Характеристика систем коммутации и сетей связи

 

Английское существительное «communication» переводится как « связь », а «telecommunication» означает средство общения, то есть обмен информацией на расстоянии.

Термин «телефония» первоначально употреблялся применительно к системам электросвязи, ориентируясь на передачу речевой информации в реальном масштабе времени. В процессе эволюции телефонная сеть стала составной частью инфраструктуры цифровых телекоммуникаций, в которой речь - лишь один из типов передаваемой информации.

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 технологии коммутация каналов.

В технологии «коммутация каналов» различают однокоординатную и многокоординатную коммутацию. При однокоординатной коммутации соединительные линии в некоторой системе отделены друг от друга по одному разделительному признаку: время; пространство, частота, комбинация частот.

При многокоординатнойкоммутациииспользуются два и более разделительных признака.

Коммутация каналовподразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участковдля прямой передачи данных между узлами. Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой - коммутаторами( узлы коммутации-УК).

При использовании технологии ККвыполняются два основных требования:

- время установления соединения должно быть существенно меньше сеанса связи;

- задержка при передаче информации должна быть минимальной (это-«диалоговые сети»).

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал между абонентами, для чего в сеть передается адрес вызываемого абонента. Этот адрес проходит через УКи настраивает их на последующую передачу данных.

Так как УК, атакже соединяющие их каналы, должны обеспечить одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов, то в сетях, использующих технологию коммутации каналов, применяют технику мультиплексирования абонентских каналов.

 

В настоящее время используются две техники КК:

- техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing – FDM);

- техника мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing - TDM).

Коммутация каналовможет быть аналоговой и цифровой. При аналоговой коммутации между конечными точками коммутируемого канала сигнал передается в аналоговом виде. При цифровой коммутации соединение устанавливается при помощи определенных операций над цифровыми сигналами.

При коммутации пакетов (КП) все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемыепакетами.

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.

Обе технологии коммутации используются при решении проблемы передачи информации на расстояние, к чему всегда стремилось человечество. Для этого сначала использовались сигнальные костры. Кроме оптической сигнализации применялась и звуковая: деревянные барабаны, выстрелы из ружей и пушек. Позже изобрели голубиную почту и фельдъегерскую связь.

Первая попытка создать прибор для передачи звуков на расстояние была предпринята Иоганном Филиппом Рейсом в 1861 г. Именно он ввел термин «телефон» и наглядно продемонстрировал возможность переносить тональные сигналы на расстояние с помощью электрического тока. Однако, его разработка не получила широкого распространения из-за технического несовершенства.

15 лет спустя, 14 февраля 1876 г. Александр Грехем Белл зарегистрировал патент «Усовершенствования в телеграфии».

В 1878 г. был изобретен стержневой угольный микрофон. В США в г. Нью–Хевен (Коннектикут), начала действовать первая телефонная станция. Это был ручной коммутатор, который стоил 28, 5 долларов и обслуживал 21 абонента. Через 12 лет общее количество телефонов в США достигало 233 тысячи.

Не остались в стороне от изобретений в области телефонии и русские инженеры и техники: П.М.Голубицкий усовершенствовал микрофон с угольным порошком, предложил способ питания микрофонов от центральной батареи и ввел в схему телефонного аппарата конденсатор для разделения цепей переменного и постоянного тока.

В 1882 г. в Москве была построена первая телефонная станция. В нее было включено всего лишь 26 телефонных аппаратов.

1 апреля 1886 г. в Киеве была введена в эксплуатацию первая станция на 60 номеров, смонтированная Главным управлением почт и телеграфа. Уже к 1890 г. в 95 городах России действовали телефонные станции.

В 1887г. инженер К.М. Мостицкий разработал АТС малой емкости.

Алман Строуджер изобрел автоматический телефонный коммутатор декадно-шагового типа, емкостью 99 абонентов. Он также запатентовал это изобретение на имя основанной им же в 1892 г. компании Strowger Automatic Telephone Exchange Company.

В 1892 г. в г. Лапорт (США) была построена первая АТС, в которой в качестве коммутационных приборов использовались искатели - подъемно-вращательные движения щеток, декадно-шаговые искатели (ДШИ).

АТС с ДШИ получили развитие в станциях машинной системы, где использовались искатели на 300-500 линий. В 1896 г. Строуджер изобрел телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем. До 1906 г. телефонные сети были 100% ручные.

Начиная с примитивных устройств, коммутационная техника развивалась быстрыми темпами. И уже в 1916 г. центральная московская телефонная сеть имела емкость 60 000 номеров.

Следующим шагом в развитии коммутационной техники стало создание АТС, где в качестве коммутационных приборов использовались многократные координатные соединители (МКС): АТСК, АТСК-У, АТСК-100/2000, АТСК-50/200. Для управления соединениями применялись общие релейные устройства: маркеры и регистры. Поэтому АТС данного типа называются системами коммутации с косвенным или регистровым управлением. ДШ АТС являются системами коммутации с непосредственным управлением, так как импульсы набора номера с телефонного аппарата абонента поступают непосредственно в соответствующие коммутационные приборы станции.

1960 -1965 г. в США появились первые квазиэлектронные АТС (КЭ АТС), в которых коммутация разговорного тракта осуществлялась быстродействующими электромеханическими преобразователями (герконами, ферридами и построенными на них соединителями), а устройства управления были выполнены на основе электронных устройств.

Управляющие устройства в станциях данного типа представляли собой специализированные электронные управляющие машины (ЭУМ). То есть КЭ АТС являются станциями с программным управлением. На телефонных сетях России использовались следующие системы данного типа: КЭ АТС «Квант», КЭ АМТС «Кварц», КЭ АТС «Исток».

Перечисленные системы коммутации являются аналоговыми, так как в их коммутационном поле выполняется только пространственная коммутация аналоговых сигналов. Широкого развития КЭ АТС не получили, т.к. в 80-е гг. ХХ века появились ЦСП и ЦСК, что позволило осуществить передачу телефонных сигналов в цифровом виде.

В 1970 г. в Ланьоне (Франция) была установлена первая цифровая АТС, являвшаяся европейской разработкой (Е10). В настоящее время на телефонных сетях России действуют следующие ЦСК: EWSD, Alcatel 1000S12, 5ESS, SI-2000, АЛС, АХЕ-10 и т.д.

Существенным преимуществом цифровых систем коммутации (ЦСК) перед аналоговыми является возможность передавать, коммутировать и обрабатывать электрические сигналы различных видов связи (телефонные, телеграфные, передачи данных и т.д.) одним и тем же цифровым способом.

Таким образом, эволюцию систем коммутации можно представить структурной схемой, показанной на рис. 1.1.

Рис. 1.1 - Эволюция систем коммутации

Сеть электросвязи (ЭС) - представляет собой совокупность технических средств, предназначенных для передачи / приёма одного или нескольких видов сообщений: телефонных, телеграфных, факсимильных, данных и других видов документальных сообщений, включая обмен информацией между ЭВМ, телевизионное, звуковое и иные виды радио- и проводного вещания.

В настоящее время в сетях электросвязи используются три среды передачи:

- медный (металлический) кабель, по которому сигнал передается при помощи электрического тока;

- радиоэфир: сигнал передается в виде электромагнитной волны;

- оптоволоконный кабель: сигнал передается в виде оптической (световой) волны.

Простейшие схемы сетей связи между пользователями показаны на рис.1.2 -рис.1.4. Недостатком схемы, представленной на рис. 1.2, является возможность связи только двух пользователей через одну среду передачи.

 

Рис.1.2 - Схема сети связи при соединении двух пользователей

 

Этот недостаток устранили системы передачи (системы уплотнения), позволившие разделить общий ресурс среды передачи(частоту, время, пространство) между несколькими пользователями.

 

 

Рис. 1.3 - Схема сети связи при соединении нескольких пользователей

 

 

Главный недостаток такой схемы - необходимость создания большого числа каналов связи в среде передачи. Например, необходимое число каналов для связи между любой парой пользователей в соответствии с формулой:

V= N·(N-1)/2, (1.1)

где N - число пользователей сети электросвязи,

при N= 100 составит 4950 каналов.

Этот недостаток позволило преодолеть создание систем коммутации, которые дали возможность использовать ресурсы среды передачи для связи двух пользователей только в течение сеанса связи. В остальное время данный ресурс может использоваться другими пользователями.

 

 

Рис. 1.4 - Схема сети для коммутируемой связи нескольких пользователей

 

Таким образом, сеть связи можно представить в виде следующей условной схемы:

 

Сеть связи = среда передачи(СрП) + системы передачи(СП) +

+ системы коммутации (СК).

 

Принципы построения ЕСЭ РФ

Классификация сетей, входящих в составединой сети электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ), приведена на рис. 1.5.

 

Рис. 1.5 - Классификация сетей, входящих в составЕСЭ РФ

 

 

Классификация сетей по категориям:

- сети общего пользования предоставляют услуги без ограничения любым пользователям;

- сети ограниченного пользования:

а) технологические сети (ведомственные, корпоративные сети);

б) сети специального назначения (для управления, нужд обороны, нужд МЧС);

в) выделенные сети связи (не имеют выхода на сеть связи общего пользования).

Классификация сетей по функциональным признакам (рис. 1.6):

- транспортные сети;

- сети доступа.

Транспортные сеть связи обеспечивает передачу информации в едином виде и включает в себя междугородную(магистральную) и зоновые(региональные) сети связи.

 

Рис. 1.6 - Разделение сетей по функциональному назначению

 

Сеть доступа обеспечивает унифицированное подключение различных абонентских терминалов к единой транспортной сети и состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими оконечными устройствами местных станций коммутации, соединяющих их линий передачи и линий передачи к узлам транспортной сети. Сеть доступа является местной сетью.

По территориальному признаку и назначению первичные и вторичные сети подразделяются на магистральную (междугородную - для вторичных сетей), внутризоновые (зоновые) и местные сети, а также международные сети.

Магистральные, внутризоновые и часть местных цифровых наложенных первичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи РФ. Местные и первичные сети на участке «местный узел - оконечное устройство» являются сетью доступа (рис. 1.7).

Рис. 1.7 - Транспортная сеть и сеть доступа на ЕСЭ РФ

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: