Принципы цифровой коммутации

Разумеется, мы никогда не поступимся нашими принципами.

В.Ленин,27.11.1918

Принципами, товарищи, мы не должны поступаться ни под какими предлогами.

М.Горбачев, 18.02.1988

Не могу поступиться принципами.

Н.Андоеева. 13.03.1988

Цифровая телефония

Как видно из материалов предыдущих глав, первые сто лет или около того эволюция ТфОП происходила довольно медленно. По сути, за исключением декадно-шаговых АТС и телефонов с диско­вым номеронабирателем, за первые 50 лет было мало что сделано в плане технологии. Внедрение координатных АТС в 1930-х годах, автоматической междугородной связи в 1950-х и тастатурных теле­фонных аппаратов с тональным набором номера в 1960-х годах счи­тались революционными событиями.

Темпы эволюции заметно возросли с появлением АТС с программ­ным управлением, передачи цифровых данных по коммутируемым каналам с помощью модемов и факсов и общеканальной сигнализа­цией №7 в 1960-х, 1970-х и 1980-х годах, соответственно. К середи­не 1980-х годов темпы возросли значительно, а в начале 1990-х го­дов начало чувствоваться влияние сетей ISDN, концепции Интеллек­туальной сети, идеи Информационной супермагистрали, а также других технологических и макроэкономических факторов, повлияв­ших на коммуникационные технологии. Одной из наиболее существенных технологий среди перечисленных выше являются цифровые АТС с программным управлением.

В двух предыдущих главах были рассмотрены системы коммута­ции физических каналов, в которых каждому соединению предостав­ляется своя физическая линия (электрическая цепь). При цифровой коммутации носителем информации является не амплитуда переда­ваемого по линии электрического сигнала, а временная последова­тельность импульсов, т.е. временной канал, определяемый простран­ственной и временной координатами.

В данной главе рассматриваются основные принципы цифровой коммутации, на которых строятся изучаемые далее в книге цифро­вые АТС, концентраторы, мультиплексоры, шлюзы, конвертеры и дру­гие устройства, обеспечивающие соединение и перенос информации в цифровом виде. К этому перечню следует добавить источники пе­редачи информации, к которым наряду с рассмотренными ранее обычными телефонами относятся устройства передачи данных, тер­миналы ISDN, компьютеры, факсы, видеокамеры, сканеры и т.п. В ка­честве приемников информации, в дополнение к упомянутым, могут выступать, например, видеомониторы или принтеры.

Эпоху цифровой реализации телекоммуникационной сети предо­пределило наличие двух недорогих, но чрезвычайно важных уст­ройств: кодеков, преобразующих аналоговые сигналы в цифровые (рис.4.1а), и модемов, преобразующих цифровые сигналы в анало­говые при передаче данных по аналоговым телефонным сетям (рис.4.16). Именно они, наряду с цифровизацией многоканальной электросвязи - систем передачи с ИКМ, обусловили появление циф­ровых систем коммутации.

Суть цифровизации заключается в том, что исходный аналого­вый электрический сигнал может быть воспроизведен из соответ­ствующей последовательности дискретных значений его амплиту­ды (отсчетов). Число отсчетов в секунду называется частотой дис­кретизации и зависит от самого высокочастотного компонента, присутствующего в аналоговом сигнале. Известная теорема Ко-тельникова гласит, что аналоговый сигнал можно правильно вос­становить, если частота дискретизации вдвое превышает частоту сигнала. Именно на ней и на теореме Найквиста, доказанной Гарри Найквистом в 1928 году и устанавливающей тот факт, что, если час­тота выборки f_s превышает не менее чем вдвое самую высокочас­тотную составляющую аналогового сигнала f _а, то первоначальный аналоговый сигнал полностью описывается только с помощью мо­ментальных выборок основывается импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Эта минимальная частота выборки иногда называется час­тотой Найквиста.

Строже говоря, устройство дискретизации «вырезает» из перво­начального аналогового сигнала x(t) короткие выборочные импуль­сы (рис.4.2), образуя последовательность мгновенных значений ам­плитуды - дискретизированный во времени сигнал y(t) с частотой следования импульсов f_s. Этот процесс известен как амплитудно-импульсная модуляция (АИМ).

Рис. 4.2 ИКМ-кодирование аналогового сигнала речи

и его восстановление

Полученный таким образом сигнал y(t) представляет хотя и дис­кретные во времени, но, тем не менее, аналоговые значения ампли­туды первоначального сигнала x(t). Для того, чтобы передавать эти выборочные значения в цифровой форме, требуется их кванотование: значение каждой амплитуды округляется до ближайшего числа из некоторого конечного набора заранее фиксированных чисел (уровней квантования), и в результате получается сигнал z(t), дискретизированный по амплитуде. На рис.4.2 представлены исходный сигнал, дискретный во времени сигнал, полученный из исходного, и сигнал, полученный после квантования и представляющий собой дискретную во времени последовательность дискретных амплитуд. Заметим, что при квантовании значения амплитуды исходного сиг­нала утрачиваются вследствие округления, так что этот сигнал уже не может быть восстановлен точно (потеря точности выражается в т.н. шумах квантования, рассмотрение которых остается за преде­лами учебника).

И, наконец, последнее преобразование сигнала, также показан­ное на рис.4.2. Поскольку количество уровней квантования являет­ся конечным, все их можно пронумеровать (например, в порядке воз­растания) и представить каждый номер в виде двоичного кодового слова. В результате сигнал z(t) превращается в последовательность л-битовых слов, т.е. становится цифровым. Все это вместе и есть импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

Очевидно, что чем больше уровней квантования, тем лучшую ха­рактеристику будет иметь восстановленный сигнал. Например, для речевых сигналов ИКМ достаточно иметь 256 уровней (8-битовые двоичные слова), но при кодировании музыки в CD-плейерах для получения удовлетворительной характеристики требуется 65536 уровней (16-битовые двоичные слова). Чем лучшее качество нам требуется, тем в большем количестве уровней квантования мы нуж­даемся, и тем более длинными должны быть кодовые слова, что, естественно, приводит к необходимости передавать биты с более высокой скоростью. Скорость передачи битов должна быть настоль­ко высока, чтобы цифровое слово, несущее предыдущее дискрет­ное значение амплитуды сигнала, оказалось переданным до того, как появится следующее слово, готовое к передаче. Поэтому для каждой системы приходится искать определенный компромисс ме­жду качеством и скоростью передачи информации.

Аналоговый речевой сигнал в телефонии занимает диапазон час­тот шириной до 4000 Гц и требует производить отсчеты амплитуды 8000 раз в секунду, т.е. частота дискретизации составляет 8 кГц. При квантовании отсчетов используется 256 стандартных ампли­туд, которые потом кодируются 8-разрядными двоичными слова­ми. Затем эти слова передаются в соответствующих временных интервалах, а на приемной стороне выполняется обратный процесс приближенного восстановления исходного аналогового речевого сигнала. Частота отсчетов 8 кГц и 8-битовая схема кодирования (все это выбиралось в результате длительных дебатов в ITU-T) дают очень хорошее качество речи, правда, за счет довольно высоких требований к скорости передачи битов. Меньшая частота отсчетов и/или меньшая разрядность кодирования (7-битовая схема коди­рования, например) дают менее гладкий и менее точно восстанов­ленный речевой сигнал.

Итак, результат каждого отсчета представляется одним байтом. Имеем: 8000 байтов в секунду и 8 битов в каждом байте. Скорость потока данных, передающего человеческую речь, составляет:

Поскольку ИКМ была первой стандартной технологией, получив­шей широкое применение в цифровых системах передачи, пропуск­ная способность канала, равная 64 Кбит/с, стала всемирным стан­дартом для цифровых сетей всех видов. Все сегодняшние цифро­вые линии имеют пропускную способность, либо равную 64 Кбит/с, либо кратную этой величине. Например, пропускная способность цифрового тракта Е1 составляет 2.048 Мбит/с, что эквивалентно 32 каналам по 64 Кбит/с каждый (отметим сразу, что для передачи ин­формации пользователей обычно используются 30 каналов, а осталь­ные два служат для синхронизации, контроля и сигнализации).

Технология ИКМ, базирующаяся на математических результатах Найквиста и Котельникова, представляет собой сегодня наиболее общий метод преобразования аналоговых речевых сигналов в циф­ровую форму.

Однако не забудем, что и ИКМ, и канал 64 Кбит/с стандартизиро­вались в 1970-е годы. Современные технологии цифровой обработ­ки сигналов предоставляют много более действенных способов ко­дирования. Имеется в виду, что можно добиться лучшего качества при той же скорости передачи битов, или равноценного качества при более низкой скорости передачи. Сегодня существуют и использу­ются более сложные схемы кодирования. Например, телефоны ISDN могут передавать высококачественную речь в диапазоне 7 кГц с той же скоростью 64 Кбит/с. Другой пример - это широко распростра­ненная техника GSM.

В ряде ведомственных сетей уже давно применяют более эффек­тивные системы кодирования, такие как АДИКМ. Поясним, что АДИКМ поддерживает передачу речи с «телефонным» качеством на скорости 32 Кбит/с, обеспечивая тем самым более эффективное использование имеющейся полосы пропускания. Дифференциаль­ная импульсно-кодоваямодуляция(ДИКМ) эффективнее, чем ИКМ, поскольку она предусматривает кодирование только изменений уровня сигнала. Основываясь на предположении, что изменение амплитуды речевого сигнала происходит относительно медленно, для представления каждого отсчета можно использовать меньше битов. В ДИКМ обычно используют 4 бита, что дает коэффициент сжатия 2:1. Такой уровень компрессии позволяет иметь в тракте Е1 64 канала по 32 Кбит/с вместо 32 каналов по 64 Кбит/с в стандарте ИКМ. ДИКМ обычно обеспечивает качество речи, сравнимое с ИКМ.

Адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ) улучшает качество ДИКМ, причем без увеличения количе­ства необходимых битов, а благодаря увеличению диапазона изме­нений сигнала, которые можно представить 4-битовой величиной. Но поскольку АДИКМ не согласуется с АТС на базе ИКМ, то, чтобы ввести два сжатых до 32 Кбит/с разговора в один канал ИКМ, необ­ходимо специальное оборудование - мультиплексор компрессии битов. Впрочем, к вопросу о 32 Кбит/с мы еще вернемся в главе 6 при описании отечественной станции С-32.

Отметим, что АДИКМ-не единственная технология, появившая­ся в результате непрекращающихся экспериментов производите­лей средств телефонии с теоремой Котельникова. Одно из пред­ложенных ими направлений - уменьшить точность, с которой уров­ни квантования соответствуют амплитудам исходного сигнала в точках отсчета, в результате чего для кодирования вместо вось­ми требуется всего шесть или семь битов. Другое направление хо­рошо иллюстрирует дощатый забор, верх которого обрезан по кри­вой линии: даже убрав четыре из каждых пяти досок, изгиб восста­новить все-таки можно. Еще одно направление основано на пред­положении, что в обычной человеческой речи существуют прогно­зируемые паузы: в эти паузы с помощью техники, известной как подавление молчания, вводятся дополнительные разговорные сиг­налы. Применяются также разные варианты метода квантования, которые пока не являются общепринятыми или широко используе­мыми в коммутационных узлах и станциях, но о которых будет ска­зано в главе 7, посвященной сетям доступа. В числе этих вариан­тов: варьируемый уровень квантования (VQL) - коэффициент ком­прессии 2:1 (32 Кбит/с), непрерывно варьируемое изменение кру­тизны (CVSD) - коэффициент компрессии 4:1 (16 Кбит/с) или 6,667:1 (9,6 Кбит/с), кодирование с векторным квантованием (VQC), - коэффициент компрессии 4:1 (16 Кбит/с), речь с высокой пропускной способностью (HCV) - коэффициент компрессии 8:1 (8 Кбит/с). При применении таких методов компрессии нельзя за­бывать об одном жестком правиле: высвобождение ресурса про­пускной способности, достигаемое с их помощью, оплачивается ка­чеством звука. Новейшие методы могут обеспечить даже коэффи­циент сжатия 16:1 (скорость 4 Кбит/с), однако качество речи при этом становится приемлемым только для исключительных случа­ев. Эти вопросы будут также затронуты в главе 7.

Цифровые АТС

Теперь, вооружившись знаниями о технологии цифровой пере­дачи информации, продолжим рассмотрение АТС, начатое в преды­дущих главах книги. Коммутационная станция называется цифровой, когда ее коммутационное поле может коммутировать только циф­ровые сигналы, несущие как речь, так и управляющие сообщения или команды. Аналоговые сигналы тоже могут коммутироваться циф­ровой станцией, но лишь с применением аналого-цифровых (A/D) и цифро-аналоговых (D/A) конвертеров. Сказанное представляет со­бой весьма упрощенное определение цифровой коммутации, но в следующих главах книги мы создадим из него более аккуратно и тщательно разработанную модель.

Эволюцию от аналоговой коммутации к цифровой иллюстрирует рис. 4.3. На рис. 4.3 а показаны аналоговые АТС с аналоговыми або­нентскими и соединительными линиями (кстати, такое разделение на абонентскую и сетевую стороны узла коммутации прослеживает­ся по всей книге). На рис. 4.3 б показана следующая фаза эволюции коммутации. В этой фазе цифровые коммутаторы взаимодействуют с другими цифровыми коммутаторами через цифровые соедини­тельные линии, хотя могут также использоваться аналоговые або­нентские линии и аналоговые соединительные линии, но непремен­но с использованием аналого-цифровых и цифро-аналоговых пре­образователей. Однако коммутационное поле является цифровым, что подразумевает коммутацию в станции исключительно цифровых сигналов.

Рис. 4.3 Эволюция АТС

Ниже в этой главе будет использоваться поэтапный подход к изу­чению цифровой коммутации. Поскольку целью следующих глав яв­ляется систематический анализ разных аспектов цифровых АТС, то здесь, во-первых, рассматривается базовая модель такой АТС, как она упрощенно представлена на рис.4.3 б, а затем эта модель будет постепенно расширяться, охватывая большинство важных функций современной цифровой коммутационной станции. В параграфе 4.3 рассматриваются комплекты аналоговых и цифровых абонентских линий, а затем, в параграфе 4.4, - базовое ядро цифровой станции с переключающей матрицей, которая называется коммутационным полем. Коммутационное поле переключает каналы и тракты под управлением процессора и соответствующих контроллеров. Далее вводятся понятия линейных и служебных модулей, контроллеров интерфейсов и распределенного программного управления, кото­рое рассматривается затем в соответствующей главе вместе с про­граммным обеспечением цифровой АТС. Таким образом, данная гла­ва предназначена исключительно для изложения некоторых базовых принципов организации и работы цифровых станций.

В представленной на рис.4.3 б упрощенной блок-схеме гипоте­тической цифровой АТС можно выделить следующие функциональ­ные подсистемы:

• Модули абонентских линий

• Коммутационное поле

• Модули соединительных линий

• Система управления.

В этот перечень не попало оборудование кросса (MDF, main dis­tributing frame) - место, куда заводятся все входящие в станцию абонетские линии. Кросс имеет две стороны: вертикальную и горизон­тальную. К вертикальной стороне подсоединяются абонентские ка­бели, а линии от абонентских модулей соединяются с горизонталь­ной стороной. Фактически соединение между вертикальной сторо­ной (кабельная пара) и горизонтальной стороной (пара от станции) определяет номер абонента. Другим такого же рода устройством является распределительный магистральный luht(TDF, trunk distrib­uting frame) - место подключения к АТС всех соединительных линий. TDF обычно меньше, чем кросс (MDF), и также имеет две стороны: вертикальную и горизонтальную. В состав оборудования АТС, как правило, входит электропитающая установка, представляющая со­бой совокупность силовых конвертеров, аккумуляторных батарей и аварийных источников питания станционного оборудования.

Абонентские модули

Прежде всего рассмотрим подробнее важнейший компонент лю­бой цифровой АТС -комплекты аналоговых абонентских линий. Уп­рощенная схема абонентского комплекта показана на рис.4.4. и включает в себя элементы, поддерживающие батарейное пита­ние (Battery feed), защиту от перенапряжения (Overvoltage protec­tion), посылку вызова (Ringing current), контроль шлейфа абонент­ской линии (Supervision), кодирование аналоговых сигналов (Coding), функции дифсистемы (Hybrid) и тестирования (Testing). Отсю­да и возникла аббревиатура BORSCHT, весьма привычно звучащая на русском языке.

Первой функцией, которую должен обеспечить абонентский ком­плект, является дистанционное батарейное питание абонентского телефонного аппарата постоянным напряжением 60 В. Подавляю­щее большинство абонентских линий имеют длину менее 8 км и со­противление шлейфа менее 1000 Ом, что исключает проблемы с пи­танием даже при напряжении питания 48 В, принятом в импортных АТС. Для удаленных абонентов и в других исключительных случаях напряжение питания может быть повышено путем включения допол­нительного источника и/или использования специальных абонент­ских комплектов удаленных абонентов. Применяемое в телефонии питание от станционной батареи обеспечивает дополнительную на­дежность связи (она сохраняется при выходе из строя местной элек­тросети), а также упрощение телефонного аппарата (он не нуждает­ся в блоке сетевого питания). Впрочем, последнее обстоятельство сегодня не представляется существенным, так как местное электро­питание все равно необходимо для бесшнуровых телефонных аппа­ратов, для факсимильных аппаратов и для обеспечения других до­полнительных возможностей. Все это наводит на размышления о том, насколько необходимо сохранять централизованное питание телефонного аппарата в сети ISDN, при использовании оптических абонентских линий и при других перспективных технологиях сети доступа, которые будут обсуждаться в главе 7.

Другая функция абонентского комплекта -защита от перенапря­жений, источниками которых могут быть бытовые нарушения в элек­тропроводке, метеорологические условия (например, удар молнии), воздействия промышленной среды (например, связанные с повре­ждениями высоковольтных линий) и т.п. Для защиты могут исполь­зоваться газонаполненные предохранители, стабилитроны или дру­гие средства.

Каждый абонентский комплект выполняет также коммутацию цепи вызывного тока при посылке вызова к телефонному аппарату. В ана­логовых телефонных аппаратах звонок работает от довольно высо­кого переменного напряжения частотой 25 Гц с длительностью по­сылок, различающейся при местном вызове, при автоматическом междугородном вызове и при вызове со стороны телефонистки ме­ждугородной станции. Для современных бесшнуровых или цифро­вых телефонов дистанционное возбуждение звонка переменным током низкой частоты заменяется тональным вызывным сигналом

Весьма важной функцией, выполняемой абонентским комплек­том, является контроль шлейфа абонентской линии для распозна­вания абонентской сигнализации. Вопросы абонентской сигнализации рассматриваются ниже. Другими функциями, входящими в на­бор BORSCHT, являются аналого-цифровое (A/D) и цифро-аналого­вое (D/A) преобразование - кодирование речевого сигнала, подроб­но рассмотренное в первом параграфе данной главы, и функции дифсистемы, обеспечивающие переход от двухпроводной схемы передачи речевых сигналов по абонентской линии к внутристанционной четырехпроводной схеме. Термин «Hybrid» описывает весь набор задач, связанных с разделением направлений передачи при двусторонней связи.

И, наконец, абонентские комплекты должны предусматривать тестирование абонентской линии и аппарата абонента, позволяю­щее при возникновении неисправности установить ее причину и ме­сто. Сюда входит контроль сопротивления изоляции провода а или to относительно земли, сопротивления изоляции между проводами а и Ь, рабочей емкости между проводами а и to, сопротивления шлей­фа, параметров номеронабирателя. Эти проверки, проводимые, как правило, с помощью централизованных пультов, будут рассматри­ваться в посвященной технической эксплуатации главе 10 при опи­сании систем централизованного технического обслуживания або­нентов типа АРГУС.

Схемы абонентских комплектов, используемых в современных АТС, изменяются практически ежегодно, так что рис.4.4 следует рас­сматривать только как пример. Сигналы от телефонного аппарата по проводам а и to абонентской линии поступают в абонентский ком­плект через схему защиты от перенапряжений. При входящем вызо­ве в абонентском комплекте к проводам а и Ь подключается вызыв­ное напряжение, и сигнал вызова передается по линии к телефон­ному аппарату абонента.

Рис. 4.4 Пример абонентского комплекта

Схема интерфейса абонентской линии SLIC (Subscriber Line Inter­face Circuit) содержит блок абонентской сигнализации и блок пере­хода от двухпроводной линии к четырехпроводной. На станционной стороне SLIC устанавливаются один приемный и один передающий фильтры, которые служат для ограничения полосы частот речевого сигнала. Сигналы, поступающие от абонентского аппарата, детек­тируются в SLIC и в двоичной форме передаются в управляющее устройство (УУ) абонентского модуля. Такие же двоичные сигналы, в свою очередь, использует УУ для передачи от станции к абоненту акустических сигналов, таких как сигнал занятости, ответ станции, и т.д. Еще раз подчеркнем, что функции УУ варьируются от системы к системе, но на самом низком уровне должно обеспечиваться ска­нирование каждого абонентского комплекта, чтобы детектировать изменение состояния соответствующей абонентской линии. О каж­дом изменении сообщается УУ с указанием адреса линии и, обычно, времени, прошедшего с момента последнего изменения ее состоя­ния. И, наконец, УУ должно выполнять функции технической эксплуа­тации абонентского модуля. Число абонентских комплектов в одном модуле зависит от типа АТС.

В абонентский комплект не входят средства, поддерживающие многочастотный набор номера (DTMF). Впервые DTMF был введён AT&T в 1963 году с целью ускорить установление соединения на АТС. До этого применялся только импульсный набор номера, уже рас­смотренный нами при изучении абонентских комплектов электро­механических АТС. Набор 7-значного номера импульсным спосо­бом занимает минимум 8.1 секунды. Набор того же 7-значного но­мера многочастотным способом можно выполнить гораздо быст­рее, экономя время абонентов. Таким образом, многочастотный набор номера сокращает длительность непроизводительного за­нятия ресурсов АТС и сети. Сигналы DTMF используются также для ввода PIN-кода предоплатной карты, доступа к речевой почте и к другим услугам компьютерной телефонии и IP-телефонии, ко­торые будут рассмотрены в главе 11. Как только телефонное со­единение установлено, дополнительные сигналы DTMF, предусмот­ренные системами компьютерной телефонии, речевой почты или интерактивного речевого ответа IVR, проходят через АТС и через сеть прозрачно.

Телефон, оборудованный DTMF, вместо диска имеет многочас­тотную тастатуру. Обычно такая тастатура содержит 12 клавиш (10-для цифр, а две -для символов * и #). Тастатура некоторых телефо­нов имеет только 10 клавиш, но существуют и аппараты с 16-кла-вишной тастатурой (еще 4 клавиши - для символов А, В, С и D).

Для кодирования цифр и символов используется две группы зву­ковых частот, одна - в нижней части речевого диапазона, вторая -в верхней его части. Каждой цифре или символу (т.е. каждой клави­ше тастатуры) соответствует определенная двухчастотная комбина­ция (одна частота из нижней группы и одна - из верхней). Примени­тельно к 16-клавишной тастатуре это показано в табл. 4.1, где каж­дая строка соответствует определенной частоте нижней группы, а ка­ждый столбец - определенной частоте верхней группы; на пересечениях строк и столбцов записаны цифры (символы), обозначаемые соответствующими парами частот. Очевидно, что для 12-клавишной и 10-клавишной тастатуры крайний справа столбец табл. 4.1 не ну­жен, и частота 1633 Гц не используется.

Таблица 4.1 Код DTMF

				А
				В
				С
	*		#	D

 

Схема генерирования сигналов DTMF устроена так, что при на­жатии на тастатуре одновременно двух клавиш одного и того же го­ризонтального или одного и того же вертикального ряда генериру­ется только одна частота, общая для этих двух клавиш. Например, нажав одновременно 1 и 4, мы получим только частоту 1209 Гц, а на­жав сразу две клавиши в разных рядах, скажем, 1 и 5, мы вообще не получим никакой частоты.

Приемник сигналов DTMF бывает подключен к проводам абонент­ской линии тогда, когда предполагается набор абонентом цифр и/или символов. Для каждой из сигнальных частот в нем имеется детектор с узкополосным частотным фильтром. Цифра (или символ) считает­ся принятой, когда сигнал достаточно высокого уровня обнаружен одновременно двумя детекторами.

Работа некоторых старых телефонов с многочастотным набором номера зависела от полярности на проводах линии. Если в таком телефоне переполюсовать провода а и Ь, сам он будет работать, но тастатура работать не сможет. Во многих АТС переполюсовка напря­жения на проводах а и b служит сигналом того, что абонент ответил и можно начать начисление платы за связь. Эта операция намерен­но блокировала тастатуру DTMF. Однако многие новые услуги тре­буют, чтобы вызывающий абонент мог передавать сигналы DTMF, уже получив соединение с нужной ему службой. Такие службы могут функ­ционировать потому, что сигналы DTMF передаются по тому же трак­ту, что и разговорный сигнал, и служба может их принять, хотя АТС уже отключила свои детекторы, считая, что абонент закончил набор. Организовать же работу подобных служб с применением импульс­ного набора намного сложнее, поскольку многие АТС не ретрансли­руют импульсы набора в условиях, когда набор номера не ожидает­ся. Поэтому новые телефоны с многочастотным набором делают нечувствительными к полярности.

 

Доступ к услугам ISDN

Потребность в услугах передачи данных стала расти с 1970-х го­дов. За границей эти услуги вначале предоставлялись сетями пе­редачи данных с коммутацией пакетов (PSDN) на базе протокола Х.25. К началу 1980-х годов стало ясно, что имеются и потребность, и техническая возможность интеграции передачи данных и речи в одном цифровом тракте. Создавались такие приложения, как ви­деотелефония, онлайновые информационно- справочные службы, передача оперативной информации об абоненте на экран рабоче­го места оператора, который его обслуживает, передача телемет­рической информации для управления производственными про­цессами или для мониторинга пожарных датчиков с автоматиче­ским оповещением о связанных с ними событиях посредством те­лефонных вызовов, а также ряд чисто телефонных услуг. Естест­венным развитием этих приложений и стал ISDN-терминал, пред­ставляющий собой либо компьютер с функционирующим на нем специализированным приложением, либо специализированный телефонный аппарат, оснащенным дисплеем. Несколько ISDN-тер­миналов обслуживается сетевым окончанием (NT), которое поме­щается у пользователя дома или в офисе и подключается по або­нентской линии к АТС с функциями ISDN. Обычные терминалы (те­лефоны, факсы и др.) могут подключаться к NT через соответст­вующие терминальные адаптеры (ТА).

Таким образом, цифровая абонентская линия ISDN оканчивается в помещении абонента сетевым окончанием NT, к которому может быть подключено несколько разных терминалов, разделяющих ре­сурс абонентской линии - два В-канала (по 64 Кбит/с) и один D-канал (16 Кбит/с). Каждый терминал обеспечивается адресом, по ко­торому с ним может связаться любой другой абонент сети ISDN. С другой стороны, любой терминал может передать на АТС запрос связи через сеть ISDN либо в режиме коммутации каналов, либо в па­кетном режиме. В первом случае станция должна организовать обыч­ное соединение между двумя абонентами. Во втором случае або­ненты передают к АТС в асинхронном режиме пакеты данных, кото­рые та должна быть способна хранить и пересылать к адресатам. Речевая или факсимильная связь обеспечивается в режиме комму­тации каналов. Обмен данными может производиться в любом из двух режимов коммутации.

Разработка стандартов для ISDN велась под руководством орга­низации, которая тогда называлась Исследовательской комиссией XVIII МККТТ (в настоящее время - Исследовательская комиссия 13 ITU-T), а вопросы услуг, технической эксплуатации, учета и пр. раз­рабатывали другие Исследовательские комиссии, компетентные в соответствующих областях. К примеру, протоколы сигнализации в интерфейсе пользователь-сеть ISDN определены в рекомендаци­ях I.450/Q.930 - I.452/Q.931, которые были разработаны Исследо­вательской комиссией 11, публикующей рекомендации серии Q (от­сюда двойные номера Рекомендаций). К ISDN относится несколько сотен рекомендаций ITU-T. Основные рекомендации серии I приве­дены в табл. 4.2.

Таблица 4.2 Рекомендации серии I no ISDN

Впервые МККТТ исследовал ISDN как концепцию в период с 1968 по 1971 год, но более глубокое исследование было проведено в ис­следовательский период 1981-1984 годов. Первый комплект реко­мендаций по стандартам появился в 1984 году в виде Красной кни­ги МККТТ, в которой описывались базовая структура, архитектура сети, протоколы UNI (интерфейса пользователь-сеть) и протоколы межстанционной сигнализации по общему каналу. В итоге иссле­довательского периода 1985-1988 годов была опубликована Синяя книга, которая содержала описания дополнительных услуг, адап­тации скоростей, ретрансляции кадров ISDN и первичный набор рекомендаций по B-ISDN (широкополосной ISDN). Уместно напом­нить, что разные цвета книг представляют разные исследователь­ские периоды.

К приведенным в табл. 4.2 рекомендациям серии I следует доба­вить Рекомендации: Q.700 - спецификации системы сигнализации №7(ОКС7), Q.921 -спецификации уровня 2 для каналаD- протоко­ла LAPD, Q.931 - спецификации уровня 3 интерфейса пользователь-сеть, V.110 - процедуры канала В (Европа) для терминальных адап­теров (ТА), а также касающиеся ISDN стандарты ANSI (Соединенные Штаты) и ETSI (Европа).

Для пользовательского доступа были стандартизованы следую­щие типы каналов, предназначенных для передачи информацион­ных потоков пользователя (речи или данных) и сигнальной инфор­мации:

A. Аналоговый телефонный канал 4 кГц.

B. Цифровой канал 64 Кбит/с (для передачи речевой информа­
ции или данных).

C. Цифровой канал 8 или 16 Кбит/с (для передачи данных, ис­
пользуемый в сочетании с А-каналом).

D. Цифровой канал 16 или 64 Кбит/с (для передачи сигнальной
информации).

Н. Канал, функционально эквивалентный каналам В, но предос­тавляющий приложениям PRI агрегатную ширину полосы. Сигналы в канале Н_о имеют агрегатную скорость 384 Кбит/с, а каналы Н₁ ра­ботают на агрегатной скорости 1536 Кбит/с в североамериканской версии (Н₁₁) и 1920 Кбит/с в европейской версии (Н₁₂).

D-канал служит для обмена терминала пользователя с АТС сети ISDN сигнальной информацией, необходимой для организации, поддержки и завершения сеанса связи этого терминала с терми­налом любого другого пользователя. Обычно пользователь ISDN имеет несколько терминалов (однотипных или разнотипных в лю­бом сочетании), и один канал D является общим для всех этих тер­миналов. Помимо сигнализации, D-канал может использоваться для передачи в пакетном режиме (с относительно небольшой ско­ростью) пользовательской информации. В-канал предназначается исключительно для переноса пользовательской информации, при­чем ее перенос возможен как в режиме коммутации каналов, так и в пакетном режиме.

Доступ пользователь-сеть ISDN имеет структуру вида nB+D (п В-каналов и один D-канал), при этом, в принципе, возможны самые разные структуры. В Европе в течение ряда лет предлагалась услуга со структурой доступа 0B+D, которая предусматривала доступ толь­ко к D-каналу для пакетной передачи данных со скоростью до 9,6 Кбит/с. Ряд операторов в Соединенных Штатах предлагал моди­фикации доступа 1B+D и 0B+D для приложений, в которых необхо­дим только один канал В или только канал D. Но это, скорее, исклю­чения. Как правило, используются две основные структуры:

• Базовый интерфейс ISDN (BRI) или доступ на базовой скорости (BRA). Содержит два В-канала, каждый из которых работает на скорости 64 Кбит/с, и один D-канал со скоростью 16 Кбит/с (струк­тура 2B+D). По каждому В-каналу можно передавать цифровые данные, ИКМ-кодированную речь (на скорости 64 Кбит/с или меньшей) или композицию низкоскоростных данных (на субскоростях), если все они предназначены одному и тому же адресату. D-канал доступен для передачи пакетов данных и низкоскорост­ной телеметрической информации, когда он не занят для сигна­лизации; в число эффективных его приложений входит проверка

полномочий кредитных карт. BRI используется, в основном, для квартирного сектора, малого бизнеса, Центрекс и приложений дистанционного управления, которые не особенно требователь­ны к полосе пропускания. Каналы В могут быть объединены, что­бы организовать скорость до 128 Кбит/с для таких услуг, как ви­деоконференция. Одна линия BRI может обслуживать до 8 тер­миналов ISDN. В интерфейсе BRI применяются 8-штыртковый разъем и колодка RJ-45.

• Первичный интерфейс ISDN (PRI) или доступ на первичной ско­рости (PRA) содержит 30 В-каналов и 1 D-канал (структура 30B+D). Этот же интерфейс в США и Японии имеет структуру 23B+D. И каналы В, и канал D работают на скорости 64 Кбит/с. Отдельные каналы В могут использоваться так же, как в случае BRI, но канал D служит исключительно для сигнализации. По­скольку стандарты предусматривают обслуживание каналом D PRI до 5 соединений одновременно, многочисленные опера­торские компании используют эту концепцию, получая таким об­разом дополнительные возможности, в частности, с помощью преобразователя MSM из серии конвертеров сигнализации xSM, упоминаемых в главе 8. Будучи разработанным для стандартно­го тракта Е1, интерфейс PRI значительно лучше других вариан­тов организации цифровых соединительных линий, поскольку каналы можно назначать динамически. Иными словами, любой канал может использоваться, в зависимости от обстоятельств, как входящий, исходящий, комбинированный или как соедини­тельная линия DID. Использование канала может определяться, смотря по необходимости, на основе задаваемых пользовате­лем параметров. Кроме того, несколько каналов В могут быть объединены, чтобы обслуживать приложения с повышенными требованиями к полосе пропускания, например, такие приложе­ния, как видеоконференцсвязь.