Переход на цифровые системы передачи и коммутации

Технология ISDN появилась достаточно давно - почти 20 лет назад. В 80-е гг. данная технология по целому ряду причин, в частности из-за проблем совместимости и дороговизны оборудования, развивалась очень вяло. Но в начале 90-х гг. практический интерес к ней значительно вырос. В Германии, США, Японии, Франции, Англии было установлено значительное количество линий ISDN. Так, в США в 1995 г. количество линий ISDN увеличилось на 80% и составило 450 тыс. Примерно такая же тенденция существует и в Европе, где на сегодняшний день установлено более 5 млн. линий ISDN.

Основополагающие спецификации содержатся в рекомендациях I.122 Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (современное название этого комитета - Международный союз электросвязи). Позже появились рекомендации I.430 и I.431 для физического уровня модели ISO; Q.921/I.441 для уровня управления логическим каналом; "Q.931/I.451 и DSS1 для сетевого уровня и целый ряд других.

Благодаря усилиям со стороны ETSI (European Telecommunications Standards Institute) фактическим стандартом в Европе становится EuroISDN, который поддерживают большинство европейских телекоммуникационных провайдеров и производителей оборудования.

Integrated Services Digital Network (ISDN) (Цифровая Сеть с Интегрирацией Служб) – ЦСИС.  Это телефонная сеть общего пользования, использующая цифровую технологию передачи сигнала, и включающая в себя большой набор цифровых услуг, которые становятся доступными для конечных пользователей. ISDN предполагает оцифровывание телефонной сети для того, чтобы голос, информация, текст, графические изображения, аудио и видеосигналы и другие материальные источники могли быть переданы конечному пользователю по имеющимся телефонным проводам и получены им из одного терминала конечного пользователя.

По определению, ISDN - это сеть, обеспечивающая полностью цифровые соединения между оконечными устройствами для поддержания широкого спектра информационных услуг. ISDN - это цифровой вариант аналоговых телефонных линий с коммутацией цифровых потоков, или сеть из цифровых телефонных станций, соединенных друг с другом цифровыми каналами.

Главная особенность применения ISDN - это высокая скорость передачи информации, по отношению к аналогичным показателям аналоговой телефонии. Скорость передачи данных составляет до 128 Кбит/с, при использовании двух В-каналов (со скоростью передачи 64 кБит/с.

Указанный тип ЦСИС называют узкополосной ЦСИС. Широкое внедрение узкополосных ЦСИС началось в Европе с 1990 г. 

Для удовлетворения растущих потребностей в большинстве узкополосных ЦСИС предусмотрена возможность установления одновременных соединений по нескольким параллельным цифровым каналам. Т.о., пользователь может осуществить соединение по Nx64 кБит/с каналам. Однако, даже использование Nx64 кБит/с соединений не обеспечивает возможность передачи TV сигналов. Для передачи видеоизображений и цифрового TV требуется многократное увеличение скорости передачи информации. С этой целью была разработана концепция широкополосной ЦСИС, в которой скорость передачи информации через пользовательский интерфейс составляет 155, 520 Мбит/с от абонента и 620,08 Мбит/с от сети.

В 1988 году Комиссия Европейского экономического сообщества (ЕЭС) учредила Европейский институт стандартизации в области связи (ETSI), основной целью деятельности которого является разработка единых стандартов для всех стран ЕЭС. 22 страны ЕЭС подписали Меморандум о взаимопонимании, в соответствиси с которым к концу 1993 года были выработаны стандарты, так называемой, Euro-ISDN. Что касается Росии, то позиция Министерства связи РФ заключается в аккредитации своего постоянного представителя в ETSI и выполнении разрабатываемых институтом стандартов с учетом национальных особенностей.

После появления стандартов ETSI процесс развития ISDN пошел бурными темпами и буквально за последние два года количество абонентов ISDN в некоторых странах (ФРГ, Франция, США) удвоилось.

 

Компоненты ISDN

В число компонентов ISDN входят терминалы, терминальные адаптеры (ТА), устройства завершения работы сети, оборудование завершения работы линии и оборудование завершения коммутации. Имеется два типа терминалов ISDN. Специализированные терминалы ISDN называются терминальным оборудованием типа 1 (terminal equipment type 1) (TE1). Терминалы, разрабатывавшиеся не для ISDN, такие, как DTE, которые появились раньше стандартов ISDN, называются терминальным оборудованием типа 2 (terminal equipment type 2) (TE2). Терминалы ТЕ1 подключают к сети ISDN через цифровую линию связи из четырех витых пар. Терминалы ТЕ2 подключают к сети ISDN через терминальный адаптер. Teрминальный адаптер (ТА) ISDN может быть либо автономным устройством, либо платой внутри ТЕ2. Если ТЕ2 реализован как автономное устройств, то он подключает к ТА через стандартный интерфейс физического уровня (например, EIA232, V.24 или V.35).

Следующей точкой соединения в сети ISDN, расположенной за пределами устройств ТЕ1 и ТЕ2, является NT1 или NT2. Это устройства завершения работы сети, которые подключают четырехпроводной абонентский монтаж к традиционному контуру двухпроводной локальной сети. В Северной Америке NT1 является устройством "оборудования заказчика" (customer premises equipment) (CPE). В большинстве других частей света NT1 является частью сети, обеспечиваемой коммерческими сетями связи. NT2 является более сложным устройством, которое обычно применяется в "частных цифровых телефонных станциях с выходом в общую сеть" (PBX), и выполняет функции протоколов Уровней 2 и 3 и услуги по концентрации данных. Существует также устройство NT1/2; это отдельное устройство, которое сочетает функции NT1 и NT2.

В ISDN задано определенное число контрольных точек. Эти контрольные точки определяют логические интерфейсы между функциональными группировками, такими, как ТА и NТ1. Контрольными точками ISDN являются точки R (контрольная точка между неспециализированным оборудованием ISDN и ТА), S (контрольная точка между терминалами пользователя и NT2), Т (контрольная точка между устройствами NT1 и NT2) и U (контрольная точка между устройствами NT1 и оборудованием завершения работы линии в коммерческих сетях связи). Контрольная точка U имеет отношение только к Северной Америке, где функция NT1 не обеспечивается коммерческими сетями связи.

На Рис.1 показан образец конфигурации ISDN. Изображены три устройства, подключенные к коммутатору ISDN, находящемуся на центральной станции. Два из этих устройства совместимы с ISDN, поэтому их можно подключить к устройствам NT2 через контрольную точку S. Третье устройство (стандартный аналоговый телефонный аппарат) подключается к ТА через контрольную точку R. Любое из этих устройств может быть также подключено к устройству NT1/2, которое заменяет оба устройства- NТ1 и NT2. Аналогичные терминалы пользователей (не показанные на рисунке) подключены к самой  правой по схеме  УПАТС- ISDN.

Рис.1

 

На рис.2 изображена модель цифровой абонентской линии и интерфейсы ISDN.

На рисунке 2 показаны:
ТЕ1- терминал ISDN;
TЕ2- не-ISDN терминал;
ТА-терминальный адаптер для подключения не-ISDN терминалов;
NT1-сетевое окончание уровня 1;
NT2-сетевоеокончание уровней 2,3.

 

Информационный поток и типы каналов

1. Информационный поток

В любой сети связи можно выделить два типа информационных потоков :

  • управляющая информация, или так называемая сигнализация, которой обмениваются пользователь и коммутационная станция (абонентская сигнализация) или коммутационные станции между собой (межстанционная сигнализация);
  • информация пользователя (речь и данные), которой обмениваются пользователи между собой.

Тип информации

Тип канала

Скорость передачи (кбит/с)

Управляющая информация: Абонентская сигнализация Межстанционная сигнализация (ОКС №7 )

D
Е      

16 (БД), 64 (ПД)
64

Информация пользователя: Данные, режим КК
Данные, режим КП
Речь

В
В     D
B

64
64, 16 (БД) или 64 (ПД)
64

БД — базовый доступ, ПД — первичный доступ, КК — коммутация каналов, КП — коммутация пакетов.

 

2. Типы каналов.

Канал типа В: обычный канал связи, аналогичный стандартному телефонному каналу со скоростью передачи 64000 бит/с. По такому каналу может передаваться речь или данные в режиме коммутации каналов или коммутации пакетов.

Доступ к В — каналу управляется сетью. По запросу пользователя сеть может предоставить ему этот канал. Право использования этого канала всегда предоставляется только одному абоненту.

Канал типа: является сигнальным каналом и используется для обмена сигнальными сообщениями между пользователем и сетью. В периоды времени, свободные от передачи сигнальных сообщений, по этому каналу могут передаваться пакеты данных или телеметрические данные. Возможно использование D — канала в многопользовательском режиме, когда все терминалы, подключенные к одной абонентской линии имеют постоянный доступ к — каналу.

 

3. Терминалы ЦСИС

Терминалом ЦСИС называется терминал, имеющий S —интерфейс. Этот интерфейс является 4-х проводным и предназначен для обеспечения базового доступа. Он является единственным интерфейсом, стандартизованным МСЭ-Т.

МСЭ-Т определяет следующие характеристики S — интерфейса:

  • физические характеристики сигналов;
  • процедуры управления потоком данных и исправления ошибок (для D — канала);
  • процедуры сигнализации и форматы сообщений (для D —канала).

Каждый терминал ЦСИС, подключенный к БД, имеет доступ к 2 дуплексным цифровым каналам со скоростью 64 кбит/с (каналы типа В) и к одному сигнальному каналу (каналу типа D), работающему со скоростью 16 кбит/с. Таким образом, каждый терминал может поддерживать два одновременных соединения.

Обычные терминалы (не  ЦСИС) наиболее часто снабжаются интерфейсом RS 232С. Для подключения такого терминала к ЦСИС требуется преобразователь протоколов, который называется терминальным адаптером (рис.3). В любом случае, подключение к ЦСИС производится через S —интерфейс.

Примечание
Процедура управления потоком данных и процедуры сигнализации, описанные для S — интерфейса, применимы для D —канала в целом (т.е. как для базового, так и первичного доступа).

Рис.3. Способы подключения терминалов ЦСИС

 

Интерфейсы в опорных точках

Изображенная на рис. 12 схема. Содержит 4 опорные точки:R, S, T, U.

Для преобразования цифровой телефонной сети в ЦСИС необходимо использование новых интерфейсов на стыке пользователь — сеть.

Если такой интерфейс использует существующую пару симметричного кабеля, то он называется базовым доступом (Вазsic Rаtе Ассеss — ВА, Ваsic rate Interface - BRI) и используется для подключения отдельных абонентов или небольших УПАТС. Для подключения крупных УПАТС или пользователей, которым требуется большое число каналов, применяется так называемый первичный доступ (Primary Rate AccessPRA, Рrimary Rate InterfacePRI), который базируется на стандартном 32 —х или 24 — х канальном ИКМ—тракте.

Примечание:

  • Полное описание интерфейсов приведено в Рекомендациях  МККТТ серии I (см. Рекомендации 1.430, 1.431, 1.440, 1.441, 1.450, 1.451.).
  • Взаимодействие коммутационных станций в ЦСИС между собой производится на базе ОКС №7 .
  • Обеспечение взаимодействия со специализированными сетями передачи данных производится в соответствии с протоколом Х.75.

 

Интерфейс в точке R

Связывает несовместимое с ISDN оборудование ТЕ2 с терминальным адаптером ТА. В этой точке могут функционировать синхронные и асинхронные интерфейсы, определенные в ITU-T серий V, X.

 

Интерфейс в точке S

Это интерфейс «пользователь-сеть», соединяет ISDN-совместимое терминальное оборудование с сетевым окончанием. Этот интерфейс стандартизован по 3-м уровням:
Уровень 1 ( I.430),
Уровень 2 (Q.921),
Уровень 3 (Q.931).

Для уровня 1 стандартизованы атрибуты интерфейса: электрические, функциональные, механические и  процедурные.

В рамках уровня 1 специфицирован разъем на базе стандарта ISO 8877.

Рис.4. Интерфейсы ЦСИС

 

Шинная конфигурация базового S-интерфейса по I.430 имеет одно сетевое окончание, 2 нагрузочных сопротивления и предусматривает подключение к шине до 8-ми абонентских терминалов и/или терминальных адаптеров.

 

Интерфейс в точке Т

Связывает оборудование пользователя с находящимся в помещении пользователя сетевым окончанием NT1.

Это интерфейс между оборудованием NT1 и оборудованием АТС ЦСИС. U-интерфейс в ITU-T не определен. 

В документах и рабочих материалах, утвержденных Госкомсвязи РФ, в частности, в Общих технических требованиях на средства связи для подключения в ЦСИС, на участке U-интерфейса нормируется применение кода 2B1Q.

Данный код (рис.5) представляет собой пары битов (2В) как единую четырехуровневую величину (1Q).

Рис.5. Линейные коды для передачи по медным парам

В практической реализации, при расстояниях между ЦСИС АТС и абонентским терминалом менее 3 км, применяется U-интерфейс с использованием метода «пинг-понг», а при расстоянии до 8 км -  U-интерфейс с эхокомпенсацией.

 

Интерфейсы пользователь - сеть

 

1.  Введение

Единственными новыми интерфейсами, необходимыми для реализации ЦСИС, являются интерфейсы стыка пользователь — сеть, которые обеспечивают подключение оконечного оборудования пользователя к сетевому окончанию. Для максимального использования существующего оборудования сетей связи они реализуются по существующим кабельным сооружениям.

Есть три типа подключения аппаратов в существующих телефонных  сетях (рис.4):

  • обычный абонент подключается к станции при помощи двухпроводной бонентской линии, которая с одной стороны оканчивается в кроссе станции, а с другой стороны соединительной коробке абонента;
  • небольшие УПАТС могут подключаться к станции при помощи нескольких абонентских линий (каждая из которых является двухпроводной линией). При помощи пучка этих соединительных линий УПАТС обеспечивает несколько одновременных соединений.
  • большие цифровые УПАТС подключаются к станции через стандартный 32 — канальный ИКМ — тракт, использующий четырехпроводную соединительную линию.

 ЦСИС использует уже существующую местную кабельную сеть. Поскольку существующие кабели используются в другом режиме (интегрированный доступ), ЦСИС также реализует три варианта доступа пользователей в сеть:

  • для постоянных абонентов ЦСИС двухпроводная абонентская линия преобразуется в базовый доступ при помощи U— интерфейса, обеспечивающего 2 В—канала (64000 бит/с) и 1 D--канал (16 кбиг/с);
  • малые УПАТС подключаются к станции по существующим двухпроводным линиям, каждая из которых обеспечивает 2 В—канала и 1 D—канал (базовый доступ, U— интерфейс);
  • большие УПАТС будут заменяться на УПАТС с функциями ЦСИС, при этом сохраняется существующий 32—х канальный ИКМ—тракт, в котором будет поддерживаться первичный доступ (X В—каналов и 1 D—канал — все каналы со скоростью 64 кбит/с).

Примечание:

Хотя ЦСИС использует имеющуюся кабельную сеть, требуется изменение абонентских линий от соединительной коробки абонента до оконечного оборудования, так как на этом участке теперь будет требоваться 4-х проводное соединение (S —интерфейс).

На физическом уровне определены следующие стандарты:

  • S — интерфейс полностью стандартизован МСЭ-Т (Рекомендация 1.430);
  • первичный доступ также стандартизован МСЭ-Т (Рекомендация 1.431);
  • U — интерфейс не стандартизован на физическом уровне. Поскольку этот интерфейс реализуется по существующим кабелям, обеспечение информационной скорости передачи по базовому доступу (2 В + D) зависит от характеристик существующих кабелей. Поэтому в настоящее время сосуществуют 2 стандарта, разделяемые по типу линейного кода: 4ВЗТ и 2В lQr которые будут описаны далее.
  • для D — канала определены стандарты для канального уровня (Q.920, Q.921) и сетевого уровня (Q.930, Q.931).

Рис.6. Интерфейсы телефонной сети

 

2. Базовый доступ

Базовый доступ обеспечивает подключение до 8 — ми терминалов по одному S -интерфейсу.

Базовый доступ имеет следующие характеристики

  • 4-х проводная шина для подключения до 8 — ми оконечных устройств,     
  • стандартизованная МККТТ как S — интерфейс; ^ 2-х проводная абонентская линия для включения в станцию, определяемая как U— интерфейс и не стандартизованная МСЭ-Т до настоящего времени;
  • специальное устройство, обеспечивающее согласование между 2-х проводным S — интерфейсом и 4-х проводным U — интерфейсом, которое называется сетевым окончанием типа 1.

Обращение к службам обеспечивается посредством:

  • 1 D — канал, который используется для сигнализации и передачи пакетов данных;
  • 2 В — канала, которые могут предоставляться  конкретному терминалу для

ведения телефонных разговоров или передачи данных в режиме коммутации

каналов или коммутации пакетов.

  • расстояние между станцией и сетевым окончанием определяется характеристиками абонентской линии и может достигать 10 км.

Примечание:

  • Описанный базовый доступ обеспечивает подключение до 8 терминалов, из которых только 2 могут работать одновременно в режиме коммутации каналов. Если требуется подключение большего числа терминалов, то возможно использование малой УПАТС, подключаемой на уровне S — интерфейса, или специального устройства, называемого сетевым окончанием типа 2 (интеллектуальное сетевое окончание) (рис.6)
  • Поскольку U — интерфейс не стандартизован, установку сетевых окончаний типа 1 (СО1, NT1 — Network Termenation 1) производит администрация сети, обеспечивая тем самым сопряжение между станцией и СО1.

 

Рис.7. Базовый доступ

Рис.8. Базовый доступ с интеллектуальным сетевым окончанием

 

3.  Первичный доступ (рис.9)

Для пользователей, имеющих небольшую нагрузку, достаточно одного или двух базовых доступов. Однако некоторые пользователи требуют обмена значительным потоком информации с сетью. В этом случае, используется 32 —х канальный ИКМ —тракт. Такой способ подключения к станции называется первичным доступом (ПД).

Первичный доступ имеет следующие характеристики:

  • интерфейс использует полный ИКМ —тракт, в результате чего сохраняются все его свойства;
  • 16 —ый канал используется в качестве D —канала, обеспечивая передачу сигнальных сообщений и пакетов данных;
  • каналы 1 — 15 и 17 — 31 используются в качестве В — каналов и могут быть предоставлены любому пользователю для соединения КК или КП;
  • расстояние между станцией и пользователем не ограничено за счет использования регенераторов ИКМ— тракта.

Примечание:

Физическая структура сигналов на БД и ПД совершенно различна, тогда как стандарты для управления потоком данных и исправления ошибок остаются теми же.

Базовый доступ

Первичный доступ

Физический уровень
S — интерфейс: 4-х проводный

30 B + D

(по Рекомендациям МККТТ)
U —интерфейс: 2-х проводный
- 2B + D

физический уровень системы ИКМ

Канальный уровень:

  • процедуры управления потоком данных и исправления ошибок.

Сетевой уровень:

  • маршрутизация;
  • обработка сигнальных сообщений и пакетов данных.

 

Рис.9 Первичный доступ