Принцип работы телефонной сети

Первые телефонные сети были полностью аналоговыми, так как в них абонентское устройство (телефонный аппарат) преобразовывало звуковые колебания, являющиеся аналоговыми сигналами, в колебания электрического тока (также аналоговые сигналы). Коммутаторы телефонной сети тоже передавали пользовательскую информацию в ана­логовой форме, перенося эти сигналы в другую область частотного спектра с помощью методов частотного уплотнения (FDM), описанных в главе 9.

Сегодня в телефонных сетях голос между коммутаторами все чаще передается в цифровой форме по каналам PDH/SDH с помощью технологии TDM. Однако абонентские оконча­ния остаются в основном аналоговыми, что позволяет пользоваться теми же сравнительно простыми и недорогими аналоговыми телефонными аппаратами, что и раньше.

Типичная структура телефонной сети представлена на рис. 22.4. Сеть образована некото­рым количеством телефонных коммутаторов, которые соединены между собой цифровыми или, в редких случаях, аналоговыми каналами. Топология связей между телефонными коммутаторами в общем случае носит произвольный характер, хотя часто имеет место многоуровневая иерархия, когда несколько коммутаторов нижнего уровня подключаются к коммутатору более высокого уровня и т. п.

К коммутаторам нижнего уровня с помощью абонентских окончаний, которые представ­ляют собой медные пары, подключаются телефонные аппараты абонентов. Обычно длина абонентского окончания не превышает одного-двух километров, однако иногда оператор вынужден использовать и более протяженные окончания, до 5-6 км, если имеется не­сколько удаленных абонентов, для которых строительство отдельной точки присутствия экономически неоправданно.

Телефонная сеть, как и любая сеть с коммутацией каналов, требует обязательной про­цедуры предварительного установления соединения между абонентскими устройствами. В случае успеха этой процедуры в сети устанавливается канал между абонентами, через который они могут вести разговор. Процедура установления соединения реализуется с по­мощью сигнального протокола. Напомним, что в аналоговых телефонных сетях каждому абонентскому соединению выделяется полоса пропускания шириной в 4 кГц. Из этой по­лосы 3,1 кГц предназначается для передачи собственно голоса, а оставшиеся 900 Гц служат для передачи сигнальной информации между аналоговыми коммутаторами, а также в каче­стве защитной полосы частот между каналами, выделенными различным пользователям. Существует большое количество различных сигнальных протоколов, разработанных за долгие годы существования телефонных сетей. Они делятся на два класса: сигнальные протоколы UNI работают между телефоном пользователя и первым коммутатором сети, а сигнальные протоколы NNI — между коммутаторами сети. Так как модем подключается к телефонной сети в качестве абонентского устройства, то он должен поддерживать только протокол UNI.

Рис. 22.4. Доступ через телефонную сеть с аналоговыми окончаниями

 

Аналоговый телефон — это достаточно примитивное устройство, поэтому поддерживае­мый им сигнальный протокол также предельно прост. Процедура вызова абонента обычно представляет собой последовательность замыканий и размыканий электрической цепи, образуемой проводами абонентского окончания. В ответ на первое замыкание телефонный коммутатор подает на абонентскую цепь некоторое напряжение, которое воспроизводится в виде постоянного гудка динамика телефонной трубки. Человек активно участвует в про­цедуре вызова, набирая в ответ на гудок цифры вызываемого номера.

Существует два способа передачи номера в сеть. При импульсном наборе каждая цифра передается соответствующим числом последовательных импульсов размыкания-замыкания частотой 10 или 20 Гц.

При тоновом наборе (Dual Tone Multi Frequency, DTMF) для кодирования цифр и симво­лов используется комбинация сигналов двух групп: низкочастотной (697,770,852 и 941 Гц) и высокочастотной (1209,1336,1477 и 1633 Гц).

Сочетания этих частот дают 16 комбинаций кодирования, как показано в табл. 22.1. Частота 1633 Гц является расширением стандарта DTMF, с помощью которого кодируются дополнительные символы А, В, С и D, отсутствующие на стандартной клавиатуре теле­фонов, но используемые модемами и некоторыми приложениями.

Таблица 22.1. Кодирование цифр и символов при тоновом наборе

1209 Гц	1336 Гц	1477 Гц	1633 Гц
			А	697 Гц
			В	770 Гц
			С	852 Гц
*		#	D	941 Гц

 

Тоновый набор выполняется с частотой 10 Гц сигналами длительностью в 50 мс с паузами также в 50 мс.

Так как одна цифра номера при импульсном наборе передается несколькими импульсами, а при тоновом наборе - одним сигналом, то скорость тонового набора в несколько раз выше, чем импульсного.

После приема такого условного «сообщения» от телефонного аппарата первый коммута­тор телефонной сети маршрутизирует сообщение дальше. Если этот коммутатор является цифровым, то он преобразует поступающий от абонента аналоговый сигнал в цифровую форму.

Чтобы добиться развитой логики обработки вызовов, современные телефонные коммута­торы используют протоколы сигнальной системы 7 (Signaling System 7, SS7), в которых применяется техника коммутации пакетов. Эти протоколы построены в соответствии с моделью OSI, покрывая уровни от физического до прикладного. И хотя мы еще не раз будем упоминать SS7, подробное рассмотрение этих протоколов выходит за рамки темы данной книги, их описание можно найти в учебниках, посвященных телефонии.

Нужно подчеркнуть, что пользовательские данные по-прежнему передаются в телефонных сетях с помощью техники коммутации каналов, а техника коммутации пакетов требуется сигнальным протоколам только для установления соединения. Наряду с протоколами SS7 в телефонной сети может задействоваться большое количество более старых сигнальных протоколов, в том числе аналоговых.