связи для
передачи информации при помощи электромагнитных систем.
Для сетей электросвязи, составляющих единую сеть электросвязи
Российской Федерации, федеральный орган исполнительной власти в
области связи определяет порядок их взаимодействия, а в
предусмотренных законодательством Российской Федерации случаях порядок централизованного управления сетью связи общего пользования.
В зависимости от категорий сетей связи (за исключением сетей связи
специального назначения, а также выделенных и технологических сетей
связи, если они не присоединены к сети связи общего пользования)
устанавливает требования к их построению, управлению или нумерации,
применяемым
средствам
связи,
организационно-техническому
обеспечению устойчивого функционирования сетей связи, в том числе в
чрезвычайных ситуациях, защиты сетей связи от несанкционированного
доступа к ним и передаваемой посредством их информации.
Операторы связи всех категорий сетей связи единой сети
электросвязи
Российской Федерации обязаны создавать системы
управления своими сетями связи, соответствующие установленному
порядку их взаимодействия.
1.1.5 Сеть связи общего пользования
Сеть связи общего пользования предназначена для возмездного
оказания услуг электросвязи любому пользователю услугами связи на
территории Российской Федерации и включает в себя сети электросвязи,
определяемые географически в пределах обслуживаемой территории и
ресурса нумерации и не определяемые географически в пределах
территории Российской Федерации и ресурса нумерации, а также сети
связи, определяемые по технологии реализации оказания услуг связи.
Сеть связи общего пользования представляет собой комплекс
взаимодействующих сетей электросвязи, в том числе сети связи для
распространения программ телевизионного вещания и радиовещания.
8
Сеть связи общего пользования имеет присоединение к сетям связи
общего пользования иностранных государств.
1.1.6 Выделенные сети связи
Выделенными сетями связи являются сети электросвязи,
предназначенные для возмездного оказания услуг электросвязи
ограниченному кругу пользователей или группам таких пользователей.
Выделенные сети связи могут взаимодействовать между собой.
Выделенные сети связи не имеют присоединения к сети связи общего
пользования, а также к сетям связи общего пользования иностранных
государств.
Технологии и средства связи, применяемые для организации
выделенных сетей связи, а также принципы их построения
устанавливаются собственниками или иными владельцами этих сетей.
Выделенная сеть связи может быть присоединена к сети связи
общего пользования с переводом в категорию сети связи общего
пользования, если выделенная сеть связи соответствует требованиям,
установленным для сети связи общего пользования. При этом выделенный
ресурс нумерации изымается и предоставляется ресурс нумерации из
ресурса нумерации сети связи общего пользования.
Оказание услуг связи операторами выделенных сетей связи
осуществляется на основании соответствующих лицензий в пределах
указанных в них территорий и с использованием нумерации, присвоенной
каждой выделенной сети связи в порядке, установленном федеральным
органом исполнительной власти в области связи.
1.1.7 Технологические сети связи
Технологические сети связи предназначены для обеспечения
производственной
деятельности
организаций,
управления
технологическими процессами в производстве.
Технологии и средства связи, применяемые для создания
технологических сетей связи, а также принципы их построения
устанавливаются собственниками или иными владельцами этих сетей.
При наличии свободных ресурсов технологической сети связи часть
этой сети может быть присоединена к сети связи общего пользования с
переводом в категорию сети связи общего пользования для возмездного
оказания
услуг
связи
любому
пользователю
на
основании
соответствующей лицензии. Такое присоединение допускается, если:
- часть технологической сети связи, предназначаемая для
присоединения к сети связи общего пользования, может быть технически,
9
или программно, или физически отделена собственником от
технологической сети связи;
- присоединяемая к сети связи общего пользования часть
технологической сети связи соответствует требованиям функционирования
сети связи общего пользования.
Части технологической сети связи, присоединенной к сети связи
общего пользования, выделяется ресурс нумерации из ресурса нумерации
сети связи общего пользования в порядке, установленном федеральным
органом исполнительной власти в области связи.
Собственник или иной владелец технологической сети связи после
присоединения части этой сети связи к сети связи общего пользования
обязан вести раздельный учет расходов на эксплуатацию технологической
сети связи и ее части, присоединенной к сети связи общего пользования.
Технологические сети связи могут быть присоединены к
технологическим сетям связи иностранных организаций только для
обеспечения единого технологического цикла.
1.1.8 Сети связи специального назначения
Сети связи специального назначения предназначены для нужд
государственного управления, обороны страны, безопасности государства
и обеспечения правопорядка.
Эти сети не могут использоваться для возмездного оказания услуг
связи, если иное не предусмотрено законодательством Российской
Федерации.
Связь для нужд государственного управления, в том числе
президентская связь, правительственная связь, связь для нужд обороны
страны, безопасности государства и обеспечения правопорядка
осуществляется в порядке, определенном законодательством Российской
Федерации.
Расходы на финансирование обеспечения связи для нужд
государственного управления, обороны страны, безопасности государства
и обеспечения правопорядка предусматриваются федеральным законом о
федеральном
бюджете
на
соответствующий
год
в
составе
соответствующих расходов.
Подготовка и использование ресурсов единой сети электросвязи
Российской Федерации для обеспечения функционирования сетей связи
специального назначения осуществляются в порядке, установленном
Правительством Российской Федерации.
Центры управления сетями связи специального назначения
обеспечивают их взаимодействие с другими сетями единой сети
электросвязи Российской Федерации в порядке, установленном
федеральным органом исполнительной власти в области связи.
10
Приложение к разделу 1
Основные понятия, используемые в Федеральном законе о связи
Для целей настоящего Федерального закона используются
следующие основные понятия:
1) абонент - пользователь услугами связи, с которым заключен
договор об оказании таких услуг при выделении для этих целей
абонентского номера или уникального кода идентификации;
2) выделение полосы радиочастот - разрешение в письменной форме
на использование конкретной полосы радиочастот, в том числе для
разработки, модернизации, производства в Российской Федерации и (или)
ввоза на территорию Российской Федерации радиоэлектронных средств
или высокочастотных устройств с определенными техническими
характеристиками;
3) высокочастотные устройства - оборудование или приборы,
предназначенные для генерирования и использования радиочастотной
энергии в промышленных, научных, медицинских, бытовых или других
целях, за исключением применения в области электросвязи;
4) использование радиочастотного спектра - обладание разрешением
на пользование и (или) фактическое пользование полосой радиочастот,
радиочастотным каналом или радиочастотой для оказания услуг
электросвязи и других не запрещенных федеральными законами или
иными нормативными правовыми актами Российской Федерации целей;
5) конверсия радиочастотного спектра - совокупность действий,
направленных на расширение использования радиочастотного спектра
радиоэлектронными средствами гражданского назначения;
6) линейно-кабельные сооружения связи - сооружения электросвязи
и иные объекты инженерной инфраструктуры, созданные или
приспособленные для размещения кабелей связи;
7) линии связи - линии передачи, физические цепи и линейнокабельные сооружения связи;
8) монтированная емкость - величина, характеризующая
технологические возможности оператора связи по оказанию на
определенной территории Российской Федерации услуг электросвязи,
услуг присоединения и услуг по пропуску трафика и измеряемая
техническими возможностями оборудования, введенного в сеть оператора
связи;
9) нумерация - цифровое, буквенное, символьное обозначение или
комбинации таких обозначений, в том числе коды, предназначенные для
однозначного определения (идентификации) сети связи и (или) ее узловых
или оконечных элементов;
11
10) пользовательское оборудование (оконечное оборудование) технические средства для передачи и (или) приема сигналов электросвязи
по линиям связи, подключенные к абонентским линиям и находящиеся в
пользовании абонентов или предназначенные для таких целей;
11) оператор, занимающий существенное положение в сети связи
общего пользования;
12) оператор, который вместе с аффилированными лицами обладает
в географически определенной зоне нумерации или на всей территории
Российской Федерации не менее чем двадцатью пятью процентами
монтированной емкости либо имеет возможность осуществлять пропуск не
менее чем двадцати пяти процентов трафика;
13) оператор связи - юридическое лицо или индивидуальный
предприниматель,
оказывающие
услуги
связи
на
основании
соответствующей лицензии;
14) оператор универсального обслуживания - оператор связи,
который оказывает услуги связи в сети связи общего пользования и на
которого в порядке, предусмотренном настоящим Федеральным законом,
возложена обязанность по оказанию универсальных услуг связи;
15) организация связи - юридическое лицо, осуществляющее
деятельность в области связи в качестве основного вида деятельности.
Положения настоящего Федерального закона, регулирующие деятельность
организаций связи, применяются соответственно к индивидуальным
предпринимателям, осуществляющим деятельность в области связи в
качестве основного вида деятельности;
16) пользователь радиочастотным спектром - лицо, которому
выделена полоса радиочастот либо присвоены (назначены) радиочастота
или радиочастотный канал;
17) пользователь услугами связи - лицо, заказывающее и (или)
использующее услуги связи;
18) присвоение (назначение) радиочастоты или радиочастотного
канала - разрешение в письменной форме на использование конкретной
радиочастоты или радиочастотного канала с указанием конкретного
радиоэлектронного средства, целей и условий такого использования;
19) радиопомеха - воздействие электромагнитной энергии на прием
радиоволн, вызванное одним или несколькими излучениями, в том числе
радиацией, индукцией, и проявляющееся в любом ухудшении качества
связи, ошибках или потерях информации,которых можно было бы
избежать при отсутствии воздействия такой энергии;
20) радиочастота - частота электромагнитных колебаний,
устанавливаемая
для
обозначения
единичной
составляющей
радиочастотного спектра;
21) радиочастотный спектр - совокупность радиочастот в
установленных Международным союзом электросвязи пределах, которые
12
могут быть использованы для функционирования радиоэлектронных
средств или высокочастотных устройств;
22) радиоэлектронные средства - технические средства,
предназначенные для передачи и (или) приема радиоволн, состоящие из
одного или нескольких передающих и (или) приемных устройств либо
комбинации таких устройств и включающие в себя вспомогательное
оборудование;
23) распределение полос радиочастот - определение предназначения
полос радиочастот посредством записей в Таблице распределения полос
радиочастот между радиослужбами Российской Федерации, на основании
которых выдается разрешение на использование конкретной полосы
радиочастот, а также устанавливаются условия такого использования;
24) ресурс нумерации - совокупность или часть вариантов
нумерации, которые возможно использовать в сетях связи;
25) сеть связи - технологическая система, включающая в себя
средства и линии связи и предназначенная для электросвязи или почтовой
связи;
26) современный функциональный эквивалент сети связи минимальный набор современных средств связи, обеспечивающий
качество и существующий объем услуг,оказываемых в сети связи;
27) сооружения связи - объекты инженерной инфраструктуры, в том
числе здания, строения, созданные или приспособленные для размещения
средств связи и кабелей электросвязи;
28) средства связи - технические и программные средства,
используемые для формирования, приема, обработки, хранения, передачи,
доставки сообщений электросвязи или почтовых отправлений, а также
иные технические и программные средства, используемые при оказании
услуг связи или обеспечении функционирования сетей связи;
29) трафик - нагрузка, создаваемая потоком вызовов, сообщений и
сигналов,поступающих на средства связи;
30) универсальные услуги связи - услуги связи, оказание которых
любому пользователю услугами связи на всей территории Российской
Федерации в заданный срок, с установленным качеством и по доступной
цене
является
обязательным
для
операторов
универсального
обслуживания;
31) управление сетью связи - совокупность организационнотехнических
мероприятий,направленных
на
обеспечение
функционирования сети связи, в том числе регулирование трафика;
32) услуга связи - деятельность по приему, обработке, хранению,
передаче, доставке сообщений электросвязи или почтовых отправлений;
33) услуга присоединения - деятельность, направленная на
удовлетворение потребности операторов связи в организации
взаимодействия сетей электросвязи, при котором становятся возможными
13
установление соединения и передача информации между пользователями
взаимодействующих сетей электросвязи;
34) услуга по пропуску трафика - деятельность, направленная на
удовлетворение потребности операторов связи в пропуске трафика между
взаимодействующими сетями электросвязи;
35) электросвязь - любые излучение, передача или прием знаков,
сигналов, голосовой информации, письменного текста, изображений,
звуков или сообщений
любого рода по радиосистеме, проводной,
оптической и другим электромагнитным системам;
36)
электромагнитная
совместимость
способность
радиоэлектронных средств и (или) высокочастотных устройств
функционировать с установленным качеством в окружающей
электромагнитной обстановке и не создавать недопустимые радиопомех и
другим радиоэлектронным средствам и (или) высокочастотным
устройствам.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1.1. В чем причины возникновения системы с коммутацией
сообщений при передаче телеграмм?
1.2. Дальнейшее развитие системы с коммутацией сообщений?
1.3. В чем принципиальное отличие системы с коммутацией
сообщений от системы с коммутацией каналов?
1.4.Основные этапы цифровизации телефонных сообщений?
1.5. Основные виды сетей электросвязи?
1.6. Назначение сетей электросвязи?
1.7 Что такое Федеральная сеть?
1.8. Что такое cеть связи общего пользования?
1.9 Что такое выделенные сети?
1.10 Что такое сети специального назначения?
1.11 Что такое технологические сети?
1.12 Отличия вышеперечисленных сетей?
1.2. СИСТЕМА НУМЕРАЦИИ НА ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЯХ
ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ И IP НУМЕРАЦИЯ
1.2.1 Система нумерации на телефонных сетях общего
пользования
Номер- это десятичное число, последовательность цифр в котором
определена специальным планом. План – это формат и структура номеров,
используемых в данном плане. Различают международный план
нумерации и национальный план нумерации. Под национальным планом
14
нумерации понимается реализация международного плана в конкретной
стране, группе стран, глобальной службе или сети.
Международным планом нумерации каждой конкретной стране или
группе стран, глобальной службе или сети присвоен код, называемый
кодом страны. Например, для Мексики выделен код 52, для Финляндии –
358, США, Канаде и ещё группе стран Центральной Америки присвоен
общий код «1».Код 881 назначен МСЭ-Т для глобальных систем
подвижной спутниковой связи.
Главным принципом построения международного плана нумерации
является зоновый принцип. Третья Пленарная Ассамблея МККТТ(1964г.)
приняла план построения мировой нумерации и распределение кодов
между странами. Весь мир был разбит по географическому принципу на 9
зон, отличавшихся значением первого знака в коде страны:
зона стран Северной и Центральной Америки;
зона стран Африки;
3 и 4 - зона стран Европы и бассейна Средиземного моря;
5- зона стран Южной Америки;
6- зона стран Австралии и Океании;
7- зона России и Казахстана
8- зона стран Азии и Дальнего Востока
9- зона стран Азии и Ближнего Востока.
Национальная нумерация РФ так же построена по зоновому
принципу. Каждой зоне нумерации назначается свой трехзначный код.
В плане нумерации РФ используется понятие географической и
негеографической зон. Географическая зона организуется на территории
субъекта РФ и ей присваивается код ABC.
Негеографическая зона нумерации организуется на базе сети или
услуги и ей присваивается код DEF (сухопутные сети подвижной связи
(ССПС),
корпоративные
сети,
услуги,
предоставляемые
интеллектуальными сетями.
Структура национального плана нумерации РФ вид, приведенный на
рисунке 1.4.
В коде географической зоны нумерации АВС в соответствии с
принятым в 1999 г. новым планом нумерации седьмой зоны всемирной
нумерации в качестве «А» будут использоваться цифры 3, 4, 8.
Использование в качестве «А» цифр 0, 1, 2 не допускается.
15
Рисунок 1.4 - Структура национального плана нумерации РФ
Зоновый номер абонента, как правило, содержит семь знаков. При
семизначной нумерации на местных сетях зоновый номер совпадает с
абонентским номером. Для образования зонового номера абонента
местной телефонной сети центра субъекта РФ при пятизначной нумерации
в качестве «ab» используются цифры 22, при шестизначной нумерации в
качестве «a» используется цифра 2.
В понятие нумерации входит «префикс». Префикс-это десятичное
число, состоящее из одной или нескольких цифр, позволяющее выбрать
различные форматы номеров сети и/или служб. Префиксы разделяются на
международные, межзоновые (национальные) и местные.
Все абоненты местной сети должны иметь одинаковый по значности
номер. В настоящее время в качестве первой цифры номера абонента
нельзя использовать «0» (используется для выхода к спецслужбам) и «8»
(используется в качестве национального префикса).
Таким образом, действующие и планируемые префиксы имеют
следующий вид:
- международный префикс (Пмн) : «8-10»=> «00»;
- межзоновый или национальный префикс (Пн) – «8» => «0».
Кроме того, предусмотрено введение отдельных номеров: «112» служба спасения, «118» - справочная служба, «1» - выход на узел
спецслужб.
16
В соответствии с национальным планом нумерации на ГТС должна
применяться только закрытая система нумерации. Для нумерации
абонентов СТС в настоящее время может применяться как открытая, так и
закрытая система нумерации. В перспективе – только закрытая.
При закрытой системе нумерации число знаков абонентского номера
не зависит от места коммутационной станции в зоне нумерации и
маршрута установления соединения. Оно одинаково для всех абонентских
зон. При открытой системе нумерации число знаков абонентского номера
переменно и зависит от места АТС в зоне нумерации и маршрута
установления соединения.
1.2.2 IP нумерация V4
IP-адрес V4 имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде
четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной
форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 - традиционная
десятичная форма представления адреса, а «10000000 00001010 00000010
00011110» - двоичная форма представления этого же адреса.
Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера
узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая - к номеру
узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит
являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной
IP-адрес.
На рисунке 1.5 показана структура IP-адреса разных классов.
17
4 байта
1 байт
Класс А
0
3 байта
№ сети
№ узла
2 байта
2 байта
Класс B
1
0
№ сети
№ узла
1 байт
3 байта
Класс C
1
1
0
Класс D
1
1
1
0
Класс E
1
1
1
1
№ сети
№ узла
Адрес группы multicast
0
Зарезервирован
Рисунок 1.5- Структура IP-адреса разных классов
Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети
занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в
сети.
Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126 (номера 0 и 127
зарезервированы для специальных целей). Сетей класса А немного, зато
количество узлов в них может достигать 224, то есть 16 777 216 узлов.
Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В.
В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то
есть по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних
размеров с максимальным числом узлов 216, что составляет 65 536 узлов.
Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса
С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла - 8
бит. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них
ограничено 28, то есть 256 узлами.
Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является
адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в
18
пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет
должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.
Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит,
что данный адрес относится к классу Е, Адреса этого класса
зарезервированы для будущих применений.
В таблице 1.1 приведены диапазоны номеров сетей и максимальное
число узлов, соответствующих каждому классу сетей.
Таблица 2.1
Диапазоны номеров сетей
Класс
Первые
биты
Наименьший
адрес сети
A
B
C
D
E
0
10
110
1110
11110
1.0.0.0
128.0.0.0
192.0.0.0
224.0.0.0
240.0.0.0
Наибольший
адрес сети
Максимальное
число узлов
в сети
126.0.0.0
224
191.255.0.0
216
223.255.255.0
28
239.255.255.255 multicast
247.255.255.255 зарезервирован
При адресации необходимо учитывать те ограничения, которые
вносятся особым назначением некоторых IP-адресов. Так, ни номер сети,
ни номер узла не может состоять только из одних двоичных единиц или
только из одних двоичных нулей. Отсюда следует, что максимальное
количество узлов, приведенное в таблице для сетей каждого класса, на
практике должно быть уменьшено на 2.
Например, в сетях класса С под номер узла отводится 8 бит, которые
позволяют задавать 256 номеров: от 0 до 255. Однако на практике
максимальное число узлов в сети класса С не может превышать 254, так
как адреса 0 и 255 имеют специальное назначение. Из этих же
соображений следует, что конечный узел не может иметь адрес типа
98.255.255.255, поскольку номер узла в этом адресе класса А состоит из
одних двоичных единиц.
Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Он
используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в
пределах одной машины.
Когда программа посылает данные по IP-адресу 127.0.0.1, то
образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются
модулям верхнего уровня как только что принятые. Поэтому в IP-сети
запрещается присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся со 127. Этот
адрес имеет название loopback. Можно отнести адрес 127.0.0.0 ко
внутренней сети модуля маршрутизации узла, а адрес 127.0.0.1 - к адресу
этого модуля на внутренней сети.
19
На самом деле любой адрес сети 127.0.0.0 служит для обозначения
своего модуля маршрутизации, а не только 127.0.0.1, например 127.0.0.3.
Контрольные вопросы
2.1. Как организуется нумерация на Городских сетях связи?
2.2. Как организуется нумерация на междугородных сетях связи?
2.3. Как организуется нумерация на международных сетях связи?
2.4. Как организуется нумерация на внутриобластных сетях связи?
2.5. Сколько узлов может быть в классе С IP нумерации?
2.6. Сколько узлов может быть в классе В IP нумерации?
1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.
1. 3.1 Классификация Флинна архитектур вычислительных
сетей
Понятие архитектуры высокопроизводительной системы является
достаточно широким, поскольку под архитектурой можно понимать и
способ параллельной обработки данных, используемый в системе, и
организацию памяти, и топологию связи между процессорами, и способ
исполнения
системой
арифметических
операций.
Попытки
систематизировать все множество архитектур впервые были предприняты
в конце 60-х годов и продолжаются по сей день.
В 1966 г. М.Флинном (Flynn) был предложен чрезвычайно удобный
подход к классификации архитектур вычислительных систем. В его основу
было
положено
понятие
потока,
под
которым
понимается
последовательность элементов, команд или данных, обрабатываемая
процессором. Соответствующая система классификации основана на
рассмотрении числа потоков инструкций и потоков данных и описывает
четыре архитектурных класса:
SISD = Single Instruction Single Data
MISD = Multiple Instruction Single Data
SIMD = Single Instruction Multiple Data
MIMD = Multiple Instruction Multiple Data
SISD (single instruction stream / single data stream) – одиночный поток
команд и одиночный поток данных. К этому классу относятся
последовательные компьютерные системы, которые имеют один
центральный процессор, способный обрабатывать только один поток
последовательно исполняемых инструкций. В настоящее время
практически все высокопроизводительные системы имеют более одного
центрального процессора, однако каждый из них выполняет несвязанные
20
потоки инструкций, что делает такие системы комплексами SISD-систем,
действующих на разных пространствах данных. Для увеличения скорости
обработки команд и скорости выполнения арифметических операций
может применяться конвейерная обработка. В случае векторных систем
векторный поток данных следует рассматривать как поток из одиночных
неделимых векторов.
MISD (multiple instruction stream / single data stream) –
множественный поток команд и одиночный поток данных. Теоретически в
этом типе машин множество инструкций должно выполняться над
единственным потоком данных. До сих пор ни одной реальной машины,
попадающей в данный класс, создано не было.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) – одиночный
поток команд и множественный поток данных. Эти системы обычно имеют
большое количество процессоров, от 1024 до 16384, которые могут
выполнять одну и ту же инструкцию относительно разных данных в
жесткой
конфигурации.
Единственная
инструкция
параллельно
выполняется над многими элементами данных.
MIMD (multiple instruction stream / multiple data stream) –
множественный поток команд и множественный поток данных. Эти
машины параллельно выполняют несколько потоков инструкций над
различными потоками данных. В отличие от упомянутых выше
многопроцессорных SISD-машин, команды и данные связаны, потому что
они представляют различные части одной и той же задачи. Например,
MIMD-системы могут параллельно выполнять множество подзадач с
целью сокращения времени выполнения основной задачи. Большое
разнообразие попадающих в данный класс систем делает классификацию
Флинна не полностью адекватной. Действительно, и четырехпроцессорный
SX-5 компании NEC, и тысячепроцессорный Cray T3E попадают в этот
класс.
1.3.2 Основные классы вычислительных систем
Классификация архитектур вычислительных систем нужна для того,
чтобы понять особенности работы той или иной архитектуры, но она не
является достаточно детальной, чтобы на нее можно было опираться при
создании МВС, поэтому следует вводить более детальную классификацию,
которая связана с различными архитектурами ЭВМ и с используемым
оборудованием.
Можно
привести
следующую
классификацию
архитектур
параллельных ВС (рисю 1.6).
21
Рис. 1.6 Классы вычислительных систем
Машины SIMD распались на две подгруппы. В первую подгруппу
попадают многочисленные суперкомпьютеры и другие машины, которые
оперируют векторами, выполняя одну и ту же операцию над каждым
элементом вектора. Во вторую подгруппу попадают машины типа ILLIAC
IV, в которых главный блок управления посылает команды нескольким
независимым АЛУ.
В нашей классификации категория MIMD распалась на
мультипроцессоры (машины с памятью совместного использования) и
мультикомпьютеры (машины с передачей сообщений). Существует три
типа мультипроцессоров. Они отличаются друг от друга по способу
реализации памяти совместного использования. Они называются UMA
(Uniform Memory Access — архитектура с однородным доступом к
памяти), NUMA (NonUniform Memory Access — архитектура с
неоднородным доступом к памяти) и СОМА (Cache Only Memory Access
— архитектура с доступом только к кэш-памяти).
В машинах UMА каждый процессор имеет одно и то же время
доступа к любому модулю памяти. Иными словами, каждое слово памяти
можно считать с той же скоростью, что и любое другое слово памяти. Если
это технически невозможно, самые быстрые обращения замедляются,
чтобы соответствовать самым медленным, поэтому программисты не
увидят никакой разницы. Это и значит «однородный». Такая однородность
делает производительность предсказуемой, а этот фактор очень важен для
написания эффективной программы.
22
Мультипроцессор NUMA, напротив, не обладает этим свойством.
Обычно есть такой модуль памяти, который расположен близко к каждому
процессору, и доступ к этому модулю памяти происходит гораздо быстрее,
чем к другим. С точки зрения производительности очень важно, куда
помещаются программа и данные. Машины СОМА тоже с неоднородным
доступом, но по другой причине.
Во
вторую
подкатегорию
машин
MIMD
попадают
мультикомпьютеры, которые в отличие от мультипроцессоров не имеют
памяти совместного использования на архитектурном уровне. Другими
словами, операционная система в процессоре мультикомпьютера не может
получить доступ к памяти, относящейся к другому процессору, просто
путем выполнения команды LOAD. Ему приходится отправлять
сообщение и ждать ответа. Именно способность операционной системы
считывать слово из отдаленного модуля памяти с помощью команды
LOAD отличает мультипроцессоры от мультикомпьютеров. Как мы уже
говорили, даже в мультикомпьютере пользовательские программы могут
обращаться к другим модулям памяти с помощью команд LOAD и STORE,
но эту иллюзию создает операционная система, а не аппаратное
обеспечение. Разница незначительна, но очень важна. Так как
мультикомпьютеры не имеют прямого доступа к отдаленным модулям
памяти, они иногда называются машинами NORMA (NO Remote Memory
Access — без доступа к отдаленным модулям памяти).
1.3.3 Архитектурные свойства вычислительных систем
Масштабируемость (Scalability) вычислительных систем
Под масштабируемостью ВС понимается их способность к
наращиванию и сокращению ресурсов, возможность варьирования
производительности. Сложность (трудоемкость) задач, решаемых на
вычислительных средствах, постоянно растет. Для сохранения в течении
длительного времени за вычислительной системой способности быть
адекватным средством решения сложных задач необходимо, чтобы она
обладала архитектурным свойством масштабируемости. Это означает, в
частности, что производительность, достигнутую ВС на заданном
количестве вычислителей, можно увеличить, добавив еще один или
несколько вычислителей. Выполнение этого свойства ВС гарантируется
принципами модульности,
локальности,
децентрализованности
и
распределённости.
Свойство наращиваемости производительности предоставляет
потенциальную возможность решать задачи любой априори заданной
сложности. Однако для практической реализации этой возможности
требуется, чтобы алгоритм решения сложной задачи удовлетворял
23
условию локальности, а межмодульные пересылки информации слабо
влияли на время решения задачи. Это может быть достигнуто за счет
крупноблочного распараллеливания сложных задач и (или) аппаратурных
средств, позволяющих совместить межмодульные обмены информацией с
вычислениями.
Универсальность ВС. Вычислительные системы алгоритмически и
структурно универсальны.
Принято считать, что ЭВМ (основанные на модели вычислителя)
являются алгоритмически универсальными, если они обладают
способностью (без изменения своих структур) реализовать алгоритм
решения любой задачи. С другой стороны, ВС – это коллектив
вычислителей, каждый из которых обладает алгоритмической
универсальностью, следовательно, и система универсальна (в
общепринятом смысле).
В вычислительных системах могут быть реализованы не только
любые алгоритмы, доступные ЭВМ, но и параллельные алгоритмы
решения сложных задач. Последнее следует из определений модели
коллектива вычислителей и, в частности, алгоритма функционирования
ВС.
Структурная универсальность ВС – следствие воплощения
архитектурных принципов коллектива вычислителей, в частности,
принципа программируемости структуры. Суть этого принципа –
возможность автоматически (программно) порождать специализированные
(проблемно-ориентированные)
виртуальные конфигурации,
которые
адекватны структурам и параметрам решаемых задач.
Таким образом, вычислительные системы сочетают в себе
достоинства цифровой техники, где процесс вычислений в основном
задаётся алгоритмически (точнее: программно) и аналоговой техники, где
процесс вычислений предопределяется структурными схемами.
Структурная
универсальность
позволяет
говорить
и
о
специализированности ВС: для каждой задачи допустима автоматическая
настройка такой конфигурации из ресурсов ВС, которая наиболее
адекватна алгоритму решения задачи. Итак, вычислительная система –
это
средство,
в
котором
диалектически
сочетаются
противоположные свойства универсальности и специализированности.
Производительность (Performance) вычислительных систем
В отличие от ЭВМ, построенных на основе модели вычислителя, ВС
не
имеют
принципиальных
ограничений
в
наращивании
производительности. Рост производительности в них достигается за счёт
не только повышения физического быстродействия микроэлектронных
элементов, а главным образом увеличения числа вычислителей. Следует
подчеркнуть, что благодаря свойству однородности наращиваемость ВС
осуществляется простым подключением дополнительных вычислений без
24
конструктивных изменений первоначального состава системы. При этом
достигается простота настройки программного обеспечения на заданное
число вычислителей в системе. На основании последнего обеспечивается
совместимость ВС различной производительности.
Реконфигурируемость
(Programmability)
вычислительных
систем
Структурная и функциональная гибкости ВС вытекают из широких
возможностей систем по статической и динамической реконфигурации.
Статическая реконфигурация ВС обеспечивается: варьированием числа
вычислителей, их структуры и состава; выбором для вычислителей числа
полюсов для связи c другими вычислителями; возможностью построения
структур в виде графов, относящихся к различным классам;
допустимостью применения в качестве связей каналов различных типов,
различной физической природы и различной протяжённости и т.п.
Благодаря приспособленности ВС к статической реконфигурации
достигается адаптация системы под область применения на этапе её
формирования.
Динамическая реконфигурация ВС достигается возможностью
образования в системах таких подсистем, структуры и функциональные
организации которых адекватны входной мультипрограммной ситуации и
структурам решаемых задач. Следовательно, способность ВС к
динамической реконфигурации приводит к её высокой универсальности,
при которой достигается заданный уровень производительности при
решении широкого класса задач, реализуются известные в вычислительной
технике режимы функционирования (коллективное пользование, пакетная
обработка и др.), способы управления вычислительным процессом
(централизованный, децентрализованный и др.), структурные схемы
(изолированные вычислительные машины, системы из нескольких
процессоров и одной ЭВМ, системы из одной ЭВМ и нескольких
устройств памяти и т.п.) и способы обработки информации (конвейерный,
матричный, распределённый и др.).
Надёжность и живучесть вычислительных систем
Данные два понятия семантически близки, оба призваны
характеризовать архитектурные способности ВС по выполнению
возглавляемых на них функций. Однако каждое из них отражает
специфические особенности ВС по использованию исправных ресурсов
при переработке информации.
Под надёжностью (Reliability) ВС понимается ее способность к
автоматической
(программной)
настройке
и
организации
функционирования таких структурных схем, которые при отказах и
восстановлении
вычислителей обеспечивают заданный уровень
производительности или, говоря иначе, возможность использовать
фиксированное число исправных вычислителей (при реализации
25
параллельных программ решения сложных задач). Это понятие
характеризует возможности вычислительных систем по переработке
информации при наличии фиксированной структурной избыточности
(представленной частью вычислителей) и при использовании
параллельных программ с заданным числом ветвей.
Под живучестью (Robustness) ВС понимается свойство
программной настройки и организации функционирования таких
структурных схем, которые в условиях отказов и восстановления
вычислителей гарантируют при выполнении параллельной программы
производительность в заданных пределах или возможность
использования всех исправных вычислителей. Понятие живучести
вычислительных систем характеризует их способности по организации
отказоустойчивых вычислений или, говоря иначе, по реализации
параллельных программ, допускающих варьирование числа ветвей в
известных пределах.
При рассмотрении живучести ВС выделяют полный и частичный
отказы. Под полным отказом ВС понимается событие, состоящее в том,
что система теряет способность выполнять параллельную программу с
переменным числом ветвей. Частичным отказом считают событие, при
котором имеют место отказы вычислителей, однако сохраняется
возможность реализации на ВС параллельной программы с переменным
числом ветвей. Полный отказ делает производительность системы равной
нулю, а частичный отказ приводит лишь к некоторому снижению
производительности, т.е. к увеличению времени реализации параллельной
программы с переменным числом ветвей. Понятия полного и частичного
восстановления ВС очевидны.
В живучих ВС допустимо использование аппаратурной
избыточности на уровне отдельных функциональных устройств и узлов
вычислителей, однако эта избыточность играет лишь вспомогательную
роль.
Следует подчеркнуть, что
в живучей ВС в любой
момент функционирования используется суммарная производительность
всех исправных вычислителей. Из последнего следует, что программы
решения задач должны обладать свойством адаптируемости (под число
исправных вычислителей) и иметь информационную избыточность.
Самоконтроль и самодиагностика (Self-testing and Selfdiagnostics) вычислительных систем
Организация
надёжного
и
живучего
функционирования
вычислительных систем связана с контролем правильности их работы и с
локализацией неисправностей в них. В системах–коллективах
вычислителей может быть применён нетрадиционный подход к контролю
и диагностике:
26
1.
в качестве контрольно-диагностического ядра ВС могут быть
использованы любые исправные вычислители и в пределе ядро любого
произвольно выбранного вычислителя,
2.
выбор ядра системы и определение её исправности могут быть
произведены автоматически ( с помощью средств ВС).
Предлагаемый подход позволяет говорить о самоконтроле и
самодиагностике ВС. Заключение об исправности или неисправности
отдельных вычислителей системы принимается коллективно всеми
вычислителями на основе сопоставления их индивидуальных заключений
об исправности соседних с ними вычислителей.
Технико-экономическая эффективность
(Technical-economical
Efficiency) вычислительных систем
Конструктивная однородность позволяет резко сократить сроки
разработки и изготовления систем, приводит к высокой технологичности
производства, упрощает и статическую, и динамическую реконфигурации
ВС, облегчает их техническую эксплуатацию. Она существенно упрощает
процесс организации взаимодействий между вычислителями ВС и
облегчает создание программного обеспечения. Полнота воплощения трёх
основных принципов модели коллектива вычислителей позволяет заметно
ослабить зависимость между ростом производительности ВС и
увеличением трудоёмкости их проектирования и изготовления, а также
создания системного программного обеспечения. Они открывают
возможность
построения
высокопроизводительных
экономически приемлемых вычислительных систем при существующей
физико-технологической базе. Более того, возможность неограниченно
наращивать производительность позволяет применить для построения ВС
микроэлектронные элементы с быстродействием, далеким от предельного,
и следовательно, обладающие более высокой надежностью и меньшим
энергопотреблением. В свою очередь, последнее приводит к снижению
расходов на установку искусственного климата и содержание
эксплуатационного персонала ВС.
1. 3.4 Локальные вычислительные сети
Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть, сленг.
локалка; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть,
покрывающая обычно относительно небольшую территорию или
небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также
существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на
расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры).
Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к
локальным.
27
Здесь же следует упомянуть о таких важнейших понятиях , как
абонент, сервер, клиент.
Абонент (узел, хост, станция) — это устройство, подключенное к
сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего
абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может
быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство,
имеющее возможность напрямую подключаться к сети. Далее в курсе
вместо термина "абонент" для простоты будет использоваться термин
"компьютер".
Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет
свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким
образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и
совсем не обязательно, что сервер — самый мощный компьютер.
Выделенный (dedicated) сервер — это сервер, занимающийся только
сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания
сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера — это
сетевой принтер.
Клиентом называется абонент сети, который только использует
сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его
обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто
называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть
одновременно как клиентом, так и сервером. Под сервером и клиентом
часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них
программные приложения. В этом случае то приложение, которое только
отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только
пользуется сетевыми ресурсами — клиентом.
Задачи ЛС
Локальные сети позволяют отдельным пользователям легко и быстро
взаимодействовать друг с другом. Вот лишь некоторые задачи, которые
позволяет выполнять ЛС:

совместная работа с документами;

упрощение документооборота: вы получаете возможность
просматривать, корректировать и комментировать документы не покидая
своего рабочего места, не организовывая собраний и совещаний,
отнимающих много времени;

сохранение и архивирование своей работы на сервере, чтобы
не использовать ценное пространство на жестком диске ПК;

простой доступ к приложениям на сервере;

облегчение совместного использования в организациях
дорогостоящих ресурсов, таких как принтеры, накопители CD-ROM,
жесткие диски и приложения (например, текстовые процессоры или
программное обеспечение баз данных);
28
Компоненты локальной сети
Базовые компоненты и технологии, связанные с архитектурой
локальных сетей, могут включать в себя:
Аппаратное обеспечение:

Кабели;

Серверы;

Сетевые интерфейсные платы (NIC, Network Interface Card);

Концентраторы;

коммутаторы;

маршрутизаторы;

Серверы удаленного доступа.
Программное обеспечение:

Сетевая операционная система.

Сетевое ПО управления.

1.3.5 Топологии локальных сетей
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой)
компьютерной сети обычно понимается физическое расположение
компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их
линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде
всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко
проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от
пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может
производиться по собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип
используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы
управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.
И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать
об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках
надо.
Факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и
непосредственно связанные с понятием топология.
1)Исправность компьютеров (абонентов), подключенных к сети. В
некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей
сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не
мешает остальным абонентам обмениваться информацией.
2)Исправность сетевого оборудования, то есть технических средств,
непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы, разъемы и
т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может
сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним
абонентом.
29
3)Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, изза механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во
всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же
критично короткое замыкание в кабеле.
4)Ограничение
длины
кабеля,
связанное
с
затуханием
распространяющегося по нему сигнала. Как известно, в любой среде при
распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние
проходит сигнал, тем больше он затухает (рис. 1.7). Необходимо следить,
чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр, при
превышении которой затухание становится уже неприемлемым
(принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).
Рис. 1.7 Затухание сигнала при распространении по сети
Существует три базовые топологии сети:
Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной
линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно
передается всем остальным компьютерам (рис. 1.8).
Рис. 1.8 Сетевая топология шина
Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей
структурой
предполагает
идентичность
сетевого
оборудования
компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети.
Компьютеры в шине могут передавать информацию только по очереди, так
как линия связи в данном случае единственная. Если несколько
компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится
в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется
режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих
направлениях, но по очереди, а не одновременно).
В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный
абонент, через который передается вся информация, это увеличивает ее
30
надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся
управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно
просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве
случаев при использовании шины требуется минимальное количество
соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.
Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение
возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование
каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при
топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее из-за
широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего
наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не
слишком высока.
Рис. 1.9 Обрыв кабеля в сети с топологией шина
Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого
из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать
обмен.
Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне
работоспособные шины (рис. 1.9). Однако надо учитывать, что из-за
особенностей распространения электрических сигналов по длинным
линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины
специальных согласующих устройств, терминаторов. Без включения
терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что
связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения
кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже
между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой.
Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю
сеть.
Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может
вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно
локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять,
какой из них вышел из строя, невозможно.
При прохождении по линии связи сети с топологией шина
информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что
накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи.
Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в
зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет
дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.
31
Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно
допустимого уровня на длине Lпр, то полная длина шины не может
превышать величины Lпр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую
длину по сравнению с другими базовыми топологиями.
Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют
несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой
шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и
восстановителей сигналов — репитеров или повторителей (на рис. 1.10)
показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае
возрастает до 2 Lпр, так как каждый из сегментов может быть длиной
Lпр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться
бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью
распространения сигналов по линиям связи.
Рис. 1.10 Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера
Звезда (star) — к одному центральному компьютеру присоединяются
остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует
отдельную линию связи (рис. 1.11). Информация от периферийного
компьютера передается только центральному компьютеру, от
центрального — одному или нескольким периферийным.
32
Рис. 1.11 Сетевая топология звезда
Звезда — это единственная топология сети с явно выделенным
центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен
информацией идет исключительно через центральный компьютер, на
который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети,
он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование
центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем
оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов
(как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно
центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все
функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с
топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью
централизовано.
Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то
выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования
никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато
любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью
неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные
меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой
аппаратуры.
Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда
нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные
компьютеры могут нормально продолжать работу.
В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся
только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего
для их соединения используется две линии связи, каждая из которых
передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии
связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так
называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое
оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости
применения дополнительных, внешних терминаторов.
Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде
проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал
одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть
вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей,
соединяющий центр с периферийным абонентом, может иметь длину Lпр.
Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком
ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может
обслуживать не более 8—16 периферийных абонентов. В этих пределах
подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто
невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще
33
одного центрального абонента (в результате получается топология из
нескольких соединенных между собой звезд).
Звезда, показанная на рис. 1.11 носит название активной или
истинной звезды. Существует также топология, называемая пассивной
звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.12). В настоящее
время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда.
Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня
сети Ethernet.
В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а
специальное устройство — концентратор или, как его еще называют, хаб
(hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть
восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие
линии связи.
Рис. 1.12 Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема
Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной
или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как
информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем
остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не
существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в
этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет
целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами
звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно
поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет
истинную звезду, которая считается малоперспективной топологией.
Можно выделить также промежуточный тип топологии между
активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только
ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление
обменом, однако сам в обмене не участвует (так сделано в сети 100VGAnyLAN).
Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной)
состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это
34
позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности
путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что
невозможно, например, в случае шинной топологии), а также ограничивать
доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам
подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может
подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих
направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух
встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.
Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной,
так и пассивной) является значительно больший, чем при других
топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в
одну линию (как на рис. 1.5), то при выборе топологии звезда понадобится
в несколько раз больше кабеля, чем при топологии шина. Это существенно
влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.
Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в
кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в
одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию
только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает
информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 1.13).
Рис. 1.13. Сетевая топология кольцо
Кольцо — это топология, в которой каждый компьютер соединен
линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а
другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает
только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это
позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер
ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то
есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не
имеет никакого значения, важно только затухание между соседними
компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная
затуханием, составляет Lпр, то суммарная длина кольца может достигать
NLпр, где N — количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в
35
пределе будет NLпр/2, так как кольцо придется сложить вдвое. На
практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров
(например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно
превосходит любые другие топологии.
Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все
компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно
часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет
обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого
единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как
выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью
равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь один из
них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу
в данный момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности
топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально
рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу
(или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к
следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в
кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной
остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины,
максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико
(до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой
устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с
большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как
правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует
центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть
перегружен большими потоками информации. Кольцевая топология с
резервированием, которая получила широкое распространение на
городских сетях связи, представлена на рис.1.14.
Рис. 1.14 Сеть с двумя кольцами
Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры
сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого
36
оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный
недостаток кольца.
Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей
кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных
топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в
случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или
более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.
Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух
параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в
противоположных направлениях. Цель подобного решения — увеличение
(в идеале — вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при
повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем
(правда, предельная скорость уменьшится).
1.3.6 Другие топологии
Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется
также сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как
комбинацию нескольких звезд. Причем, как и в случае звезды, дерево
может быть активным или истинным (рис.1.15) и пассивным (рис. 1.16).
При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи
находятся центральные компьютеры, а при пассивном — концентраторы
(хабы).
Рис. 1.15 Топология активное дерево
Рис. 1.16. Топология пассивное дерево. К — концентраторы
37
Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди
которых наиболее распространены звездно-шинная (рис. 1.17) и звезднокольцевая (рис. 1.18).
Рис. 1.17. Пример звездно-шинной топологии
Рис. 1.18. Пример звездно-кольцевой топологии
В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация
шины и пассивной звезды. К концентратору подключаются как отдельные
компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется
физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной
топологии может использоваться и несколько концентраторов,
соединенных между собой и образующих так называемую магистральную,
опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются
отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается
звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко
комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также
легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки
зрения распространения информации данная топология равноценна
классической шине.
В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо
объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы
(изображенные на рис. 1.18 в виде прямоугольников), к которым в свою
очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных
38
линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в
замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют
замкнутый контур. Данная топология дает возможность комбинировать
преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы
позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.
Если говорить о распространении информации, данная топология
равноценна классическому кольцу.
В заключение надо также сказать о сеточной топологии (mesh), при
которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими
линиями связи, образующими сетку
Рис. 1.19. Сеточная топология: полная (а) и частичная (б)
В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан
со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа
компьютеров резко возрастает количество линий связи. Кроме того, любое
изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую
аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не
получила широкого распространения. Аналогия связь узлов коммутации
по принципу каждый с каждым.
Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только
для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы
информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные
узлы. Сеточная топология позволяет выбирать маршрут для доставки
информации от абонента к абоненту, обходя неисправные участки. С
одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же – требует
существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать
маршрут.
Контрольные вопросы
1.3.1.Что такое класс SISD?
1.3.2. Что такое класс SIMD?
1.3.3. Что такое класс MISD?
1.3.4. Что такое класс MIMD?
1.3.5. Что такое машина UMA?
1.3.6. Что такое машина NUMA?
1.3.7. Что такое машина COMA?
39
1.3.8. В чем недостатки топологии шина?
1.3.9. В чем достоинства топологии звезда?
1.3.10. В недостатки топологии кольцо?
1.3.11. Какие комбинированные топологии Вам известны?
2.КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ, СООБЩЕНИЙ И ПАКЕТОВ
2.1.1 Общие положения
Термин
«коммутация»
(switching)
означает
«включение/отключение». Сектор стандартизации международного союза
электросвязи МСЭ-Т (ITU-T) определил коммутацию, как «соединение
одного определенного из множества входов системы с одним
определенным из множества ее выходов, организуемое на время,
необходимое для обмена информацией между ними».Это определение
относится к коммутации каналов.
Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного
составного физического канала из последовательно соединенных
отдельных канальных участков для прямой передачи данных между
узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной
аппаратурой - коммутаторами (узлы коммутации-УК). В сети с
коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо
выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и
создается составной канал.
Сети с КК требуют предварительной процедуры установления
соединения между абонентами, для чего в сеть передается адрес
вызываемого абонента,который проходит через УК и настраивает их на
последующую передачу данных.
Так как УК, а также соединяющие их каналы, должны обеспечить
одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов, то в
сетях с КК используют технику мультиплексирования абонентских
каналов. В настоящее время используются две техники:
- техника частотного мультиплексирования (Frequency Division
Multiplexing – FDM);
- техника мультиплексирования с разделением времени (Time
Division Multiplexing - TDM).
Коммутация каналов может быть аналоговой и цифровой. При
аналоговой коммутации между конечными точками коммутируемого
40
канала сигнал передается в аналоговом виде. При цифровой коммутации
соединение устанавливается при помощи определенных операций над
цифровыми сигналами.
При коммутации пакетов (ПК) все передаваемые пользователем
сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие
части, называемые пакетами.
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. Пакеты транспортируются в сети как независимые
информационные блоки.
Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов сети с
коммутацией каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память
для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в
момент принятия пакета занят передачей другого пакета.
2.1.2 Коммутация пакетов
Соединение абонентов для телефонных переговоров осуществляет
посредством коммутационных устройств автоматическая телефонная
станция (АТС). Телефонный аппарат через скрученную пару абонентской
линии подключается к коммутационному блоку ближайшей АТС с
контактами для обслуживания до 512 абонентских линий. Несколько
смонтированных вместе блоков коммутации абонентских линий
составляют электронную коммутационную систему, которая может быть
запрограммирована на предоставление абонентам наряду с обычными
дополнительных видов обслуживания. Среди них наибольшее
распространение получили ждущий вызов (уведомление абонента,
говорящего по телефону, о поступлении нового вызова), переадресация
вызова при отсутствии вызываемого абонента, конференц-связь
(одновременное соединение с несколькими абонентами), сокращенный
набор номера и т.д.
Одна АТС может обслуживать многие тысячи подключенных к ней
абонентов. Если вызываемый абонент подключен к той же самой АТС, то
путь соединения не выходит за пределы абонентской сети данной АТС.
Если же вызываемый абонент подключен к другой АТС, то соединение
устанавливается через многоканальную соединительную линию. В случае
междугородного
вызова
соединение
устанавливается
через
междугородную телефонную станцию (МТС), которая обычно не имеет
подключенных
непосредственно
к
ней
абонентских
линий.
Международные вызовы осуществляются через станции межсетевого
41
сопряжения,
снабженные
специальным
оборудованием
для
преобразования сигналов и различных параметров передачи.
Коммутационная техника телефонных станций прошла через шесть
фаз развития: ручное переключение, панельный коммутатор, шаговый
искатель, координатный искатель, аналоговая электронная АТС и
цифровая электронная АТС. Последние два вида доминируют в настоящее
время в мировом телефонном сетевом трафике. В конце концов, как
ожидается, вся телефонная нагрузка будет обслуживаться цифровыми
электронными АТС. В более отдаленном будущем, возможно, появятся
фотонные АТС.
Первая аналоговая электронная АТС (на 4000 абонентов, с
компьютерным управлением) была введена в действие в 1965 (Сакасанна,
шт. Нью-Джерси). Она действовала на основе принципа коммутации с
пространственным разделением каналов; все изменения видов
обслуживания и других характеристик коммутации производились путем
программных, а не аппаратных изменений.
Линии цифровой передачи мультиплексированных речевых сигналов
начали действовать в 1962 в Чикаго. Такая передача требует
преобразования аналоговых по своей природе звуков речи в цифровой
сигнал методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Непрерывно
меняющаяся интенсивность звука определенной частоты заменяется
тысячами ее отдельных значений в секунду. Каждое дискретное значение
(для основной телефонной полосы частот 4000 Гц их 8000 в секунду)
преобразуется в 8-разрядный двоичный код, что дает стандартный
цифровой речевой сигнал с частотой следования 64 Кбит/с. Однако для
коммутации этот цифровой сигнал приходится преобразовывать в
аналоговый.
Первая цифровая электронная АТС, введенная в действие в 1982 в
Сенеке (шт. Иллинойс), допускала прямое подключение оптических
кабелей к абонентскому комплекту без предварительного фотонноэлектронного преобразования сигнала. Такая цифровая АТС модели 5ESS
стала в настоящее время одной из самых распространенных в мире.
Подобные АТС обслуживают уже около 60 млн. линий. В некоторых
странах они используются в качестве станций сопряжения с
международными сетями.
Эффективность
ИКМ-преобразования
повышается
компандированием – сжатием динамического диапазона сигнала при
передаче и расширением при приеме. В разных странах применяются два
несовместимых друг с другом метода ИКМ-компандирования. В США,
Канаде и немногих других странах используется закон компандирования с
мю-характеристикой, тогда как в остальных странах мира – с Aхарактеристикой. По международной договоренности страны с мю42
законом осуществляют преобразование кода, или транскодирование, мюA.
Введение новых иерархий волоконно-оптических сетей в странах с
мю- и A-законами компандирования вносит дополнительные усложнения.
Различия уже имеются в цифровых иерархиях проводных сетей Северной
Америки, Европы и Азии. Японская цифровая система представляет собой
вариант североамериканского стандарта. Остальные страны мира
пользуются стандартами, разработанными Конференцией европейских
управлений почты и телефонно-телеграфной связи (CEPT).
2.1.3 Среда передачи
Были спроектированы три поколения подводных оптических кабелей
с последовательно повышающейся скоростью мультиплексной передачи.
Кабели первого поколения (введенные в действие в конце 1988 и начале
1989) обеспечивают передачу со скоростью 280 Мбит/с на одну
волоконно-оптическую пару, а кабели второго поколения (введенные в
действие в 1992) – со скоростью 560 Мбит/с на пару. Кабели третьего
поколения (введенные в действие в середине 1990-х годов) обеспечивают
скорость передачи, равную 5 Гбит/с на одну волоконно-оптическую пару.
В кабелях третьего поколения применено промежуточное оптическое
усиление, исключающее необходимость в преобразовании импульсного
светового сигнала в электрический для регенерации. Благодаря этому
дополнительно повысились надежность, пропускная способность и
экономичность системы.
В настоящее время для волоконно-оптических систем вводятся
новые иерархии стандартов цифрового мультиплексирования: в США –
синхронная сеть оптической связи (SONET), в других странах мира –
система синхронной цифровой иерархии (SDH), причем первая из них
основана на мю-законе, а вторая – на A-законе кодирования–
декодирования. Самый низкочастотный мультиплексированный сигнал
оптической несущей в системе SONET соответствует скорости передачи,
равной 52 Мбит/с, а самый высокочастотный – 2,5 Гбит/с. Такого же
порядка уровни иерархии SDH. В ближайшие годы должны быть
добавлены дополнительные промежуточные и более высокие уровни.
Такие
синхронные
цифровые
сигналы
получаются
мультиплексированием плезиохронных или асинхронных сигналов,
поступающих из менее скоростных частей сети. Исходящие цифровые
сигналы абонентской аппаратуры по большей части являются
асинхронными, т.е. данные вводятся нерегулярными группами, как,
например, при вводе текста с клавиатуры для передачи на другой
компьютер.
43
Передача цифрового сигнала по единому и непрерывному тракту –
не единственный возможный вариант. Метод пакетной коммутации,
первоначально разработанный в США для государственной компьютерной
сети ARPANET (созданной по заказу ARPA – управления перспективного
планирования научно-исследовательских работ министерства обороны
США), составляет техническую основу глобальной сети INTERNET,
которой в настоящее время пользуются миллионы владельцев
персональных компьютеров. При таком методе единое сообщение,
передаваемое в цифровой форме, разбивается на многочисленные малые
пакеты, и каждый из них снабжается идентифицирующими данными
начальной и конечной точек соединения. Устройство пакетной
коммутации направляет эти пакеты в сеть общего пользования по
различным трактам в зависимости от занятости цепей. Адресная
информация пакетов обеспечивает их прохождение по сети до оконечной
точки соединения. Хотя пакеты достигают этой точки по разным трактам,
собираются они здесь в нужной последовательности.
В телефонии такой вид соединения называется виртуальной цепью,
поскольку сообщение в конце концов выдается целиком, как если бы оно
передавалось по единому и непрерывному тракту. Пакетная коммутация
позволяет намного увеличить полезную нагрузку имеющейся системы
цепей, так как пакеты «вставляются» всякий раз, как только устройство
пакетной коммутации обнаруживает переговорную паузу в имеющихся
цепях.
Метод пакетной коммутации необычайно быстро распространяется,
но имеет свои недостатки. При двусторонних речевых переговорах,
осуществляемых пакетным методом, возникают трудности с обеспечением
непрерывности, а для передачи движущихся телевизионных изображений
скорость передачи оказывается недостаточной. Один из новых подходов к
пакетной коммутации основан на использовании значительно больших
пакетов с более подробными данными вызова, сопровождающими
сообщение абонента. Эти дополнительные данные помогают пакету
«проскочить» по трактам с повышенной скоростью передачи, таким, как
волоконно-оптические системы с иерархией SONET и SDH. Более высокая
скорость передачи может обеспечить более гладкую сборку пакетов в
полные сообщения в конечной точке соединения.
Еще одно усовершенствование – интеллектуальная сеть, в которой не
только телефонная компания, но и ее абоненты сами могут управлять
сетью дальней связи, пользуясь компьютерами (со специальными
программами), установленными в коммутационных системах и
стратегических точках сети. Привилегированный абонент может, не
обращаясь к персоналу телефонной компании, только программными
средствами устанавливать и аннулировать временные сетевые
конфигурации или виды обслуживания. Компьютерные системы
44
контролируют такое обслуживание и выписывают соответствующие счета
оплаты.
Самый последний вариант интеллектуальной сети – глобальная
нтеллектуальная сеть, в которой могут временно устанавливаться
международные цепи и особые виды обслуживания. При этом
используются международные межсетевые коммутирующие интерфейсы,
благодаря чему такие абоненты, как международные компании и
организации, получают возможность пользоваться для своих надобностей
виртуальными
некоммутируемыми
сетями
при
нормальном
функционировании коммутируемых сетей общего пользования.
Метод виртуальной, т.е. программно-определяемой, сети позволяет
снижать сетевые расходы абонентов за счет автоматического выбора
наинизшего тарифа для конкретной функции. К этому могут добавляться
возможности специализированной маршрутизации вызова. Арендуемые
сети с т.н. закрепленными линиями могут также приобретаться в
собственность для длительного пользования.
2.1.4 Коммутация в сотовой связи
В сотовой телефонной связи используется особый вид коммутации.
В крупном городе такая связь может осуществляться с помощью 10–20
приемно-передающих антенн. Все они подключены наземными линиями к
коммутационной подсистеме, которая может быть либо централизованной,
либо распределенной по зоне обслуживания в соответствии с
потребностями трафика. Коммутационная подсистема соединяет каждый
вызов с АТС обычной телефонной сети. Эта подсистема контролирует
операции в сотовой ячейке, осуществляет соединения и разъединения и
регистрирует данные вызова для оплаты. Сотовая сеть следит за
перемещением телефона абонента, продолжающего телефонный разговор,
и определяет, когда следует переключить вызов с одной сотовой ячейки на
другую, чтобы не снизилось качество приема и передачи.
Стандарты SONET и SDH призваны обеспечить широкополосную
цифровую передачу по национальным и глобальным сетям телефонной
связи. (Широкополосным обычно считается сигнал, требующий скорости
передачи более 1,5 Мбит/с.) Широкополосность не только увеличивает
число каналов передачи по данной линии, но и открывает возможности
новых видов обслуживания.
Один из таких видов обслуживания – виртуальная реальность (или
синтезированное окружение, дистанционное присутствие). Программамаксимум такой техники – обслуживание телефонного абонента не только
по части речевого общения, но и в сфере всех пяти органов чувств: слуха,
зрения, осязания, обоняния и вкуса. Ведутся изыскания в области
интерактивной конторской деятельности (виртуального офиса) и
интерактивных игр с использованием телефонной сети для создания
45
иллюзии обстановки, общей для двух лиц, фактически находящихся далеко
друг от друга. Так, разрабатываются устройства с динамометрическими
датчиками для передачи ощущения прикосновения.
Для создания виртуальной реальности компьютер подключается к
надетому абонентом устройству, например шлему, который формирует
стереоскопическое изображение в поле его зрения и стереофонический
звук в наушниках. При повороте головы абонента изображение и звук
соответствующим образом изменяются.
Еще один вид обслуживания, возможный в недалеком будущем, –
перевод с иностранных языков в реальном времени. Например, когда один
абонент говорит по-английски, а другой – по-японски, компьютерная
система должна переводить речь с обоих языков одновременно и
синтезировать голоса, воспроизводящие голосовые и речевые особенности
обоих абонентов. В некоторых телефонных системах уже осуществляется
компьютерный перевод с ограниченным набором слов.
Во многих странах Европы (во Франции, Италии, Германии и др.)
аналоговая техника сотовой телефонной связи заменяется цифровой на
основе метода «многостанционного доступа с временн м разделением
каналов». В США, где такой метод, не допускающий взаимодействия с
аналоговыми системами, не подходит, предлагается использовать вместо
него метод «многодистанционного доступа с кодовым разделением
каналов». Он основан на принципе «расширенного спектра»,
используемом в технике военно-полевой связи США, и обещает более чем
десятикратное увеличение числа каналов линий передачи.
Благодаря принципу «информационной супермагистрали» в
ближайшие годы, по-видимому, появятся экономически доступные
мультимедийные терминалы, интерактивно объединяющие звуки с
изображениями. На телеэкран такого компьютера будет одновременно
выводиться несколько разных изображений – текста, фотоснимков,
диаграмм, – а также движущееся телевизионное изображение с
комментарием диктора. Абонент из другого города сможет, например,
получить доступ к различным базам данных в крупных библиотеках
страны. В связи с этим вскоре можно ожидать появления разных новых
видов информационной техники и ее применений при условии, что
владельцы информации – издатели, библиотеки, авторы, художники и
разработчики компьютерных программ – смогут выработать подходящие
способы оплаты их продукции и услуг.
Протяженные телекоммуникационные сети с коммутацией каналов
при разработке оптимизировались для достижения наилучших
характеристик при передаче голоса, и подавляющая доля потока данных в
этих сетях связывалась именно с голосовой передачей. Ключевая
характеристика таких сетей в том, что ресурсы внутри сети выделяются
под определенные телефонные вызовы. Для голосового соединения это не
46
плохо, поскольку один из абонентов обычно говорит, и канал не
простаивает. Можно сказать, что дуплексный канал при телефонной связи
используется на 50%. Полоса пропускания для канала также
оптимизирована и установлена как раз такой, чтобы можно было
обеспечить приемлемое качество передачи речи. Однако при
использовании таких телекоммуникационных сетей для передачи данных
между компьютерами, появляются два очевидных недостатка.
При типовом соединении (например, терминал-хост) значительную
часть
времени
канал
связи
может
быть
свободен.
Но
телекоммуникационная сеть выделяет вполне определенную полосу
пропускания под этот канал и не может использовать его для другого
приложения. Таким образом, подход с коммутацией каналов не
эффективен.
В сетях с коммутацией каналов соединение обеспечивает передачу
на постоянной скорости. Поэтому любой паре устройств терминал-хост
будет предоставлена одна и та же фиксированная скорость, что
ограничивает возможности сети при подключении разнообразных хостов и
терминалов.
Сеть с коммутацией пакетов способна устранить эти недостатки.
Данные в такой сети передаются в виде блоков, называемых пакетами (или
кадрами). Обычно верхний предел длины пакета в зависимости от
стандарта может быть от тысячи до нескольких тысяч байт.
Если устройство – источник передачи желает передать данные
размером больше максимальной длины пакета, то данные разделяются на
несколько пакетов (рис. 2.1).
Рисунок 2.1- Основные операции при образовании пакетов
Каждый пакет имеет поле данных, заголовок, другие служебные
поля, расположенные в начале или в конце пакета. Поле заголовка, как
минимум, включает информацию, необходимую узлу сети для
перенаправления маршрутизации) пакетов в нужный канал. Возможна
буферизация пакетов на узле.
47
На рис. 2.1 показаны основные операции. Рабочая станция или
другое сетевое устройство посылает сообщение (например, файл данных) в
виде последовательности пакетов. Каждый пакет наряду с данными
содержит управляющую и/или контрольную информацию, в частности,
адрес станции назначения, или идентификатор маршрута. Пакет
первоначально посылается на узел, к которому подключена передающая
станция. Узел, получая пакет, определяет по контрольной информации
направление маршрута и на основание этого перенаправляет пакет в
выходной порт соответствующего канала. Если связь между узлами по
этому каналу исправна, пакет передается на соседний узел. Все пакеты
последовательно “отрабатывают” свои пути, двигаясь через сеть к нужной
станции назначения.
Коммутация пакетов имеет несколько преимуществ над
коммутацией каналов:
1. Эффективность использования линии при пакетной коммутации
выше, поскольку один сегмент от узла к узлу может динамически
распределять свои ресурсы между многими пакетами от разных
приложений. Если на передающем узле пакетов, предназначенных для
отправки по определенному каналу, собирается больше, чем емкость этого
канала, то пакеты помещаются в буфер, и устанавливается очередность
передачи пакетов. Напротив, в сетях с коммутацией канала время,
предназначенное для каждого приложения, выделяется в виде
определенного тайм-слота на основе синхронного временного
мультиплексирования. Максимальная скорость передачи определяется
полосой этого тайм-слота, а не всей полосой канала;
2. Сеть с пакетной коммутацией может осуществлять
преобразование скорости передачи данных. Так способны обмениваться
между собою пакетами станции, подключенные к соответствующим узлам
сети каналами разной полосы пропускания;
3. Когда поток через сеть с коммутацией каналов возрастает,
сеть может оказаться перегруженной, и в установлении каналов связи
между новыми станциями может быть отказано. При перегруженности
телефонной сети попытка дозвона может быть блокирована. В сетях с
пакетной коммутацией при большой загруженности передача пакетов
сохраняется, хотя и могут возникать задержки с доставкой пакетов, или
может уменьшаться скорость передачи;
4. В сетях с пакетной коммутацией можно использовать систему
приоритетов. Если узел хочет передать несколько пакетов, то он может, в
первую очередь, передать пакеты, имеющие наивысший приоритет.
Пакеты с высоким приоритетом будут доставляться с меньшей задержкой,
чем пакеты с низким приоритетом.
Пусть одна станция хочет послать сообщение другой в виде файла,
размер которого превосходит максимальный размер пакета. Станция
48
распределяет содержимое файла между несколькими пакетами и
последовательно направляет пакеты в сеть. И здесь возникает вопрос,
каким образом сеть должна обрабатывать эту последовательность пакетов,
чтобы доставить их нужному адресату.
В современных сетях с коммутацией пакетов используются два
различных подхода, получившие название: дейтаграммные сети и сети с
виртуальными каналами.
В дейтаграммной сети каждый пакет передается без ссылки на
пакеты,которые идут до или после него( рис. 2.2).
Каждый узел на основании контрольной информации заголовка
пакета и собственных данных об окружающих узлах сети выбирает
следующий узел, на который перенаправляется пакет. Пакеты с одним и
тем же адресом назначения могут следовать от станции отправителя к
станции назначения разными маршрутами. Конечный узел маршрута
восстанавливает правильную последовательность пакетов и уже в этой
последовательности передает их станции назначения.
В некоторых дейтаграммных сетях может отсутствовать функция
упорядочения пакетов на выходном узле – тогда эту функцию берет на
себя станция назначения. Пакет может повредиться при передаче по сети.
Например, если один из узлов в сети вышел из строя, то все пакеты,
находящиеся на этом узле в очереди на передачу, будут потеряны. Опять
же, функцию обнаружения потерянных пакетов может брать на себя как
конечный узел маршрута, так и станция-получатель. В такой сети каждый
пакет передается независимо от остальных и называется дейтаграммой.
49
Рисунок 2.2- Пакетная коммутация – дейтаграммная сеть
В сети с виртуальными каналами перед тем, как пакеты начинают
идти, создается определенный маршрут следования. Это маршрут служит
для поддержки логического соединения между удаленными станциями.
Если маршрут установлен, то все пакеты между взаимодействующими
станциями будут идти строго по этому маршруту.
Поскольку на время логического соединения маршрут строго
фиксирован, то такое логическое соединение в некоторой степени
аналогично образованию канала в сетях с коммутацией каналов и
называется виртуальным каналом. Каждый пакет теперь содержит
идентификатор виртуального канала наряду с полем данных. Все узлы по
маршруту знают, направлять такие пакеты – никакого решения по
маршрутизации теперь эти узлы не принимают. В любое время каждая
станция может установить один или несколько виртуальных каналов с
другой станцией или станциями.
50
Заметим, что виртуальный канал не является выделенным каналом,
что было характерно для сетей с коммутацией каналов. Пакеты, двигаясь
по виртуальному каналу, могут в случае перегруженности узла или
сегмента помещаться в входные и выходные буферы на узлах .
Главное различие с дейтаграммным подходом и классической
маршрутизацией состоит в том, что в сетях с виртуальными каналами узел
не принимает решение о отборе маршрута для каждого входящего пакета,
а делает это (вернее, получает инструкцию перенаправлять пакеты с
соответствующими идентификаторами маршрута) только один раз – на
этапе формирования виртуального канала.
Рисунок 2.3- Пакетная коммутация – сеть с виртуальными каналами
Преимущества сети с виртуальными каналами. Если две станции
желают обмениваться Ними на протяжении длительного времени, то
51
подход с использованием виртуальных каналов имеет определенные
преимущества. Первое, сеть может поддерживать ряд служб, связанных с
виртуальными каналами, включая порядок следования, контроль ошибок и
контроль потока.
Правильный порядок следования легко поддерживается, поскольку
все пакеты двигаются одним и тем же маршрутом и прибывают в
первоначально установленной последовательности. Служба контроля
ошибок гарантирует не только то, что пакеты прибывают в нужной
последовательности, но и то, что все пакеты на приемной стороне
корректны.
Например, если один из пакетов в последовательности, двигаясь от
узла 4 к узлу 6 (рис. 2.3) потерялся или пришел на узел 6 с ошибкой, то
узел 6 может послать запрос на узел 4 с просьбой повторить
“соответствующий пакет последовательности. Служба контроля потока
гарантирует, что отправитель не может “завалить” получателя данными.
Например, если станция Е буферизует данные от станции А и видит,
что приемный буфер близок к переполнению, то она может
просигнализировать через обратный виртуальный канал о необходимости
уменьшить или временно прекратить передачу данных от станции А.
Второе преимущество этой сети состоит в том, что пакеты передаются
через узел быстрее, когда узел не принимает решения о маршрутизации
пакета.
Преимущества дейтаграммной сети:
- при передаче пакетов в дейтаграммной сети отсутствует фаза
установления логического виртуального канала;
- дейтаграммная служба более примитивна и допускает большую
гибкость. Например, если один из узлов в сети с использованием
виртуальных каналов становится перегруженным, то “открытые”
виртуальные каналы, проходящие через этот узел, невозможно
перестроить.В дейтаграммной сети при перегрузке одного из узлов другие
узлы могут перенаправить приходящие пакеты в обход перегруженного
узла;
- доставка самой дейтаграммы более надежна. При использовании
виртуальных каналов, если узел повреждается, все проходящие через него
виртуальные каналы также разрушаются.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
4.1. В чем недостаток системы с коммутацией каналов (КК)?
4.2. Коммутация сообщений шаг вперед или вынужденная мера?
4.3. Формат пакета?
4.4. Соотношение адресной и информационной частей пакета?.
4.5. Адресация пакетов в IP сетях?
4.6 Переходная технология о КК к КП?
52
2.2 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ
2.2.1. Стандарты сетей и систем сотовой связи
Первые радиотелефоны использовали обычные фиксированные
каналы, и, если один из них был занят, абонент вручную переключался на
другой.
С
развитием
техники
радиотелефонные
системы
совершенствовались, уменьшались габариты устройств, осваивались новые
частотные диапазоны, улучшалось коммутационное оборудование, в
частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала
(trunking). Но все это не могло решить главной проблемы - ограниченности
частотного ресурса при огромной потребности в предоставлении услуг.
Выход был найден: обслуживаемая территория разбивается на
небольшие участки, называемые сотами (cell). Каждая из ячеек обслуживается передатчиком с ограниченным радиусом действия и числом
каналов. Это без помех позволяет повторно использовать те же самые
частоты в другой ячейке, но удаленной на значительное расстояние.
Теоретически их можно использовать в соседней ячейке. Но на практике
зоны обслуживания сот могут перекрываться из-за различных факторов,
например изменения условий распространения радиоволн. В результате
появляются взаимные помехи. Поэтому в соседних ячейках используются
различные частоты.
В эволюционном развитии сетей и систем сотовой связи (ССС)
можно выделить три поколениях:
первое - аналоговые системы;
второе - цифровые системы;
третье - универсальные системы мобильной связи.
К аналоговыми ССС относятся следующие стандарты:
AMPS (усовершенствованная мобильная телефонная служба,
диапазон 800 МГц) -широко используется в США, Канаде, Центральной и
Южной Америке, Австралии; это наиболее распространенный стандарт в
мире; используется в России в качестве регионального стандарта;
TACS (общедоступная система связи, диапазон 900 МГц) используется в Англии, Италии, Испании, Австрии, Ирландии, с
модификациями ETACS (Англия) и JTACS/NTACS (Япония); это второй
по распространенности стандарт среди аналоговых;
NMT-450 и NMT-900 (мобильный телефон северных стран,
диапазоны 450 и 900 МГц соответственно) - используется в Скандинавии и
во многих других странах; третий по распространенности среди
аналоговых стандартов мира; стандарт NMT-450 является одним из двух
стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных;
53
С-450 (диапазон 450 МГц) - используется в Германии и Португалии;
RTMS (Radio Telephone Mobile System - мобильная радиотелефонная
система, диапазон 450 МГц) - используется в Италии;
Radiocom 2000 (диапазоны 170, 200, 400 МГц) - используется во
Франции;
NTT (Nippon Telephone and Telegraph system - японская система
телефона и телеграфа, диапазон 800-900 МГц) - используется в Японии.
Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или
фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для
передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных
недостатков:
возможность
прослушивания
разговоров
другими
абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями
сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие
передвижения абонентов. Для передачи информации различных каналов
используются различные участки спектра частот -применяется метод
множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency
Division Multiple Access - FDMA). С этим непосредственно связан
основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость,
являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов.
Перечисленные недостатки обусловили появление цифровых ССС.
Основные цифровые стандарты ССС:
D-AMPS (Digital AMPS - цифровой AMPS; диапазоны 800 МГц и
1900 МГц);
Переход к цифровым системам натолкнулся на некоторые трудности.
В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое
распространение, что прямая замена его цифровым стандартом оказалась
практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной
аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и
цифровой систем в одном и том же диапазоне. Разработанный стандарт
получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Interim
Standard, т.е. «промежуточный стандарт»).
GSM (Global System for Mobile communications - глобальная
система мобильной связи, диапазоны 900, 1800 и 1900 МГц) - это
второй по распространенности стандарт мира;
CDMA (диапазоны 800 и 1900 МГц);
JDC (Japanese Digital Cellular - японский стандарт цифровой
сотовой связи).
Цифровые ССС по сравнению с аналоговыми системами
предоставляют абонентам больший набор услуг и обеспечивают
повышенное качество связи, а также взаимодействие с
цифровыми сетями ISDN и пакетной передачи данных (PDN).
54
Дальнейшее развитие ССС осуществляется в рамках создания
проектов систем третьего поколения (3G) которые будут отличаться
унифицированной системой разнодоступа.
В странах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой
переход к 3-му поколению будет происходить путем совершенствования
существующих аналоговых и цифровых сетей и создания условий для
предоставления новых услуг мультимедиа, включая высокоскоростную
симметричную и асимметричную передачу информации с высоким
качеством связи, факсимильных сообщений и данных, любому абоненту с
помощью мобильного терминала, имеющего единый номер.
2.2.2. Принципы построения сетей сотовой связи
Свое название сети сотовой связи получили в соответствии с
сотовым принципом организации связи, согласно которому зона
обслуживания (территория города или региона) делится на некоторое
число ячеек или сот (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Принцип организации сети сотовой связи.
Сотовая структура сети непосредственно связана с принципом
повторного использования частот, согласно которому одни и те же частоты
могут повторяться в ячейках, удаленных друг от друга на определенное
расстояние. В центре каждой соты расположена базовая станция (БС),
которая в пределах своей ячейки обслуживает все подвижные станции.
При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит
передача его обслуживания от одной БС к другой.
Коммутация каналов базовых станций осуществляется в центре
коммутации (ЦК), который подключается к телефонной сети общего
пользования (ТФОП) на правах оконечной или УПАТС. В
55
действительности ячейки никогда не бывают строгой геометрической
формы.
В цифровых системах сотовой связи (например GSM) используется
понятие «система базовой станции» (СБС), в которую входит контроллер
базовой станции (КБС) и несколько базовых приемопередающих станций
(БППС), как показано на (рис. 2.5)
Рис. 2.5 Система базовой станции.
Один контроллер может управлять несколькими БППС и выполняет
следующие
функции:
управляет
распределением
радиоканалов;
контролирует соединения и регулирует их очередность; обеспечивает
режим работы с прыгающей частотой, модуляцию и демодуляцию
сигналов, кодирование и декодирование сообщений. Три БППС, которые
подключаются к одному общему КБС, могут обслуживать каждая свой
120-градусный сектор, а шесть БППС с одним КБС - шесть 60-градусных
секторов.
2.2.3. Структура центра коммутации
Центр коммутации (ЦК) является «мозговым» центром и одновременно диспетчерским пунктом системы сотовой связи. На нем замыкаются
потоки информации со всех БС. Через ЦК осуществляется выход на другие
сети связи - телефонную сеть общего пользования, спутниковую сеть связи
или на другие сотовые сети. В состав ЦК входит несколько процессоров
(контроллеров), и он является типичным примером многопроцессорной
системы. Блок-схема ЦК сети цифровой сотовой связи представлена на
рис. 5.3.
56
Рис. 2.6 Структурная схема центра коммутации
Коммутатор осуществляет переключение потоков информации
между соответствующими линиями связи. В частности, он может
направить поток информации от одной БС к другой или от БС к
стационарной сети связи либо наоборот - от стационарной сети связи к
требуемой БС.
Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие
контроллеры связи, осуществляющие промежуточную обработку
(упаковку/распаковку, буферное хранение) потоков информации. Общее
управление работой центра коммутации и системы в целом производится
от центрального контроллера, который имеет мощное математическое
обеспечение, включающее перепрограммируемую часть (software). Работа
центра коммутации предполагает активное участие операторов, поэтому в
состав центра входят соответствующие терминалы, а также средства
отображения и регистрации (документирования) информации. В
частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их
обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, в
необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы
команды.
Важным элементом системы является база данных, в которую
входят: домашний регистр, гостевой регистр, центр аутентификации и
регистр аппаратуры (последний имеется не во всех системах).
Домашний регистр (домашний регистр местоположения -Home
Location Register, HLR) содержит сведения обо всех абонентах,
зарегистрированных в данной системе, и о видах услуг, которые могут
быть им оказаны, так как при заключении договора на обслуживание для
разных абонентов может быть предусмотрено оказание различного набора
услуг. Здесь же фиксируется местоположение абонента для организации
его вызова и регистрируются фактически оказанные услуги.
Гостевой регистр (гостевой регистр местоположения -Visitor
Location Register, VLR) содержит примерно такие же сведения об
абонентах-гостях, т.е. об абонентах, зарегистрированных в другой сети
сотовой связи, но пользующихся в настоящее время услугами связи в
данной сети того же стандарта.
Центр аутентификации (Authentication Center, AUC) обеспечивает
процедуры аутентификации (проверки подлинности) абонентов и
шифрования сообщений.
57
Регистр аппаратуры (регистр идентификации аппаратуры
Equipment Identity Register, EIR) содержит сведения об эксплуатируемых
подвижных станциях на предмет их исправности и санкционированного
использования. В частности, в нем могут отмечаться украденные
абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты,
например являющиеся источниками помех недопустимо высокого уровня.
Как и в базовой станции, в центре коммутации предусматривается
резервирование основных элементов аппаратуры, включая источник
питания, процессоры и базы данных.
2.2.4 Структура базовой станции
Для организации нескольких частотных каналов на БС имеется
соответствующее число приемников и передатчиков, что позволяет вести
одновременную работу на нескольких каналах с различными частотами.
Группа приемников и передатчиков может подключаться к общей антенне.
Однако чаще всего базовая станция имеет различные антенны на прием и
на передачу. Для борьбы с многолучевым замиранием в некоторых
системах используется метод разнесенного приема. В этом случае БС
имеет две приемные антенны (рис. 5.4).
Рис. 2.7. Структурная схема базовой станции
Одноименные приемники и передатчики имеют общие опорные
генераторы, обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе
с одного канала на другой. Конкретное число N приемопередатчиков
зависит от конструкции и комплектации БС. Для обеспечения
одновременной работы N приемников на одну приемную антенну между
приемной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности
на N выходов. Для работы N передатчиков с одной передающей антенной
между ними устанавливается сумматор мощности на N входов.
58
Блок сопряжения с линией связи обеспечивает согласование
оборудования БС с линией для передачи информации от контроллера на
центр коммутации и наоборот. В качестве линии связи БС с ЦК обычно
используется радиорелейная или ИКМ-линия, если они не располагаются
территориально в одном месте.
Контроллер БС представляет собой мощный компьютер, который
обеспечивает управление работой станции, а также контроль
работоспособности всех входящих в нее блоков и узлов.
Для обеспечения достаточной степени надежности многие блоки и
узлы БС резервируются. В состав станции также включаются автономные
источники бесперебойного питания (аккумуляторы). Так как аппаратура
БС потребляет значительную мощность и выделяет большое количество
тепла, в ней предусматривается специальное устройство охлаждения.
Контрольные вопросы
5.1. Что такое транкинговая связь?.
5.2. Чем сотовая структура отличается от транкинговой?
5.3. Что такое роуминг?
5.4. Что такое базовая станция?
5.5. Чем отличается WiMax отWi-Fi?
5.6. В какой сети подвижной телефонной связи при равном
количестве абонентов используется меньшее количество частот?
2.3 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕЛЕТРАФИКА
2.3.1Расчет возникающих нагрузок всех ГТС
Нагрузка на телефонной сети измеряется в эрлангах, 1 эрл – это часозанятие в час. Если какая-то линия или устройство или рабочее место
занято непрерывно в течении одного часа, то созданная нагрузка равна 1
эрл.
Возникающая местная нагрузка от одной РАТС или ОПС
определяется по формуле:
yi = Ni · ai,
(1)
где Ni - соответственно число абонентов квартирного, народнохозяйственного сектора или абонента ЦСИС;
ai – удельная абонентская нагрузка соответственно абонентов
квартирного, народно-хозяйственного сектора или абонента ЦСИС с
учетом места расположения станций.
Общая возникающая местная нагрузка сети:
k
где
y сети   yi ,
i1
k - число станций на сети;
(2)
59
yi - возникающая нагрузка i станции;
Нагрузка от РАТС и ОПС в направлении к ЗТУ определяется по
формуле:
y ЗСЛ  N  a зсл ,
y СЛМ  N  aслм
(3)
где aЗСЛ - средняя нагрузка на ЗСЛ от одного абонента, Эрл.
aСЛМ - средняя нагрузка на СЛМ для одного абонента, Эрл.
Время занятия выхода коммутационного поля (ступени искания)
всегда меньше времени занятия его входа, поэтому :
yвых кп    yi ,
(4)
где  = 0,85 – для АТСКУ;  = 0,9 – для ОПС. При расчете y ЗСЛ
принимается :  =1.
2.3.2 Определение межстанционных нагрузок и нагрузок к УСС и
ЗТУ
Согласно, общепринятой методики
расчета, он проводится в
следующем порядке:
а) для каждой АТС сети определяется возникающее телефонное
сообщение и доля его в процентах к общему возникающему сообщению
сети (без учета нагрузки по ЗСЛ);
б) по таблице 1 Приложения для каждой АТС находится величина
внутри- станционного сообщения в процентах от возникающего
сообщения данной АТС;
в) определяются потоки исходящего сообщения от каждой АТС сети
путем вычета из возникающих потоков величин внутристанционного
сообщения и сообщения к УСС;
yисх.i = yвых.кп.i
-
yвн..i
-
y.iусс
(5)
г) полученные потоки исходящего сообщения от каждой станции
распределяются между всеми остальными АТС пропорционально доле
исходящих потоков этих станций в общем исходящем сообщении сети,
рассчитываются по формуле:
y
исхj

y
 y

исхk 
исхi
 k 1

y ij  y исхi 
 n

где n- число станций на сети.
Результата расчетов межстанционных
смоответствующую таблицу.
,
(6)
потоков
заносятся
в
60
2.3.3 Определение числа межстанционных соединительных линий
Определение числа межстанционных соединительных линий, а также
линий к УСС и ЗТУ для каждой станции ГТС, используя при расчете числа
СЛ, ЗСЛ и СЛМ соответствующий аналитический метод.
Для выполнения пункта 4 задания необходимо изучить материал по
вопросам расчета числа линий при различных способах включения
выходов коммутационной системы.
Число соединительных линий от цифровых ОПС (ОПТС)
рассчитывается по первой формуле Эрланга, так как коммутационное поле
цифровых станций с точки зрения оценки пропускной способности
относится к однозвенным полнодоступным схемам. Поэтому число
соединительных линий от цифровых ОПС можно определить,
воспользовавшись таблицами Пальма, по известной величине нагрузки и
соответствующей величине потерь, которая приведена в исходных данных.
2.3.4. Методика расчета первичной кольцевой сети ГТС
В настоящее время на ГТС России основным транспортным
средством являются средства связи синхронной цифровой иерархии SDH,
которые имеют возможность выделения сигналов цифровых сетевых
трактов из сигналов вышестоящих цифровых сетевых трактов без
демультиплексирования последних. Стандартные системы SDH приведены
в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Стандартные системы синхронной цифровой иерархии SDH
Тип системы SDH STM-1
STM-4
STM-16
STM-64
Количество
1920
7680
30720
122880
каналов
Скорость, Мбит/с 155,520
622,080
2488,320
9953,280
При описании систем SDH принято использовать округленные
значения скорости уровней синхронной иерархии: 155 Мбит/с; 622
Мбит/с; 2,5 Гбит/с и 10Гбит/с.
К важным особенностям сетей, построенным на основе SDH,
относятся:
– эффективный контроль за работой сети;
– эффективное управление сетью;
– рентабельность эксплуатации сети.
При использовании оборудования SDH сети строятся в виде
волоконно-оптических колец, на которых в пунктах концентрации
61
нагрузки устанавливаются мощные транзитные центры, а вдоль по кольцу
- мультиплексоры и кроссовое оборудование для выделения цифровых
потоков по мере необходимости.
Системы SDH могут вводить отдельный канал или группу каналов в
высокоскоростной поток данных (а также ответвлять их из него), который
не требует в процессе передачи на разных уровнях иерархии вновь
разделять на отдельные потоки и объединять в общий поток. Таким
образом, исключается сложный процесс, ограничивающий прежде
использование оптических кабелей непосредственно между сетевыми
узлами. К тому же система SDH
совместима с существующими
плезиохронными сетями (PDH)
Все станции ГТС могут включаться в цифровое кольцо синхронной
сети только двухмегабитовыми цифровыми потоками. Межстанционные
связи на ГТС реализуются, как правило, с помощью цифровых систем
передачи более высокого порядка. Для включения станций в синхронное
цифровое кольцо используются соответствующие мультиплексоры,
обеспечивающие мультиплексирование высокоскоростного потока из
низкоскоростных и выделение из высокоскоростных низкоскоростных
потоков.
Для построения синхронных сетей применяются две разновидности
синхронных мультиплексоров:
– цифровые кроссовые узлы (ЦКУ) или кросс-коннекторы;
– мультиплексоры ввода-вывода (МВВ).
Цифровые кроссовые узлы позволяют осуществлять полупостоянные
(кроссовые)
соединения
для
мультиплексирования
и
демультиплексирования цифровых трактов и создания определенной
структуры первичной сети ГТС. Причем эта структура, а также пропускная
способность первичной сети может быть легко оперативно изменена.
Основными элементами ЦКУ являются цифровое коммутационное поле и
устройство управления.
Мультиплексоры
ввода-вывода
можно
рассматривать
как
упрощенный ЦКУ, в котором отсутствует устройство управления и нет
возможности оперативного управления пропускной способностью
первичной сети (все соединения цифровых трактов реализуются с
помощью обычного механического кросса).
Важным аспектом проектирования сетей SDH является обеспечение
их надежности и живучести. Сама по себе аппаратура SDH весьма
надежна. Кроме того, встроенные средства контроля и управления
облегчают и ускоряют обнаружение неисправностей и переключения на
резерв. Однако, используемые ВОЛС обладают огромной пропускной
способностью и отказ даже одного участка может привести к разрыву
связи для большого числа абонентов и значительным экономическим
потерям. Отмеченные обстоятельства привели к концепции построения так
62
называемых самозалечивающихся сетей на основе SDH. Методика
проектирования сети SDH для ГТС предусматривает повторное
использование каналов на различных участках кольца.
Расчет цифрового потока в кольце производится для структуры
кольца, состоящей из четырех оптических волокон. Выбор данного числа
оптических волокон основан на следующих положениях:
1. По одному оптическому волокну (ОВ) организуется только
симплексная связь, т.е. передача информации в одном направлении
(например, по часовой стрелке). Для возможности дуплексной связи
используется другое ОВ, в котором передача информации осуществляется
в обратном направлении (например, против часовой стрелки). При этом
задействованы одни и те же участки кольца.
2. По одному и тому же кольцу можно организовать как входящую,
так и исходящую связь относительно одной станции. При этом участвуют
разные участки кольца.
Таким образом, для организации дуплексной входящей и исходящей
связи в кольце должно быть задействовано два ОВ. За прямое направление
циркулирования информационного потока принято направление
исходящей связи (например, по часовой стрелке).
3. Для обеспечения надежности связи предусмотрена возможность
организации связи в обратном направлении (в случае обрыва одного из
участков кольца или отдельного ОВ).Для этих целей используются два
других ОВ. Переключение на резерв осуществляется службой
оперативного управления сетью (автоматически или вручную).
Таким образом, для организации надежного функционирования
кольца требуется четыре оптических волокна, два из которых — для
основного и два- для резервного кольца.
Пропускная способность цифрового кольца выбирается по
максимальной требуемой скорости цифрового потока в основном кольце.
В качестве примера, рассмотрен общий случай сети, в которой
имеются станции, непосредственно включаемые в кольцо через
кроссконнекторы или мультиплексоры (назовем их пунктами ввода-вывода
нагрузки) и станции, осуществляющие связь по кольцу через транзитные
для них станции (опорно-транзитные станции - ОПТС).
С помощью известных методов (см. пункт 3) определяются
межстанционные нагрузки на сети (учитывая связи с ЗТУ и УСС). Данные
помещаются в таблицу межстанционных нагрузок, которая служит
основой для дальнейших расчетов (таблица 2.2).
Таблица 2.2
Пример таблицы межстанционных нагрузок
№
1
2
3
4
5
6
7
ЗТУ
УСС
63
ОПС
1
2
3
4
5
6
7
ЗТУ
Y2-1
Y3-1
Y4-1
Y5-1
Y6-1
Y7-1
YЗТУ-1
Y1-2
Y3-2
Y4-2
Y5-2
Y6-2
Y7-2
YЗТУ-2
Y1-3
Y2-3
Y4-3
Y5-3
Y6-3
Y7-3
YЗТУ-3
Y1-4
Y2-4
Y3-4
Y5-4
Y6-4
Y7-4
YЗТУ-4
Y1-5
Y2-5
Y3-5
Y4-5
Y6-5
Y7-5
YЗТУ-5
Y1-6
Y2-6
Y3-6
Y4-6
Y5-6
Y7-6
YЗТУ-6
Y1-7
Y2-7
Y3-7
Y4-7
Y5-7
Y6-7
YЗТУ-7
Y1-ЗТУ
Y2-ЗТУ
Y3-ЗТУ
Y4-ЗТУ
Y5-ЗТУ
Y6-ЗТУ
Y7-ЗТУ
-
Y1-УСС
Y2-УСС
Y3-УСС
Y4-УСС
Y5-УСС
Y6-УСС
Y7-УСС
-
Методика расчета требуемой пропускной способности цифрового
кольца сводится к выполнению следующих расчетов :
1. Вычисляется нагрузки от (к) АТС Yij–АТС, вводимые в i-м пункте
и выводимые в j-м пункте, путем суммирования всех межстанционных
нагрузок, циркулирующих между указанными пунктами кольца, где i = 1,
2, ..., N; j = 1, 2, ..., N; N — количество пунктов ввода-вывода в кольце.
2. Отдельно определяются нагрузки от ЗТУ, к ЗТУ и к УСС (Yij–
ЗТУ, Yij–УСС), вводимые в i-м пункте и выводимые в j-м пункте (если они
имеются), путем суммирования всех соответствующих нагрузок,
циркулирующих между указанными пунктами кольца.
3. По методике, приведенной в разделе 4, рассчитывается число
каналов, необходимое для обслуживания каждой из рассчитанных
выше нагрузок (Vij–АТС, Vij–ЗТУ, Vij–УСС).
4. Полученные результаты емкостей пучков соединительных линий
округляются до 30 в большую сторону для нахождения числа первичных
цифровых потоков Е1 в каждом участке межстанционной связи.
5. Подсчитывается необходимое число первичных цифровых потоков
на каждом k-м участке кольца Vk путем суммирования числа всех
первичных цифровых потоков, задействованных на соответствующем
участке, где k — номер участка кольца, k = 1, 2, ..., K; K - общее число
участков кольца.
6. Выбирается участок кольца, на котором требуется наибольшее
количество первичных цифровых потоков Vkmax.
7. С учетом запаса на развитие сети полученное число Vkmax
увеличивается на 30–40% (запас емкости кольца может быть другим при
соответствующем обосновании специфических условий развития сети).
8. Выбор типа системы передачи SDH для реализации цифрового
кольца осуществляется с учетом максимального количества первичных
цифровых потоков, которые может обеспечить соответствующая система:
- STM-1 - 63 потока Е1;
- STM-4 - 252 потока Е1;
- STM-16 - 1008 потоков Е1.
64
Если требуемая канальная емкость цифрового кольца выше одной из
стандартных емкостей системы SDH, то выбирается система более
высокого уровня или на сети образуют два или несколько колец. В случае
нескольких колец все станции на сети распределяются приблизительно
поровну (с учетом их емкости) между кольцами, чтобы емкости цифровых
потоков разных колец были бы, по возможности, одинаковыми. Для связи
двух колец используется один или два шлюзовых мультиплексора вводавывода.
Ниже приведен пример расчета пропускной способности цифрового
кольца. Расчет необходимой пропускной способности цифрового кольца,
обеспечивающего межстанционную связь на ГТС без опорно-транзитных
станций, представленной на рисунке3 производится в следующей
последовательности.
В кольце используется четыре мультиплексора ввода-вывода
нагрузки (или кроссконнектора), обозначенные на рисунке 3 как A, B, C и
D.
В мультиплексор А включены ОПС-1 и ОПС-4. В мультиплексор В
включены ЗТУ, ОПС-2, ОПС-5, ОПС-6. Мультиплексор С соединен с
ОПС-3, а мультиплексор D — ОПС-7 и УСС. Участки кольца между
мультиплексорами обозначены римскими цифрами I, II, III и IV.
Так как в рассматриваемой сети отсутствуют транзитные и опорнотранзитные станции, обеспечивающие групповое использование пучков
соединительных линий на отдельных участках сети, то все пучки между
всеми станциями сети можно считать независимо на основании
соответствующих нагрузок (рис.2.8).
ЗТУ
ОПС-7
ОПС-3
Рисунок 2.8 – Пример кольцевой структуры ГТС
65
Значения емкостей пучков округляются в большую сторону до
числа, кратного 30, и полученные числа делятся на 30. Таким образом,
получается таблица емкостей пучков соединительных линий в первичных
цифровых трактах (ПЦТ) 2,048 Мбит/с. Для рассматриваемого примера
сети такая таблица будет иметь следующий вид (таблица 2.3).
Таблица 2.3
Емкости пучков межстанционных связей
№ ОПС
1
2
3
4
5
6
7
ЗТУ
1
V2-1
V3-1
V4-1
V5-1
V6-1
V7-1
VЗТУ-1
2
V1-2
V3-2
V4-2
V5-2
V6-2
V7-2
VЗТУ-2
3
V1-3
V2-3
V4-3
V5-3
V6-3
V7-3
VЗТУ-3
4
V1-4
V2-4
V3-4
V5-4
V6-4
V7-4
VЗТУ-4
5
V1-5
V2-5
V3-5
V4-5
V6-5
V7-5
VЗТУ-5
6
V1-6
V2-6
V3-6
V4-6
V5-6
V7-6
VЗТУ-6
7
V1-7
V2-7
V3-7
V4-7
V5-7
V6-7
VЗТУ-7
ЗТУ
V1-ЗТУ
V2-ЗТУ
V3-ЗТУ
V4-ЗТУ
V5-ЗТУ
V6-ЗТУ
V7-ЗТУ
-
УСС
V1-УСС
V2-УСС
V3-УСС
V4-УСС
V5-УСС
V6-УСС
V7-УСС
-
Далее заполняется таблица ПЦТ, вводимых в i-м мультиплексоре и
выводимых в
j-м мультиплексоре цифрового кольца. Для
рассматриваемого примера таблица ПЦТ будет иметь вид, представленный
в таблице 2.4.
Таблица 2.4
Межстанционные ПЦТ кольцевой структуры
Мультиплексоры
ввода ПЦТ
A
B
C
D
Мультиплексоры вывода ПЦТ
A
B
C
D
VВ-A
VC-A
VD-A
VА-В
VC-B
VD-B
VА-С
VВ-C
VD-C
VА-D
VВ-D
VC-D
-
Сумма
вводимых
ПЦТ
V∑A
V∑B
V∑C
V∑D
В последнем столбце таблице 2.4 приведены суммы всех элементов
каждой строки, которые определяют суммарное число ПЦТ, вводимых в
соответствующих мультиплексорах.
Для рассматриваемого примера формулы для расчета пучков ПЦТ,
вводимых и выводимых в соответствующих мультиплексорах, имеют вид:
VA–B = V1–2 + V1–5 + V1–6 + V1–ЗТУ + V4–2 + V4–5 + V4–6 + V4–ЗТУ;
66
VA–С = V1–3 + V4–3;
VA–D = V1–7 + V1–УСС + V4–7 + V4–УСС;
VВ–А = V2–1 + V2–4 + V5–1 + V5–4 + V6–1 + V6–4 + VЗТУ–1 + VЗТУ–4;
VВ–С = V2–3 + V5–3 + V6–3 + VЗТУ–3;
VВ–D = V2–7 + V2–УСС + V5–7 + V5–УСС + V6–7 + V6–УСС + V6–УСС + VЗТУ–7;
VС–А = V3–1 + V3–4;
VС–В = V3–2 + V3–5 + V3–6 + V3–ЗТУ;
VС–D = V3–7 + V3–УСС;
VD–А = V7–1 + V7–4;
VD–В = V7–2 + V7–5 + V7–6 + V7–ЗТУ;
VD–С = V7–3.
Общее число ПЦТ на каждом участке кольца определяется
суммарным значением ПЦТ, вводимых на данном участке (в
мультиплексоре начала участка), и ПЦТ, проходящих транзитом по
данному участку от мультиплексоров других участков кольца. Для
рассматриваемого примера в кольце имеется четыре участка. Формулы для
расчета суммарного числа ПЦТ на каждом участке кольца имеют вид:
VI = VΣA + VD–B + VC–B + VD–С;
VII = VΣB + VA–C + VD–C + VA–D;
VIII = VΣC + VA–D + VB–D + VB–A;
VIV = VΣD + VC–A + VB–A + VC–B.
Требуемая пропускная способность цифрового кольца определяется
максимальным значением пропускной способности отдельного участка.
Используя полученное значение и данные таблицы 2.1, выбирается
требуемый тип синхронного транспортного модуля STM.
2.4 Принципы построения коммутируемых сетей электросвязи РФ
2.4.1 Городские сети связи
Существуют следующие типы коммутируемых ГСС:
2.4.1.1. Нерайонированная ГСС
Нерайонированная ГСС (рисунок 2.1) состоит из одной АТС. Ее
емкость ограничена емкостью системы коммутации, аналоговые АТС
имеют емкость до 10000 номеров, цифровые – до 600000 номеров.
Реальная емкость АТСЦ 20-30 тысяч номеров. Использование
нерайонированных ГСС ограничивается стоимостью абонентской сети и
при аналоговом оборудовании нерационально. При использовании
цифрового оборудования для уменьшения стоимости линейных
сооружений применяются выносные абонентские концентраторы.
Нерайонированные ГСС организуются в небольших районных центрах. В
67
этом случае АТС ГСС выполняет и функции центральной станции (ЦС)
сельской сети связи (ССС) сельского административного района.
Нумерация ГСС райцентра как и нумерация ССС пятизначная.
АБОНЕНТ А
АТСК
ПСК
АБОНЕНТ Б
Рисунок 2.9 – Структурная схема нерайонированной ГСС
2.4.1.2 Районированная ГСС
Для
уменьшения
затрат
на
абонентскую
сеть
организуется
районированная ГСС. Структурная схема районированной ГСС приведена
на рисунке 2.10
АМТС
РАТС
РАТС
РАТС
УСС
Рисунок 2.10 - Структурная схема районированной ГСС
При построении районированной ГСС территория города
разбивается на телефонные районы, в каждом из которых монтируется
районная станция РАТС. Нумерация на сети пятизначная, число
аналоговых РАТС в составе ГСС до восьми, РАТС соединены между собой
по принципу «каждая с каждой», число пучков СЛ равно: =n·(n-1), где n
– число РАТС. Увеличение числа РАТС приводит к росту числа пучков
СЛ, уменьшению их емкости и использования СЛ. Теоретически
максимальная емкость районированной ГСС 100000 номеров, но т.к.
68
цифры «0» и «8» пока используются для выхода на УСС и ЗТУ, реальная
емкость аналоговой районированной ГСС до 80000 номеров.
2.4.1.3 ГСС с УВС
В средних и крупных областных центрах организовывались ГСС с
узлами входящих сообщений (УВС). Структурная схема ГСС с УВС
приведена на рисунке 2.11. Подобная структура позволяла сократить
общее количество межстанционных соединительных линий (МСС),
уменьшить суммарную длину МСС внутри зоны действия УВС.
УВС/УВСМ
УВС/УВСМ
РАТС
РАТС
РАТС
УСС
РАТС
РАТС
РАТС
РАТС
АМТС
Рисунок 2.11 – Структурная схема ГСС с УВС
Вся территория города разбивается на узловые районы (УР). Т.к.
цифры «0» и «8» пока используются для выхода на УСС и ЗТУ, таких
районов может быть до восьми. В каждом узловом районе монтируется до
десяти РАТС, связанных между собой по принципу «каждая с каждой»,
отсюда емкость узлового района до 100000 номеров и максимальная
емкость ГСС с УВС – 800000 номеров. Индекс РАТС двухзначный: первая
цифра – индекс узлового района, вторая - индекс РАТС в пределах УР,
нумерация на сети шестизначная.
Для организации межузловых соединений в каждом УР имеется
УВС. Назначение УВС – объединение телефонных нагрузок от РАТС
других узловых районов и распределение их по РАТС своего узлового
69
района. Оборудование аналоговых УВС – приборы второй ступени
группового искания (IIГИ).
Для связи с экстренными, справочными и заказными спецслужбами
на одной из станций сети организуется узел специальных служб (УСС).
Назначение УСС – интеграция нагрузки к спецслужбам от всех РАТС и
распределение этой нагрузки по специальным службам. Оборудование
аналогового УСС – приборы ступени IIГИСПЕЦ.
Для выхода на национальную междугородную сеть страны
используется ЗТУ. При входящих междугородных соединениях ЗТУ
объединяет входящий междугородный трафик и распределяет его по
узловым районам ГСС. При исходящих междугородных соединениях ЗТУ
объединяет исходящий междугородный трафик от абонентов данного
города и распределяет его по междугородным направлениям. Для
обслуживания входящих междугородных соединений в каждом УР
организованы узлы входящих сообщений междугородные (УВСМ),
расположенные, как и УВС, на одной из РАТС. УВСМ распределяет
входящий от ЗТУ к УР междугородный трафик по РАТС данного УР.
Оборудование аналогового УВСМ – приборы второй ступени группового
искания междугородной (IIГИМ).
Достоинством ГСС с УВС является то, что при таком построении
сети уменьшается число пучков СЛ и увеличивается использование СЛ в
пучке, недостатком – то, что в межузловом разговорном тракте появляются
транзитные станции (УВС), что увеличивает затухание разговорного
тракта и уменьшает структурную надежность сети.
2.4.1.4 ГСС с УВС и УИС
В крупных региональных центрах, а также в столице страны Москве
организовывались ГСС с УВС и узлами исходящих сообщений (УИС).
Структура ГСС с УВС и УИС приведена на рисунке 2.12.
РАТС
РАТС
УВС
УИС
РАТС
РАТС
УИС
УВС
РАТС
РАТС
70
Рисунок 2.12 - Структура ГСС с УВС и УИС
На этих сетях используется семизначная нумерация. Индекс РАТС
трехзначный. Первая цифра абонентского номера - это номер узлового
района (число районов на одной такой сети до 8), вторая и третья цифры
индекса – номер АТС в пределах района. Максимальная емкость такой
сети до 8 млн. номеров.
При таком способе построения ГСС вся территория города делится
на узловые районы. В каждом районе есть УВС и УИС. Оборудование
аналогового УИС – приборы ступени IIГИ, УВС – IIIГИ. УИС служит для
объединения исходящего трафика от РАТС своего УР и распределения его
по УВС других УР, УВС объединяет трафик от других УР и распределяет
его по РАТС своего УР.
Достоинством структуры ГСС с УВС и УИС является то, что такой
способ построения сети позволяет сократить число пучков СЛ и
максимально использовать их в межузловых связях, недостатком –
увеличение числа транзитных станций в межузловом разговорном тракте,
что уменьшает надежность сети и ухудшает качество разговорного тракта.
2.4.2 Принципы цифровизации ГСС
Существуют три стратегии перехода к цифровой городской сети
связи:
1.Стратегия наложения. Она состоит в том, что цифровая сеть связи
как бы накладывается на существующую аналоговую сеть, причем между
ними имеется лишь несколько соединительных трактов через транзитные
станции (ТС). Реализация стратегии наложения связана с большими
капитальными затратами за короткий промежуток времени.
2.Островная стратегия. Она предполагает внедрение ЦСП и ЦСК в
ограниченных районах города, не охваченных аналоговой сетью. По мере
роста числа «цифровых островов» и их величины они будут составлять все
большую часть сети. На заключительном этапе цифровые острова
соединяются между собой, и вся сеть превращается в цифровую.
Первая цифровая АТС Е-10 была разработана во Франции.
Внедрение АТСЦ во Франции осуществлялось методом организации
цифровых островов. При строительстве нового жилого района в нем
организовывалась цифровая сеть, которая подключалась к аналоговой
через транзитную станцию. Из-за большой стоимости строительство
цифровых островов в России не используется, а используется
прагматическая стратегия.
3.Прагматическая стратегия. Она предусматривает эксплуатацию
аналогового оборудования возможно более длительный период до полного
71
физического износа. Замена на цифровое оборудование происходит только
тогда, когда это оправдано технически и экономически.
Цифровизация ГСС с помощью прагматической стратегии может
осуществляться следующими способами:
А) Бессистемный способ.
Монтируется АТСЦ и подключается к существующей сети. ГСС
остается без принципиальных изменений. Возникают проблемы
сопряжения и большие затраты на оборудование сопряжения и
преобразование сигнализации.
Б) Оптимальный.
На первом этапе реконструкции разрабатываются возможные
варианты построения цифровой сети.
На втором этапе прогнозируется рост номерной емкости и
характеристики будущей сети, принимается решение, где и какие будут
установлены АТСЦ на период 10-15 лет.
На третьем этапе по результатам прогноза определяется несколько
перспективных структур сети.
На четвертом этапе методом оптимизации (критерий оптимальности
– стоимость сети) определяется оптимальный вариант.
Контрольные вопросы
2.4.1 Что такое один Эрланг?
2.4.2. Наиболее известные потоки вызовов?
2.4.3 Что такое ординарность, стационарность и отсутствие
последействия?
2.4.4. Система с явными потерями?.
2.4.5. Что такое простейший поток вызовов?.
2.4.6. Описание СМО по Кендаллу?
2.4.7. Что такое возникающая нагрузка?
2.4.8. Как используются нормы технологического проектирования?
2.4.9. Методика расчета межстанционных нагрузок?
2.4.10. Как производится расчет цифрового кольца?
2.4.11. Особенности мультимедийного трафика?
2.4.12. Примеры коммутируемых сетей.
2.4.13. Где используются некоммутируемые сети?
2.4.14. Что такое аналоговая коммутация?
2.4.15 Что такое цифровая коммутация?
2.4.16 Что такое временной коммутатор?
2.4.17. Что такое цифровизация аналогового сигнала?.
3 СЕТИ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ
72
3.1 Основные протоколы и оборудование сетей следующего
поколения
3.1.1 Принципы построения сетей следующего поколения (ССП)
В основу концепции построения сети связи следующего поколения
положена идея о создании универсальной сети, которая бы позволяла
переносить любые виды информации, такие как речь, видео, аудио,
графику и т. д., а также обеспечивать возможность предоставления
неограниченного спектра инфокоммуникативных услуг.
Сеть связи следующего поколения (ССП, NGN – Next Generation
Network) – концепция построения сетей связи, обеспечивающих
предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями
по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет
унификации
сетевых
решений,
предполагающая
реализацию
универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией,
вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и
интеграцию с традиционными сетями связи.
Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от
друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и
функций управления услугами.
ССП, которая потенциально должна объединить существующие сети
связи (телефонные сети общего пользования – ТфОП, сети передачи
данных – СПД, сети подвижной связи – СПС), обладает следующими
характеристиками:

сеть на базе коммутации пакетов, которая имеет разделенные
функции управления и переноса информации, где функции услуг и
приложений отделены от функций сети;

сеть компонентного построения с использованием открытых
интерфейсов;

сеть, поддерживающая широкий спектр услуг, включая услуги
в реальном времени и услуги доставки информации (электронная почта), в
том числе мультимедийные услуги;

сеть, обеспечивающая взаимодействие с традиционными
сетями электросвязи;

сеть, обладающая общей мобильностью, т.е. позволяющая
отдельному абоненту пользоваться и управлять услугами независимо от
технологии доступа и типа используемого терминала и предоставляющая
абоненту возможность свободного выбора поставщика услуг.
Сети электросвязи, построенные на основе концепции ССП,
обладают следующими преимуществами перед традиционными сетями
электросвязи.

Для оператора:
73
o
построение одной универсальной сети для оказания различных
услуг;
повышение среднего дохода с абонента за счет оказания
дополнительных мультимедийных услуг;
o
оператор ССП может наиболее оптимально реализовывать
полосу пропускания для интеграции различных видов трафика и оказания
различных услуг;
o
ССП лучше приспособлена к модернизации и расширению;
o
ССП обладает легкостью в управлении и эксплуатации;
o
оператор ССП располагает возможностью быстрого внедрения
новых услуг и приложений с различным требованием к объему
передаваемой информации и качеству ее передачи.

Для пользователя:
o
абстрагирование от технологий реализации услуг электросвязи
(принцип черного ящика);
o
гибкое получение необходимого набора, объема и качества
услуг;
o
мобильность получения услуг.
Одной из основных целей построения ССП, как уже отмечалось
ранее, является расширение спектра предоставляемых услуг.

услуги службы телефонной связи (предоставление местного
телефонного соединения, междугороднего телефонного соединения,
международного телефонного соединения);

услуги служб передачи данных (предоставление выделенного
канала передачи данных, постоянного и коммутируемого доступа в сеть
Интернет, виртуальных частных сетей передачи данных);

услуги телематических служб ( "электронная почта ",
"голосовая почта ", "доступ к информационным ресурсам ", телефония по
IP-протоколу, "аудиоконференция " и "видеоконференция ");

услуги служб подвижной электросвязи;

услуги поставщиков информации: видео и аудио по запросу,
"интерактивные новости " (для пользователя реализуется возможность
просмотра, прослушивания и чтения информации о произошедших за
какое-то время событиях), электронный супермаркет (пользователь
выбирает товар в "электронном магазине ", получает подробную
информацию о его потребительских свойствах, цене и пр.), дистанционное
обучение и др.
Таким образом, ССП будут поддерживать как уже существующее,
так и новое оконечное оборудование, включая аналоговые телефонные
аппараты, факсимильные аппараты, оборудование ЦСИС (цифровая сеть с
интеграцией служб), сотовые телефоны различных стандартов, терминалы
телефонии по IP-протоколу (SIP и H.323), кабельные модемы и т.д.
o
74
Услуги ССП используют различные способы кодирования и
передачи и включают в себя: многоадресную и широковещательную
передачу сообщений, передачу чувствительного и нечувствительного к
задержкам трафика, услуги обычной передачи данных, услуги реального
масштаба времени, диалоговые услуги.
С развитием инфокоммуникационных услуг стали весьма популярны
обсуждения различных вариантов архитектуры ССП, которые в рамках
единой инфраструктуры объединяют сети ТфОП, мобильную связь,
ресурсы сети Интернет, телефонию по IP-протоколу. В настоящее время
наибольшее распространение получила четырехуровневая архитектура
ССП:
Рис. 3.1. Архитектура сети следующего поколения

уровень управления услугами;

уровень управления коммутацией;

транспортный уровень;

уровень доступа.
Уровень управления услугами содержит функции управления
логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную
вычислительную среду, обеспечивающую:

предоставление инфокоммуникационных услуг;

управление услугами;

создание и внедрение новых услуг;

взаимодействие различных услуг.
Данный уровень позволяет реализовать специфику услуг и
применять одну и ту же программу логики услуг вне зависимости от типа
транспортной сети и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет
также вводить на сети электросвязи любые новые услуги без
вмешательства в функционирование других уровней.
Уровень управления может включать множество независимых
подсистем ( "сетей услуг "), базирующихся на различных технологиях,
имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы
адресации.
Операторам связи требуются механизмы, позволяющие быстро и
гибко развертывать, а также изменять услуги в зависимости от
индивидуальных потребностей пользователей.
75
Такие механизмы предусмотрены открытой сервисной архитектурой
OSA (Open Services Access) – основной концепцией будущего развития
сетей электросвязи в части внедрения и оказания новых дополнительных
услуг.
При создании систем на основе OSA должны присутствовать
следующие ключевые моменты:

открытая среда для создания услуг;

открытая платформа управления услугами.
На протяжении нескольких лет различными организациями
предлагалось несколько вариантов реализации концепции OSA, пока в
1998 г. не был сформирован консорциум Parlay Group, который занимается
созданием спецификаций открытого API (Application Programming
Interface), позволяющего управлять сетевыми ресурсами и получать доступ
к сетевой информации.
Архитектура Parlay является одной из практических реализаций
концепции OSA (рис. 3.2).
Как показано на рисунке, разные сети связи имеют различные
сетевые элементы, в частности:

в сети подвижной электросвязи второго поколения входят
SGSN (Serving GPRS Support Node) и MSC (Mobile Switching Center);

в телефонную сеть общего пользования входит SSP (Service
Switching Point) коммутатор услуг в ТфОП;

в сети подвижной электросвязи третьего поколения входит SCSCF (Serving Call Session Control Function);

ведомственные АТС.
Каждый из этих элементов выходит на шлюз (Gateway) по своему
протоколу, а задача шлюза по концепции OSA/Parlay состоит в том, чтобы
свести все протоколы к единым интерфейсам API. Тогда приложения
можно писать без учета особенностей нижележащих сетей, и следует
только строго придерживаться интерфейсов API.
76
Рис. 3.2. Архитектура Parlay
Оказалось, что концепция Parlay является слишком сложной для
массового привлечения сторонних программистов. Выяснилось, что для
оказания 80% услуг требуется лишь 20% возможностей Parlay-шлюза.
Следовательно, для подавляющего большинства программистов
требование освоить весь набор Parlay-интерфейсов является чрезмерно
завышенным. По мере уменьшения разнообразия возможностей сети
растет число разработчиков приложений, что весьма важно для освоения
прибыльного рынка приложений.
3.1.2 Протоколы RTP, RTCP, UDP
Основным транспортным протоколом для мультимедийных
приложений стал протокол реального времени RTP (Real Time Protocol),
предназначенный для организации передачи пакетов с кодированными
речевыми сигналами по пакетной сети. Передача пакетов RTP ведется
поверх протокола UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рис. 3.3).
77
Рис. 3.3. Взаимодействие Softswitch с остальным оборудованием
Характерные для IP-сетей временные задержки и вариация задержки
пакетов (джиттер) могут серьезно исказить информацию, чувствительную
к задержке, например речь и видеоинформацию, сделав ее абсолютно
непригодной для восприятия. Вариация задержки (джиттер) пакетов
гораздо сильнее влияет на субъективную оценку качества передачи, чем
абсолютное значение задержки.
Протокол RTP позволяет компенсировать негативное влияние
джиттера на качество речевой и видеоинформации, но в то же время он не
имеет собственных механизмов, гарантирующих своевременную доставку
пакетов или другие параметры качества услуг, – это осуществляют
нижележащие протоколы. Он даже не обеспечивает все те функции,
которые обычно предоставляют транспортные протоколы, в частности
функции исправления ошибок и управления потоком. Обычно протокол
78
RTP базируется на протоколе UDP и использует его функции, но может
работать и поверх других транспортных протоколов (рис.3.4).
Рис. 3.4. Уровни протоколов RTP/UDP/IP
Протокол TCP плохо подходит для передачи чувствительной к
задержкам информации. Во-первых, это алгоритм надежной доставки
пакетов. Пока отправитель повторно передаст пропавший пакет,
получатель будет ждать, результатом чего может быть недопустимое
увеличение задержки. Во-вторых, алгоритм управления при перегрузке в
протоколе TCP не оптимален для передачи речи и видеоинформации. При
обнаружении потерь пакетов протокол TCP уменьшает размер окна, а
затем будет его медленно увеличивать, когда как разумнее было бы
изменить метод кодирования или размер видеоизображения.
Протокол RTP предусматривает индикацию типа полезной нагрузки
и порядкового номера пакета в потоке, а также применение временных
меток. Отправитель помечает каждый RTP-пакет временной меткой,
получатель извлекает ее и вычисляет суммарную задержку. Разница в
задержке разных пакетов позволяет определить джиттер и смягчить его
влияние – все пакеты будут выдаваться приложению с одинаковой
задержкой.
Доставка RTP-пакетов контролируется специальным протоколом
RTCP (Real Time Control Protocol).
Основной функцией протокола RTCP является организация обратной
связи приемника с отправителем информации для отчета о качестве
получаемых данных. Протокол RTCP передает сведения (как от
приемника, так и от отправителя) о числе переданных и потерянных
пакетов, значении джиттера, задержке и т.д. Эта информация может быть
использована отправителем для изменения параметров передачи, например
для уменьшения коэффициента сжатия информации с целью улучшения
качества ее передачи.
79
Протокол передачи пользовательских дейтаграмм – User Datagram
Protocol (UDP) – обеспечивает негарантированную доставку данных, т.е. не
требует подтверждения их получения; кроме того, данный протокол не
требует установления соединения между источником и приемником
информации.
3.1.3 Протокол Н.323
Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация
H.323 МСЭ-Т, которая является также первой зонтичной спецификацией
систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов,
не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (рис. 3.5).
Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на
интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети
ЦСИС (цифровая служба с интеграцией служб), наложенные на сети
передачи данных. В частности, процедура установления соединения в
таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации МСЭ-Т Q.931 и
практически идентична той же процедуре в сетях ЦСИС. При этом
рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразных
алгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать
полосу пропускания ресурсов передачи гораздо более эффективно, чем в
сетях с коммутацией каналов.
Рис. 3.5 Структура сети Н.323
80
Основными устройствами сети являются: терминал, шлюз,
привратник. В отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют
жестко закрепленного места в сети, а подключаются к любой точке IPсети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной
управляет привратник.
Терминал H.323 – оконечное устройство сети IP-телефонии,
обеспечивающее 2-стороннюю речевую или мультимедийную связь с
другим
терминалом,
шлюзом
или
устройством
управления
конференциями.
Шлюз является соединяющим мостом между ТфОП и IP. Основная
функция шлюза — преобразование речевой (мультимедийной)
информации, поступающей со стороны ТФОП с постоянной скоростью, в
вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации,
подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP,
а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен
преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию
по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS1 и OKC7 в сигнальные
сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть
реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в
транспортный адрес IP-сети.
Привратник выполняет функции управления зоной сети IPтелефонии, в которую входят терминалы и шлюзы, зарегистрированные у
данного привратника. Разные участки зоны сети H.323 могут быть
территориально разнесены, но соединяться друг с другом через
маршрутизаторы (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Зоновая архитектура сети H.323
81
В число наиболее важных функций, выполняемых привратником,
входят:
преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера,
адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с
маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер порта RTP);
контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии
при помощи сигнализации RAS (Registration, Admission and Status);
контроль, управление и резервирование пропускной способности
сети;
маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами,
расположенными в одной зоне.
Привратник также обеспечивает для пользователя возможность
получить доступ к услугам любого терминала в любом месте сети и
способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении
из одного места в другое.
3.4 Протокол SIP
Вторым вариантом построения сетей стал протокол SIP,
разработанный комитетом IETF (Internet Engineering Task Force);
спецификации протокола представлены в документе RFC 2543
Протокол инициирования сеансов – Session Initiation Protocol (SIP) –
является протоколом прикладного уровня и предназначается для
организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных
конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной
информации, в основу которого заложены следующие принципы:
персональная
мобильность
пользователей.
Пользователю
присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему
услуги связи вне зависимости от того, где он находится;
масштабируемость сети (характеризуется в первую очередь
возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении);
расширяемость
протокола
характеризуется
возможностью
дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его
адаптации к работе с различными приложениями.
Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом
H.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами
сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7.
Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его
независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут
применяться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, IPX и др. Структура
сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но в то
же время предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и
протоколу UDP. Пример построения сети SIP представлен на рис 3.7
82
Рис. 3.7 Пример построения SIP-сети
Сеть SIP содержит следующие основные элементы.
Агент пользователя (User Agent или SIP client) является
приложением терминального оборудования и включает в себя две
составляющие: клиент агента пользователя (User Agent Client – UAC) и
сервер агента пользователя (User Agent Server – UAS), иначе называемые
клиент и сервер. Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в
качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и
отвечает на них, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны.
Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый
промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации).
Прокси-сервер (proxy server) принимает запросы, обрабатывает их и
отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим
прокси-сервером, так и последним UAS. Таким образом, прокси-сервер
принимает и отправляет запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от
UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC;
Сервер переадресации (redirect server) передает клиенту в ответе на
запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым первый клиент
связывается затем непосредственно. Он не может инициировать
собственные запросы. Адрес сообщается первому клиенту в поле Contact
сообщений SIP. Таким образом, этот сервер просто выполняет функции
поиска текущего адреса пользователя.
83
Сервер местоположения (location server) – база адресов, доступ к
которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее услугами для получения
информации о возможном местоположении вызываемого пользователя.
Приняв запрос, сервер SIP обращается к серверу местоположения, чтобы
узнать адрес, по которому можно найти пользователя. В ответ тот
сообщает либо список возможных адресов, либо информирует о
невозможности найти их.
3.5 Протокол MGCP
Рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала протокол
управления шлюзами – Media Gateway Control Protocol (MGCP).
При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа
MEGACO опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз
разбивается на отдельные функциональные блоки (рис. 10.6):
транспортный шлюз – Media Gateway, который выполняет функции
преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с
постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с
маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации
в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;
Рис. 3.8 Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP
устройство управления – Call Agent, выполняющее функции
управления шлюзом;
шлюз сигнализации – Signaling Gateway, который обеспечивает
доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к
устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в
обратном направлении.
84
Таким образом, весь интеллект функционально распределенного
шлюза размещается в устройстве управления, функции которого в свою
очередь могут быть распределены между несколькими компьютерными
платформами. Шлюз сигнализации выполняет функции STP – транзитного
пункта системы сигнализации по общему каналу – ОКС7. Транспортные
шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации.
Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько
шлюзов. В сети может присутствовать несколько устройств управления.
Предполагается, что эти устройства синхронизованы между собой и
согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Рабочая
группа MEGACO не определяет протокол синхронизации работы
устройств управления, однако в ряде работ, посвященных исследованию
возможностей протокола MGCP, для этой цели предлагается использовать
протоколы H.323, SIP или ISUP/IP.
Перенос сообщений протокола MGCP обеспечивает протокол UDP.
Одно из основных требований, предъявляемых к протоколу MGCP,
состоит в том, что устройства, реализующие этот протокол, должны
работать в режиме без сохранения информации о последовательности
транзакций между устройством управления и транспортным шлюзом, т.е. в
устройствах не требуется реализации конечного автомата для описания
этой последовательности.
Протокол
MGCP
является
внутренним
протоколом,
поддерживающим обмен информацией между функциональными блоками
распределенного шлюза. Протокол MGCP использует принцип master/slave
(ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами является
ведущим, а транспортный шлюз – ведомым устройством, которое
выполняет команды, поступающие от устройства управления.
Такое решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту
эксплуатационного управления ею через устройство управления шлюзами.
К
тому
же
неинтеллектуальные
шлюзы
требуют
меньшей
производительности процессоров и, как следствие, оказываются менее
дорогими. Кроме того, обеспечивается возможность быстро добавлять
новые протоколы сигнализации и новые дополнительные услуги, так как
нужные для этого изменения затрагивают только устройство управления
шлюзами, а не сами шлюзы.
Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация
транспортных шлюзов (Media Gateways):
Trunking Gateway – шлюз между ТфОП и сетью с маршрутизацией
пакетов IP, ориентированный на подключение к телефонной сети
посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких
тысяч) с использованием системы сигнализации ОКС 7;
85
Voice over ATM Gateway – шлюз между ТфОП и АТМ-сетью,
который также подключается к телефонной сети посредством большого
количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч);
Residential Gateway – шлюз, подключающий к IP-сети аналоговые,
кабельные модемы, линии xDSL и широкополосные устройства
беспроводного доступа;
Access Gateway – шлюз для подключения к сети IP-телефонии
небольшой учрежденческой АТС через аналоговый или цифровой
интерфейс;
Business Gateway – шлюз с цифровым интерфейсом для подключения
к сети с маршрутизацией IP-пакетов учрежденческой АТС при
использовании, например, системы сигнализации DSS1;
Network Access Server – сервер доступа к IP-сети для передачи
данных;
Circuit switch или packet switch – коммутационные устройства с
интерфейсом для управления от внешнего устройства.
3.6 Протокол MEGACO/H.248
Рабочая группа MEGACO комитета IETF, продолжая исследования,
направленные на усовершенствование протокола управления шлюзами,
создала более функциональный (по сравнению с рассмотренным в
предыдущей главе протоколом MGCP) протокол MEGACO. Но
разработкой протоколов управления транспортными шлюзами, кроме
комитета IETF, занималась еще и исследовательская группа SG 16
Международного союза электросвязи. Спецификации адаптированного
протокола приведены в рекомендации ITU-T H.248.
Рассмотрим кратко основные особенности протокола MEGACO/
H.248. Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/ H.2488 могут
использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология
ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных
требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться
и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP,
так же как и технологии ATM, является необязательной.
При описании алгоритма установления соединения с использованием
протокола MEGACO комитет IETF опирается на специальную модель
процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол
MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри
транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми
может управлять контроллер шлюза (рис. 3.9).
Порты являются источниками и приемниками речевой информации.
Определено два вида портов: физические и виртуальные.
86
Физические порты, существующие постоянно с момента
конфигурации шлюза, — это аналоговые телефонные интерфейсы
оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или
цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и
сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1.
Виртуальные порты, существующие только в течение разговорной
сессии, являются портами со стороны IP-сети (RTP-порты), через которые
ведутся передача и прием пакетов RTP.
Контекст – это отображение связи между несколькими портами, то
есть абстрактное представление соединения двух или более портов одного
шлюза. В любой момент времени порт может относиться только к одному
контексту, который имеет свой уникальный идентификатор. Существует
особый вид контекста – нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст,
не связаны ни между собой, ни с другими портами. Например,
абстрактным представлением свободного (не занятого) канала в модели
процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.
Пример прведен на рис.3.9.
87
Рис. 3.9. Примеры модели процесса обслуживания вызова
Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который
назначается
шлюзом
при
конфигурации
порта.
Например,
идентификатором порта может служить номер тракта Е1 и номер
временного канала внутри тракта.
При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять
свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы,
которые включаются в команды управления портами.
Сведем основные характеристики протоколов IP-телефонии в одну
таблицу (табл. 3.1).
Таблица 3.1.
Основные протоколы IP-телефонии
Характеристики SIP
H.323
MGCP MEGAC ISUP
88
O
Назначение
Для
IP- Для
IP- Для управления Для сетей
коммуникац телефонии
транспортными с ВРК
ий
шлюзами
Архитектура
Peer-to-Peer Peer-to-Peer
Master-Slave
Peer-toPeer
Интеллект
Рассредоточ В ядре сети
В ядре сети
В
ядре
ен
по
сети
элементам
сети
Сложность
Простой
Сложный
Простой
Сложный
Масштабируемос Высокая
Средняя
Средняя
ть
Тип данных
Речь,
Речь, данные, Управление
Речь
и
данные,
видео
передачей речи, данные
видео
данных
QoS
Поддержива Поддержка
Контроль QoS на Не
ется
диффиринциров уровне IP
требуется
анного
обслуживания
Адресация
Поддержка Поддержка IP- Цифровая
Статическ
IP-адресов и адресов,
адресация
ие
имен
мультизонная, терминалов
доменов,
многодоменова пользователей,
через DNS я
поддержка поддержка
IPчерез
адресов и имен
привратник
доменов
для
транспортных
шлюзов
Сравнение протоколов (с позиции применения в ССП)
MEGACO/H.248 и MGCP
Прежде всего, MEGACO имеет более общую модель обслуживания
вызовов, что позволяет ему лучше работать с такими соединениями как
TDM-TDM, TDM-ATM, и TDM-IP, а также более гибко управлять
конференциями. Еще одно различие касается транзакций. MEGACO в
транзакциях содержит команды раздельно друг от друга, в то время как
МGCP позволяет использовать вложенные команды, что усложняет
процесс поиска команды. MEGACO может применять в целях обеспечения
безопасности заголовки аутентификации, которых нет у MGCP. Что
касается
мультимедиа,
MEGACO
позволяет
микшировать
аудио/видеоданные и таким образом поддерживает мультимедийный
89
трафик, а MGCP ориентирован только на поддержку аудиоинформации.
Если шлюз обнаруживает аварию на управляющем им Softswitch при
помощи команд, протокол MEGACO позволяет назначить новый
управляющий Softswitch. В MGCP это делается гораздо более сложным
способом.
MEGACO/H.248 и SIP
MEGACO/ H.248 и SIP не соперничают друг с другом, т.к. MEGACO
– это протокол, предназначенный для взаимодействия Softswitch и
медиашлюзов, а SIP – это протокол взаимодействия одноранговых
устройств (Softswitch или SIP-телефон). Взаимодействие транспортных
шлюзов ограничено областью одного домена, т.к. они контролируются
одним Softswitch. Таким образом, можно сказать, что MEGACO не
определяет систему связи в целом, ему нужен протокол для
взаимодействия Softswitch, которым может быть SIP.
MEGACO/H.248 и Н.323
Как и SIP, протокол H.323 может дополнять MEGACO/ H.248,
поскольку тоже является протоколом, обеспечивающим взаимодействие
одноранговых устройств. В таком случае MEGACO/H.248 позволит Н.323
избавиться от присущих ему проблем с масштабируемостью,
доступностью и возможностью взаимодействовать с ОКС7. В этих
условиях Н.323 будет протоколом терминалов для взаимодействия друг с
другом и с сетью, а MEGACO будет использоваться привратниками для
управления большими шлюзами, обеспечивающими взаимодействие IPсети, построенной согласно Н.323 с сетью ТфОП.
3.7 Протокол BICC
Для взаимодействия Softswitch между собой теоретически должен
применяться протокол BICC (Bearer Independent Call Control),
разработанный МСЭ. И хотя на практике более популярным становится
второй протокол – SIP (SIP-T), разработанный IETF, протокол BICC
успешно используется до сих пор, например в решениях Ericsoon.
При разработке данного протокола обязательным требованием
являлась поддержка сигнальных сообщений ISUP, поскольку протокол
должен был облегчить операторам переход к ССП и обеспечить
взаимодействие новой мультисервисной сети с существующими сетями
ISDN. Фактически протокол BICC рассматривался как еще одна
прикладная
подсистема
сигнализации
ОКС7,
обеспечивающая
экономичный переход к мультисервисной сети с сохранением большей
части сигнального оборудования ISUP сетей с временным разделением
каналов TDM. В свое время данный протокол позволил операторам, не
желавшим вкладывать инвестиции в дальнейшее развитие TDM-сетей,
предоставлять уже существующие услуги ТфОП/ISDN в пакетных сетях, а
90
также поддерживать взаимодействие имеющихся узлов коммутации TDM
узлами пакетной сети и взаимодействие узлов коммутации TDM через
пакетную сеть.
Архитектура BICC предусматривает, что вызовы будут входить в
сеть и выходить из нее с поддержкой BICC через интерфейсы узлы
обслуживания – Interface Serving Nodes (ISN), – предоставляющие
сигнальные интерфейсы между узкополосной ISUP (сетью ТфОП/ISDN с
коммутацией каналов) и одноранговым узлом ISN (находящимся в
пакетной сети). Также определены:
транзитный узел обслуживания (Transit Serving Node (TSN)) – этот
тип узла обеспечивает транзитные возможности в пределах одной сети.
Служит для обеспечения возможности предоставления услуги ТфОП/ISDN
внутри своей сети;
пограничный узел обслуживания (Gateway Serving Node (GSN)) –
этот тип узла обеспечивает выполнение функций межсетевого шлюза для
информации вызова и транспортировки, используя BICC-протокол.
Обеспечивает соединение двух областей BICC, принадлежащих двум
разным операторам, и это соединение состоит из двух узлов GSN,
непосредственно связанных друг с другом.
Рис. 3.10. Протокол BICC
На рис. 3.10 представлены узлы всех рассмотренных типов. Имеются
также промежуточные коммутаторы, через которые тракт проключается
при помощи сетевой сигнализации. Эти коммутаторы характерны для
сетей АТМ и в терминах BICC называются узлами ретрансляции носителя
– Bearer Relay Nodes (BRN) или коммутирующими узлами – Switching
Nodes (SWN), но не все сетевые технологии требуют их наличия.
Контрольные вопросы
3.1.1. На каком уровне используются технологии xDSL.
3.1.2. Какая среда распространения используется технологии WiMax.
3.1.3. Какова максимальная скорость технологии ADSL.
3.1.4. Какие технологии xDSL являются ассиметричными.
3.1.5. В чем отличие маршрутизатора от гибкого коммутатора.
3.1.6. Какое из устройств ССП определяет маршрут соединения
базового вызова в IP-сети
3.1.7. Какое из устройств ССП инцидентно конкретной сети?
91
3.1.8. Какое из устройств ССП является наиболее массовым в
конкретной сети?
3.1.9. Что такое нулевой контекст?
3.1.10. Какое из устройств ССП разграничивает ТфОП и сеть с
коммутацией пакетов?
3.1.11. Какое из устройств ССП разграничивает сеть с коммутацией
пакетов и сеть подвижной радиотелефонной связи?
3.1.12. Какие элементы сети
NGN используются для
непосредственного сопряжения с телефонными сетями общего
пользования?
3.1.13. Какие элементы сети NGN не используются для
непосредственного сопряжения с телефонными сетями общего
пользования?
3.1.14. Что реализует шлюз в сети NGN?
3.2 Оборудование ССП
3.2.1 Гибкий коммутатор (Softswitch)
Softswitch реализует функции по логике обработки вызова, доступу к
серверам приложения, сбору статистической информации, сигнальному
взаимодействию с сетью ТфОП и внутри пакетной сети, управлению
установлением соединения и др.
Softswitch является основным устройством, реализующим функции
уровня управления коммутацией и передачей информации.
В оборудовании Softswitch должны быть реализованы следующие
основные функции:

функция управления базовым вызовом, обеспечивающая прием
и обработку сигнальной информации и реализацию действий по
установлению соединения в пакетной сети;

функция
аутентификации
и
авторизации
абонентов,
подключаемых в пакетную сеть как непосредственно, так и с
использованием оборудования доступа ТфОП;

функция маршрутизации вызовов в пакетной сети;

функция тарификации, сбора статистической информации;

функция управления оборудованием транспортных шлюзов;

функция предоставления ДВО (дополнительных видов
обслуживания). Реализуется в оборудовании Softswitch или совместно с
сервером приложений;

функция
ОАМ&Р:
эксплуатация,
управление
(администрирование), техническое обслуживание и предоставление той
информации, которая не нужна непосредственно для управления вызовом
92
и может передаваться к системе управления элементами через логически
отдельный интерфейс;

функция менеджмента: обеспечивает взаимодействие с
системой менеджмента сети.
Дополнительно в оборудовании Softswitch могут быть реализованы
следующие функции:

функция SP STP сети ОКС7;

функция предоставления расширенного списка ДВО.
Реализуется самостоятельно или с использованием серверов приложений;

функция взаимодействия с серверами приложений;

функция SSP;
3.2.2 Основные характеристики Softswitch.
Производительность – максимальное количество обслуживаемых
базовых вызовов за единицу времени (как правило, за час).
Производительность Softswitch — это одна из главных характеристик, на
основе которой должен проводиться выбор оборудования и
проектирование сети. Следует понимать, что Softswitch обслуживает
вызовы от различных источников нагрузки, каковыми являются:

вызовы от терминалов, предназначенных для работы в сетях
ССП (терминалы SIP и Н.323, а также IР-УПАТС);

вызовы от терминалов, не предназначенных для работы в сетях
ССП (аналоговые и ISDN-терминалы) и подключаемых через
оборудование резидентных шлюзов доступа;

вызовы от оборудования сети доступа, не предназначенного
для работы в сетях ССП (концентраторы с интерфейсом V5) и
подключаемого через оборудование шлюзов доступа;

вызовы от оборудования, использующего первичный доступ
(УПАТС) и подключаемого через оборудование шлюзов доступа;

вызовы от сети ТфОП, обслуживаемые с использованием
сигнализации ОКС7, с включением сигнальных каналов ОКС7 либо
непосредственно в Softswitch, либо через оборудование сигнальных
шлюзов;

вызовы от других Softswitch, обслуживаемые с использованием
сигнализации SIP-T.
Производительность оборудования Softswitch различна при
обслуживании вызовов от различных источников, что объясняется как
различным объемом и характером поступления сигнальной информации от
разных источников, так и заложенными алгоритмами обработки
сигнальной информации.
При проектировании сети ССП, в части возможностей Softswitch,
важно иметь наиболее полную информацию о производительности для
93
различных видов нагрузки, а также для смешанных типов нагрузки при
различных долях каждого из видов.
Надежность – свойство объекта сохранять во времени и в
установленных пределах значения всех параметров и способность
выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях
применения. Требования по надежности к оборудованию Softswitch
характеризуются средней наработкой на отказ, средним временем
восстановления, коэффициентом готовности, сроком службы. При
проектировании сети следует понимать, что выход из строя Softswitch
приведет к пропаже всех видов связи в обслуживаемом сетевом фрагменте
(домене); поэтому должны быть предусмотрены меры по обеспечению
дублирования и защиты оборудования.
Поддерживаемые протоколы
Оборудование Softswitch может поддерживать следующие виды
протоколов.
1.
При взаимодействии с существующими фрагментами сети
ТфОП:
o
непосредственное взаимодействие: ОКС7 в части протоколов
МТР, ISUP и SCCP;
o
взаимодействие через сигнальные шлюзы,: M2UA, M3UA,
М2РА для передачи сигнализации ОКС7 через пакетную сеть;
o
V5UA для передачи сигнальной информации V5 через
пакетную сеть;
o
IUA для передачи сигнальной информации первичного
доступа ISDN через пакетную сеть;
o
MEGACO (Н.248) для передачи информации, поступающей по
системам сигнализации по выделенным сигнальным каналам (2ВСК). В
настоящее время известны подобные реализации в части системы
сигнализации R1; требований и примеров реализации MEGACO для
поддержки российской системы сигнализации R1.5 не существует.
2.
При взаимодействии с терминальным оборудованием:
o
непосредственное
взаимодействие
с
терминальным
оборудованием пакетных сетей: SIP и Н.323;
o
взаимодействие с оборудованием шлюзов,, обеспечивающим
подключение терминального оборудования ТфОП: MEGACO (H.248) для
передачи сигнализации по аналоговым абонентским линиям; IUA для
передачи сигнальной информации базового доступа ISDN.
3.
При взаимодействии с другими Softswitch: SIP-T.
4.
При взаимодействии с оборудованием интеллектуальных
платформ (SCP): INAP.
5.
При взаимодействии с серверами приложений: в настоящее
время
такое
взаимодействие,
как
правило,
базируется
на
94
внутрифирменных протоколах, в основе которых лежат технологии JAVA,
XML, SIP и др.
6.
При взаимодействии с оборудованием транспортных шлюзов:
o
для шлюзов, поддерживающих транспорт IP или IP/ATM:
H.248, MGCP, IPDC и др.;
o
для шлюзов, поддерживающих транспорт ATM: BICC.
Поддерживаемые интерфейсы
Как правило, оборудование Softswitch поддерживает следующие
виды интерфейсов:

интерфейс Е1 (2048 Кбит/с) для подключения сигнальных
каналов ОКС7, включаемых непосредственно в Softswitch;

интерфейсы семейства Ethernet для подключения к IP-сети.
Через Ethernet-интерфейсы передается сигнальная информация в
направлении пакетной сети.
Термин "Softswitch " был придуман при разработке интерфейса
между интерактивной речевой системой (IVR) и АТС с коммутацией
каналов в операторской компании MCI. На данном этапе развития
Softswitch исполнял функции контроллера транспортного шлюза MGC
(Media Gateway Controller) и Call Agent. Также на базе разработок
специалистов из компаний Bellcore и Level3 Communication в IETF была
создана первая спецификация протокола управления шлюзами MGCP
(Media Gateway Control Protocol), которая является одной из ветвей
родословной Softswitch. Другой предшественник Softswitch – привратник
GK. На сегодняшний момент существует достаточное количество
определений Softswitch, поэтому, для лучшего понимания, разумнее
перечислить основные функции Softswitch.

Управление обслуживанием вызовов, т.е. установлением и
разрушением соединений путем выполнения функции Call Agent. Данные
функции гарантируют, что соединение сохранится до тех пор, пока не даст
отбой вызвавший или вызываемый абонент. Также в число функций
входят распознавание и обработка цифр номера, распознавание момента
ответа вызываемой стороны, момента, когда один из абонентов кладет
трубку, и регистрация этих действий для начисления платы.

Управление транспортными шлюзами и шлюзами доступа по
протоколу Н.248 и ему подобными.

Координация обмена сигнальными сообщениями между
сетями, т.е. поддержка функций SG (Signaling Gateway). Иначе говоря,
Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с
логическими сетями в разных сетях и преобразует информацию в
сообщениях, чтобы они были поняты на обеих сторонах несхожих сетей.
95
Рис. 3.11. Декомпозиция АТС и Softswitch
Рис. 3.12 Эталонная архитектура Softswitch
96
Дорогостоящие традиционные АТС в единой структуре объединяют
функции коммутации, функции управления обслуживанием вызовов,
услуги и приложения, а также функции биллинга. Такая АТС представляет
собой монолитную, закрытую системную структуру, как правило, не
допускающую расширения или модернизации на базе оборудования
других производителей.
Революционное изменение принес Softswitch. Он в корне изменил
традиционную закрытую структуру систем коммутации, используя
принципы компонентного построения сети и открытые стандартные
интерфейсы между тремя основными функциями: коммутации, управления
обслуживанием вызовов, услуг и приложений. В такой открытой,
распределенной структуре
могут
применяться функциональные
компоненты разных производителей (рис. 3.11).
Согласно эталонной архитектуре Softswitch, разработанной
консорциумом IPCC (International Packet Communication Consortium), в ней
предусматривается четыре представленные на рис. 3.11 функциональные
плоскости:

транспортная;

управления обслуживанием вызова и сигнализации;

услуг и приложений;

эксплуатационного управления.
Транспортная плоскость
Транспортная
плоскость
(Transport
Plane)
отвечает
за
транспортировку сообщений по сети связи. Этими сообщениями могут
быть сообщения сигнализации, сообщения маршрутизации для
организации тракта передачи информации или непосредственно
пользовательские речь и данные. Расположенный под этой плоскостью
физический уровень переноса сообщений может базироваться на любой
технологии, которая соответствует требованиям к пропускной способности
для переноса трафика этого типа. Транспортная плоскость обеспечивает
также доступ к сети IP-телефонии сигнальной и/или пользовательской
информации, поступающей со стороны других сетей или терминалов. Как
правило, устройствами и функциями транспортной плоскости управляют
функции плоскости управления обслуживанием вызова и сигнализации.
Сама транспортная плоскость делится на три домена:

домен транспортировки по протоколу IP;

домен взаимодействия;

домен доступа, отличного от IP.

Домен транспортировки по протоколу IP (IP transport domain)
поддерживает магистральную сеть и маршрутизацию для транспортировки
пакетов через сеть IP-телефонии. К этому домену относятся такие
устройства, как коммутаторы, маршрутизаторы, а также средства
обеспечения качества обслуживания (QoS).
97
Домен взаимодействия (Interworking Domain) включает в себя
устройства
преобразования
сигнальной
или
пользовательской
информации, поступающей со стороны внешних сетей, в вид, пригодный
для передачи по сети IP-телефонии, а также обратное преобразование. В
этот домен входят такие устройства, как шлюзы сигнализации (Signaling
Gateways), обеспечивающие преобразование сигнальной информации
между разным транспортными уровнями; транспортные шлюзы, или
медиашлюзы (Media Gateways), выполняющие функции преобразования
пользовательской информации между разными транспортными сетями
и/или разными типами мультимедийных данных; шлюзы взаимодействия
(Interworking Gateways), обеспечивающие взаимодействие различных
протоколов сигнализации на одном транспортном уровне.

Домен доступа, отличного от IP (Non-IP Access Domain),
предназначен для организации доступа к сети IP-телефонии различных IPнесовместимых терминалов. Он состоит из шлюзов Access Gateways для
подключения учрежденческих АТС, аналоговых кабельных модемов,
линий xDSL, транспортных шлюзов для мобильной сети радиодоступа
стандарта GSM/3G, а также устройств интегрированного абонентского
доступа IAD (Integrated Access Devices) и других устройств доступа. IPтерминалы непосредственно подключаются к домену транспортировки по
протоколу IP без участия Access Gateway.(ПС-стоп)
Плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации
Плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации (Call
Control & Signaling Plane) управляет основными элементами сети IPтелефонии и в первую очередь теми, которые принадлежат транспортной
плоскости. Она управляет обслуживанием вызова на основе сигнальных
сообщений, поступающих из транспортной плоскости, устанавливает и
разрушает соединения для передачи пользовательской информации по
сети. Эта плоскость включает в себя такие устройства, как контроллер
медиашлюзов MGC (Media Gateways Controller), сервер обслуживания
вызова Call Agent, привратник Gatekeeper и LDAP-сервер. 6.04.11
Плоскость услуг и приложений
Плоскость услуг и приложений (Service & Application Plane)
содержит логику выполнения услуг и/или приложений в сети IP-телефонии
и управляет этими услугами путем взаимодействия с устройствами,
находящимися в плоскости управления обслуживанием вызова и
сигнализации. Плоскость услуг и приложений состоит из таких устройств,
как серверы приложений Application Servers и серверы дополнительных
услуг Feature Servers. Она может также управлять специализированными
компонентами передачи пользовательской информации, например,
медиасерверами, которые выполняют функции конференц-связи, IVR и
т.п.

98
Плоскость эксплуатационного управления (Management Plane)
обеспечивает функции включения/выключения абонентов и услуг,
эксплуатационной поддержки, биллинга и другие функции технической
эксплуатации сети. Плоскость эксплуатационного управления может
взаимодействовать с некоторыми или со всеми другими тремя
плоскостями либо по стандартному протоколу (например по протоколу
SNMP), либо по внутренним протоколам и через интерфейсы API.

Контрольные вопросы:
3.2.1. Гибкий коммутатор работает по замонтированной или
записанной программе?
3.2.2. Что такое производительность гибкого коммутатора?
3.2.3. В чем измеряется производительность гибкого коммутатора?
3.2.4. От чего зависит производительность гибкого коммутатора?
3.2.5. Какие внешние устройства относятся к транспортной
плоскости Softswitch?
3.2.6 Назовите функциональные плоскости Softswitch?
3.3 Шлюзы
Шлюзы (Gateways) – устройства доступа к сети и сопряжения с
существующими сетями. Оборудование шлюзов реализует функции по
преобразованию сигнальной информации сетей с коммутацией пакетов в
сигнальную информацию пакетных сетей, а также функции по
преобразованию информации транспортных каналов в пакеты IP / ячейки
ATM и маршрутизации пакетов IP / ячеек ATM. Шлюзы функционируют
на транспортном уровне / уровне доступа.
Для реализации возможности подключения к мультисервисной сети
различных видов оборудования ТфОП используются различные
программные и аппаратные конфигурации шлюзового оборудования:

транспортный шлюз (Media Gateway (MG)) – реализация
функций преобразования речевой информации в пакеты IP / ячейки ATM и
маршрутизации пакетов IР / ячеек ATM;

сигнальные шлюзы (Signalling Gateway (SG)) – реализация
функции преобразования систем межстанционной сигнализации сети
ОКС7 (квазисвязный режим) в системы сигнализации пакетной сети
(SIGTRAN (MxUA));

транкинговый шлюз (Trunking Gateway (TGW)) – совместная
реализация функций MG и SG;

шлюз доступа (Access Gateway (AGW)) – реализация функции
MG и SG для оборудования доступа, подключаемого через интерфейс V5;
99
резидентный шлюз доступа (Residential Access Gateway
(RAGW)) – реализация функции подключения пользователей,
использующих
терминальное
оборудование
ТфОП/ЦСИС
к
мультисервисной сети.
Оборудование транспортного шлюза должно выполнять функции
устройства, производящего обработку информационных потоков среды
передачи.
Оборудование транспортного шлюза должно реализовывать
следующий перечень обязательных функций:

функцию адресации: обеспечивает присвоение адресов
транспортировки IP для средства приема и передачи;

функцию транспортировки: обеспечивает согласованную
транспортировку потоков среды передачи между доменом IP и доменом
сети с коммутацией каналов, включая, например, выполнение процедур
преобразования кодировок и эхокомпенсации;

функцию
трансляции
кодека:
маршрутизирует
информационные транспортные потоки между доменом IP и доменом сети
с коммутацией каналов;

функцию обеспечения секретности канала среды передачи:
гарантирует секретность транспортировки информации в направлении к
шлюзу и от шлюза;

функцию транспортного окончания сети с коммутацией
каналов: включает реализацию процедур всех низкоуровневых аппаратных
средств и протоколов сети;

функцию транспортного окончания сети пакетной коммутации:
включает реализацию процедур всех протоколов, задействованных в
распределении транспортных ресурсов, на сети пакетной коммутации, в
том числе процедуры использования кодеков;

функцию обработки транспортного потока с пакетной
коммутацией / коммутацией каналов: обеспечивает преобразование между
каналом передачи аудиоинформации, каналом передачи факсимильной
информации или каналом передачи данных на стороне сети с коммутацией
каналов и пакетами данных (например RTP/UDP/IP или ATM) на стороне
сети пакетной коммутации;

функцию предоставления канала для услуги: обеспечивает
такие услуги, как передача уведомлений и тональных сигналов в
направлении к сети с коммутацией каналов или к сети пакетной
коммутации;

функцию регистрации использования: определяет и/или
регистрирует информацию о сигнализации и/или информацию о приеме
или передаче сообщений, передаваемых в транспортных потоках;

100
функцию информирования об использовании: сообщает
внешнему объекту о текущем и/или зарегистрированном использовании
(ресурсов);повтор

функцию
ОАМ&Р:
эксплуатация,
управление
(администрирование), техническое обслуживание и предоставление той
информации, которая не нужна непосредственно для управления вызовом
и может передаваться к системе управления элементами через логически
отдельный интерфейс;

функцию менеджмента: обеспечивает взаимодействие с
системой менеджмента сети.
Оборудование сигнального шлюза должно выполнять функции
посредника при сигнализации между пакетной сетью и сетью с
коммутацией каналов.
Оборудование
сигнального
шлюза
сигнализации
должно
реализовывать следующий перечень обязательных функций:

функцию окончания протоколов уровня, располагающегося
ниже уровня протокола управления вызовом сети с коммутацией каналов;

функцию секретности сигнальных сообщений: обеспечивает
секретность сигнальных сообщений в направлении к шлюзу и от шлюза;

функцию
ОАМ&Р:
эксплуатация,
управление
(администрирование), техническое обслуживание и предоставление той
информации, которая не нужна непосредственно для управления вызовом
и может передаваться к системе управления элементами через логически
отдельный интерфейс;

функцию менеджмента: обеспечивает взаимодействие с
системой менеджмента сети.
Основными характеристиками шлюзов являются:
Емкость
Определяется как в направлении ТфОП, так и в направлении к
пакетной сети.
В первом случае емкость определяется количеством подключаемых
потоков Е1 в направлении сети ТфОП для транспортных шлюзов, а также
количеством аналоговых абонентских линий и количеством (S,Т)интерфейсов для подключения абонентов базового доступа ISDN для
резидентных шлюзов доступа.
В направлении к пакетной сети емкость определяется количеством и
типом интерфейсов. Например, емкость в направлении пакетной сети
может составлять один интерфейс Ethernet 100BaseT.
Производительность
Как правило, производительность является достаточной для
обслуживания потоков вызовов, определяемых емкостными показателями
оборудования.
Протоколы

101
Оборудование шлюзов может поддерживать следующие протоколы.
1.
Для транспортных шлюзов:
o
в направлении к Softswitch: Н.248, MGCP, IPDC для
управления вызовами при использовании транспортной технологии IP;
BICC для управления вызовами при использовании транспортной
технологии ATM;
o
в направлении к другим шлюзам или терминальному
оборудованию пакетной сети: RTP'RTCP при использовании транспортной
технологии IP; PNNI или UNI при использовании ATM.
2.
Для сигнальных шлюзов:
o
в направлении к сети ТфОП: в зависимости от реализации
возможна поддержка уровня МТР2 или МТРЗ системы сигнализации
ОКС7. В первом случае сигнальный шлюз должен терминировать уровень
МТРЗ и передавать всю "вышестоящую " информацию в направлении
Softswitch с использованием протокола M2UA. Во втором случае
сигнальный шлюз должен терминировать уровень МТРЗ и передавать
"вышестоящую " информацию в направлении Softswitch с использованием
протокола M3UA;
o
в направлении к Softswitch: в зависимости от используемых
механизмов обработки ОКС7 могут поддерживаться M2UA или M3UA.
3.
Для шлюзов доступа:
o
в направлении к Softswitch для передачи сигнальной
информации, связанной с обслуживанием вызова: V5UA при подключении
оборудования сети доступа: MEGACO (Н.248) при подключении
абонентов, использующих сигнализацию по аналоговой абонентской
линии; IUA при подключении абонентов, использующих базовый доступа
ISDN. Для передачи сигнальной информации управления шлюзами: Н.248,
MGCP, IPDC;
o
в направлении к другим шлюзам и терминальному
оборудованию пакетной сети: RTP, RTCP;
o
в направлении к ТфОП: сигнализацию по аналоговым
абонентским линиям, сигнализацию базового доступа ISDN в части
протоков уровня 2 (LAP-D), сигнализацию по интерфейсу V5 в части
протоколов уровня 2 (LAP-V5).
Поддерживаемые интерфейсы
Как правило, оборудование шлюзов поддерживает следующие
интерфейсы:
1.
Транспортные шлюзы:
o
в направлении к ТфОП поддерживают интерфейсы PDH (E1)
и/или SDH (STM1/4). В направлении пакетной сети на основе IPтехнологий: интерфейсы Ethernet.
2.
Сигнальные шлюзы:
102
в направлении ТфОП в основном поддерживают интерфейс
PDH (Е1), а в направлении пакетной сети – интерфейс 10Base Ethernet:
3.
Шлюзы доступа:
o
в направлении ТфОП поддерживают интерфейс по аналоговым
абонентским линиям, интерфейсы базового доступа ISDN (U-, S-, S-Т) для
резидентных шлюзов и интерфейс PDH (E1) и шлюзов доступа,
осуществляющих подключения оборудования интерфейса V5. В
направлении пакетной сети на основе IP технологий: интерфейсы 10100Base Ethernet. В направлении пакетной сети на основе ATM
технологий: UNI.
С точки зрения технических характеристик (в пакетной части), для
такого
оборудования
определяются
требования
по
емкости,
производительности, надежности, поддерживаемым протоколам и
реализованным интерфейсам к пакетной сети.
Терминальное
оборудование
–
терминальные
устройства,
используемые для предоставления голосовых и мультимедийных услуг
связи и предназначенные для работы в пакетных сетях.
Существует два основных типа терминальных устройств,
предназначенных для работы в пакетных сетях: SIP-терминалы и Н.323терминалы. Данное оборудование может иметь как специализированное
аппаратное (standalone), так и программное исполнение (softphone).
Также иногда используется терминальное оборудование на основе
протокола MEGACO. Такое терминальное оборудование совмещает в себе
функции аналогового телефонного аппарата и шлюза доступа в части
преобразования сигнализации по аналоговым абонентским линиям. Его
функциональные
возможности
ограничиваются
возможностями
аналогового аппарата, но оно может непосредственно подключаться к
пакетной сети.
Еще одним видом терминального оборудования являются
интегрированные устройства доступа (IAD). Как правило, IAD
обеспечивает подключение терминального оборудования сетей ТфОП
(аналоговые ТА и терминалы ISDN) и терминального оборудования сетей
передачи данных. В IAD реализуются функции по преобразованию
протоколов сигнализации ТфОП в протоколы пакетных сетей (SIP/H.323) и
преобразованию потоков пользовательской информации между сетями с
коммутацией каналов и пакетными сетями. Ближайшая аналогия с IAD в
сетях ТфОП — оборудование малых УПАТС.
Терминальное оборудование поддерживает протоколы SIP или Н.323
в направлении Softswitch для передачи информации сигнализации и
управления коммутацией и протоколы RTP/RTCP для передачи
пользовательской информации. Для подключения к сети, как правило,
применяется Ethernet-интерфейс.
o
103
Сервер
приложений.
Используется
для
предоставления
расширенного списка дополнительных услуг абонентам пакетных сетей
или абонентам, получающим доступ в пакетные сети. Серверы
приложений предназначены для выполнения функций уровня услуг и
управления услугами.
Спецификация выполняемых функций зависит от реализуемой с
помощью сервера услуги группы услуг и не может быть сформулирована
на абстрактном уровне.
Серверы приложений, как правило, взаимодействуют с
оборудованием Softswitch, где задействованы технологии Java, XML,
SOAP. Подключение производится в основном с использованием
интерфейсов, базирующихся на Ethernet.
Контрольные вопросы:
3.3.1. На каком уровне используются технологии xDSL.
3.2.2. Какая среда распространения используется технологии WiMax.
3.3.3. Какова максимальная скорость технологии ADSL.
3.3.4. Какие технологии xDSL являются ассиметричными.
3.3.5. В чем отличие маршрутизатора от гибкого коммутатора.
3.3.6. Какое из устройств ССП определяет маршрут соединения
базового вызова в IP-сети
3.3.7. Какое из устройств ССП инцидентно конкретной сети?
3.3.8. Какое из устройств ССП является наиболее массовым в
конкретной сети?
3.3.9. Что такое нулевой контекст?
3.3.10. Какое из устройств ССП разграничивает ТфОП и сеть с
коммутацией пакетов?
3.3.11. Какое из устройств ССП разграничивает сеть с коммутацией
пакетов и сеть подвижной радиотелефонной связи?
3.3.12. Какие элементы сети
NGN используются для
непосредственного сопряжения с телефонными сетями общего
пользования?
3.3.13. Какие элементы сети NGN не используются для
непосредственного сопряжения с телефонными сетями общего
пользования?
3.3.14. Что реализует шлюз в сети NGN?
104
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
22
Размер файла
2 153 Кб
Теги
sutyagin, posobie, uchebnoy, 2018, seti, telekommunikacii
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа