Для того, чтобы международная сеть была прозрачной для передачи данных, требуется жесткая регламентация только небольшого числа интерфейсов. Однако эти стандарты должны распространяться не только на физический уровень, но и на функциональный уровень и уровень обеспечения служб.

Три типа базовых интерфейсов определены в ЦСИС:

  • интерфейсы для выхода на специализированные сети передачи данных, которые должны соответствовать Рекомендации Х.75, определяющей межсетевое взаимодействие;
  • внутрисетевые интерфейсы базирующиеся на сигнализации ОКС №7;
  • интерфейсы между сетью и пользователями:

Ø  в ЦСИС предусмотрено два типа доступа для пользователей:

Ø  экономичный базовый доступ, использующий существующую 2-х проводную абонентскую линию;

Ø  первичный доступ, базирующийся на использовании стандартного

Ø  32 —х канального ИКМ тракта.

Для базового доступа определены два основных интерфейса: S —интерфейс, который должен соответствовать Рекомендациям I.430, Q.921 и Q.931, и U — интерфейс, который до настоящего времени не стандартизован МСЭ.

В настоящем разделе будут рассмотрены:
S — интерфейс на физическом уровне (I.430);
Рекомендации для 2 — го и 3 — го уровней по D — каналу для базового и первичного доступа (Q.921, Q.931);
варианты реализации U — интерфейса, используемые в настоящее время на существующих сетях.

 

1. ЦСИС и ЭМВОС (рис.10)

Рекомендации по ЦСИС полностью соответствуют эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС).

В ЦСИС полностью стандартизованы три нижних уровня протоколов:

  • на физическом уровне описан S — интерфейс, который используется для подключения оконечного оборудования пользователя к сети, который базируется на использовании синхронного цифрового потока, поддерживающего структуру кадров с форматом 2В+ D;  

Рис.10. Представление протоколов ЦСИС в соответствии с уровнями ЭМВОС

 

Рис.11. Конфигурация  S-шины

  • на канальном уровне стандарты для B и D - каналов отличаются; в режиме коммутации каналов для В - канала протокол 2-го уровня определяется пользователем и не регламентируется сетью; в режиме коммутации пакетов процедуры 2-го уровня должны соответствовать LAPB; для D-канала процедуры 2-го уровня определяются стандартов LAPD (процедура доступа к D-каналу);
  • на сетевом уровне при режиме КК протоколы для В-канала не регламентированы, а в режиме КП должны соответствовать Х.25; для D-канала на сетевом уровне действует Рекомендации Q.931 - Q.959, определяющая процедуры сигнализации ЦСИС, в режиме коммутации пакетов действует Х.25 PLP, стандарты для поддержки задач телеметрии не определены.

Примечание:

  • протоколы 2-го и 3-го уровней для D-канала являются одинаковыми как для базового доступа, так и для первичного доступа (физический уровень совершенно отличается).
  • на рис.10 сплошной линией обведены полностью стандартизованные протоколы, тогда как штриховой линией обведены еще не стандартизованные протоколы.

 

2. S -интерфейс (физический уровень)

S-интерфейс - это четырехпроводное соединение, предназначенное для подключения оконечного оборудования пользователя к сетевому окончанию типа 1 (СО1). С его помощью может подключаться до восьми терминалов. Два провода используются для передачи информации от терминалов к сети и два других провода для передачи в обратном направлении.

Для улучшения характеристик передачи шина нагружается характеристическими сопротивлениями (TR). В качестве линейного кода используется квазитроичное кодирование, а длительность цикла составляет 250 мксек. (рис.12).

В квазитроичном коде логической «1» соответствует 0-ой уровень напряжения, логический «0» представляются импульсами - нечетные - отрицательными (не менее -0,75 B), четные - положительными (не менее +0,75 В). При отсутствии данных в В-каналах в соответствующих позициях передаются нули.

Применение квазитроичного кода предназначено для исключения постоянной составляющей передаваемого сигнала.

Каждый цикл начинается с синхронизирующей последовательности, состоящей из положительного импульса (F) и отрицательного балансного бита (L).

Первый «0» бит цикла будет передаваться отрицательным импульсом. В конце цикла передается дополнительный балансный бит L, который обеспечивает завершение цикла положительным импульсом (чем также достигается исключение постоянной составляющей сигнала).

Таким образом, обнаружение флага начала нового цикла выполняется очень просто. В обычном потоке данных два следующих друг за другом импульса имеют противоположную полярность. Последний бит предыдущего цикла и первый бит следующего цикла имеют одинаковую положительную полярность. Следовательно, цикловая синхронизация определяется по нарушению чередования полярности.

В соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т шина обеспечивает поддержку двух В-каналов в обоих направлениях, которые могут выделяться любому абонентскому терминалу по его запросу. После занятия В-канала одним из терминалов, доступ к нему со стороны других терминалов становится невозможным.

D-канал предназначен для передачи сигнальных сообщений и пакетов данных со скоростью 16 кбит/с.

Поскольку D-канал является общим для терминалов пользователя, то должен быть обеспечен специальный механизм доступа к D-каналу, который называется методом множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Для обнаружения конфликтов используется механизм эхо-контроля.

Механизм множественного доступа реализован следующим образом:

  • данные, передаваемые от терминалов к сетевому окончанию по D-каналу, будут посылаться обратно к терминалам в специально отведенных для эхо-контроля Е-битах;
  • свободное состояние D-канала соответствует логической «1». Терминал, который собирается начать передачу информации, сначала будет прослушивать Е-канал для обнаружения его освобождения (передача последовательности от 7 до 15 логических «1»); эта процедура называется контролем несущей;
  • передаваемые по D-каналу данные, возвращаются к терминалу как Е-биты (эхо), где они сравниваются с переданными битами. В том случае, когда терминал обнаруживает несоответствие между переданными и принятыми битами, он прекращает передачу информации и фиксирует конфликт (Рис.13).

Примечание:

- в обычном режиме электропитание подается на S-шину от сетевого окончания, которое имеет свой выпрямитель. Питание может подаваться по средним точкам цепей передачи и приема, также возможна подача питания по одной или двум отдельным цепям (разъем S-шины может иметь до 8 контактов) (рис.14).

Рис.12. Структура цикла временного мультиплексирования на S-шине

Рис.13. Обнаружение конфликтов в D-канале

Рис.14. Схема электропитания терминалов ЦСИС по 4-х проводной S-шине

 

3. Интерфейс пользователя (U -интерфейс)

U-интерфейс определяет режим передачи сигналов по 2-х проводной абонентской линии, соединяющей сетевой окончание СО1 с коммутационной станцией ЦСИС.

Этот интерфейс должен выполнять следующие функции:
-          поддерживать информационную скорость для базового доступа 2В+D;
-          обеспечивать одновременную двухстороннюю передачу информации (дуплекс);
-          поддерживать передачу сигналов техобслуживания со скоростью 1 кбит/с;
-          обеспечивать коэффициент ошибок по битам (BER) не хуже 10-6;
-          функционировать на существующих абонентских линиях.

Суммарная информационная скорость передачи через U-интерфейс составляет:
-          канал В1 – 64 000 бит/с;
-          канал В2 – 64 000 бит/с;
-          канал D – 16 000 бит/с.

Итого: 144 000 бит/с + 16 000 бит/с (синхронизация и техобслуживание).

Таким образом, общая скорость передачи информации равна: 160 кбит/с.

Для уменьшения линейной скорости передачи используется специальное кодирование. В настоящее время применяются два различных линейных кода: 4В3Т и 2В1Q.

Код 4В3Т (4 двоичных бита в три троичных сигнала) имеет кодовую таблицу, представленную на рис.15. В этой таблице каждому квадбиту присвоено одно значение троичного сигнала, приведенное в 1-ом варианте кода. Для большинства квадбитов существует альтернативный вариант кодирования, представленный во 2-ом варианте кода.

Выбор варианта кода зависит от структуры предыдущего сигнала и выбирается таким образом, чтобы минимизировать постоянную составляющую предаваемого сигнала.

Пример кодирования кодом 4В3Т приведен на рис.16. Таким образом, линейная скорость передачи сигналов составляет: 160/4х3=120 кБод.

Рис.15. Кодовая таблица кода 4В3Т

Троичные коды

Квадбиты

Код 1

Код 2

0000

+0+

0-0

0001

0 -+

0010

+-0

0011

00+

--0

0100

-+0

0101

0++

-00

0110

-++

--+

0111

-0+

1000

+00

0--

1001

+-+

---

1010

++-

+--

1011

+0-

1100

+++

-+-

1101

0+0

-0-

1110

0+-

1111

++0

00-

Рассмотрим подробнее пример кодирования, представленный на рис.16. Для первого квадбита 0110 существует только одна линейная комбинация «- + +» (код 1), следовательно, постоянная составляющая за этот интервал времени будет равна +1. Для второго квадбита также существует только одна линейная комбинация «0+-» (код 1), при этом постоянная составляющая сохраняет свое значение +1. Для третьего квадбита 1010 существуют две линейные комбинации «+ + - » (код 1) и «+ - -» (код 2). Если использовать первую комбинацию, то постоянная составляющая увеличивается до +3, поэтому кодер выбирает вторую комбинацию, которая позволяет уменьшить постоянную составляющую.

Рис.16.Кодирование кодом 4В3Т

Код 2В1Q (два бита в один четверичный сигнал) имеет кодовую таблицу, представленную на рис.17. Линейная скорость для этого кода составляет: 160/2=80 кБод. Для исключения постоянной составляющей применяется скремблирование. В российских сетях ЦСИС будет использоваться именно этот линейный код.

 

Рис.17. Кодовая таблица кода 2В 1Q

Дибит

Линейный сигнал

00

+1

01

-1

10

+3

11

-3

 

Для разделения направлений передачи и приема используется принцип эхо-подавления. (рис.18). В абонентской линии одновременно присутствуют два сигнала L + R. Таким образом, если из этого суммарного сигнала вычесть сигнал, который передается в данный момент времени от передатчика, то остаток будет принимаемым сигналом. Однако, за счет отражения сигналов в линии в принимаемом сигнале будет присутствовать не только сигнал, поступающий от удаленного передатчика, но и сигнал, отраженный от дальнего конца. Для подавления отраженных сигналов используется искусственная линия, для которой время задержки и коэффициент передачи подбираются таким образом, чтобы сигнал на ее выходе полностью соответствовал сигналу, отраженному от удаленного конца линии.

Рис.18. Принцип эхо-подавления

 

4 Рекомендации по протоколам 2-го и 3-го уровней по D -каналу для BRI и PRI

4.1. Протоколы 2-го уровня по D -каналу

Общий алгоритм процедуры доступа к D-каналу (LAPD) при передаче сигнальных сообщений является версией известной процедуры HDLC. LAPD работает следующим образом.

·         Сообщений, подготовленное для передачи, записывается в буфер повторной передачи.

·         Одновременно сообщение подготавливается к передаче путем добавления проверочной последовательности. Проверочная последовательность является результатом деления всего сообщения на образующий полином циклического кода.

·         Полное сообщение, включающее адрес, поле управления, информационное поле и проверочную последовательность (полное сообщение – есть кадр), передается к получателю, который производит повторную операцию деления полученного сообщения на образующий полином. Если в результате деления остаток равен 0, то в принятом сообщении нет ошибок. Правильно принятые сообщения записываются в приемный буфер и передаются на следующий уровень. Сообщения, принятые с ошибками, стираются.

·         Приемник сообщает передатчику результат проверки принятого сообщения.

·         Передатчик в зависимости от принятого подтверждения либо повторяет передачу сообщения, записанного в буфере, либо стирает сообщение в буфере и передает следующее сообщение.

В процедуре LAPD различают три типа кадров: информационные, супервизорные (нумерованные управляющие) и ненумерованные управляющие. Информационные кадры предназначены для передачи сообщений 3-го уровня, управляющие – для управления и контроля соединения 2-го уровня.

Формат кадров процедуры LAPD приведен на рисунке.

Рис.19. Общий формат кадра

Каждый кадр состоит из следующих частей:

·         Флаг:

Последовательность битов 01111110 является синхронизирующим флагом и показывает начало кадра.

Для того, чтобы данная последовательность не встречалась в информационной части кадра, применяется процедура битстаффинга (вставка дополнительных 0 после 5 следующих друг за другом 1).

·         Адрес:

Несколько терминалов пользователя взаимодействуют со станцией через 1 D-канал, т.е. используется многоточечное соединение.

Для правильной адресации к конкретному терминалу на шлейфе пользователя в каждом кадре формируется поле адреса. Адрес состоит из двух частей (рис.20)

Рис.20. Поле адреса

Ø  Идентификатор терминала (TEI-Terminal Identifier), являющийся уникальным идентификатором в пределах доступа. Поле TEI содержит 7 бит, при этом используются следующие значения:

TEI=0-63 диапазон значений не автоматически присваиваемых идентификаторов;

TEI=64-126 диапазон значений автоматически присваиваемых идентификаторов;

TEI=127 обращение ко всем терминалам на доступе (Broadcasting).

Ø  Идентификатор точки доступа к службе (SAPIService Access Point Identifier), показывающий от какой службы 3-го уровня происходит обращение. По существующим рекомендациям службам ЦСИС присвоены следующие идентификаторы:

SAPI =0 сигнализация;

SAPI =16 – коммутация пакетов;

SAPI =63 – управление доступом (32-47).

 

·         Поле управления:

Ø  содержит номера передаваемых и принимаемых информационных кадров;

Ø  содержит коды команд или ответов в управляющих кадрах.

·         Информационное поле:

Ø  содержит информацию протокола 3-го уровня в информационных кадрах;

Ø  содержит информацию протокола 2-го уровня в ненумерованных управляющих кадрах.

·         Проверочное поле:

Ø  Содержит остаток от деления всего сообщения на образующий полином циклического кода (16 проверочных бит).

Адресация на втором уровне возможна только при указании обоих идентификаторов: идентификатора доступа к службе (SAPI) и идентификатора терминала (TEI). Значения SAPI полностью определены рекомендациями и всегда известны как на стороне терминала. Так и на стороне станции. Присвоение TEI может производиться двумя способами: не автоматически присваевыемые идентификаторы являются фиксированными и вводятся фирмой изготовителем; автоматически присваевыемые идентификаторы присваиваются станцией.

Для этого предусмотрена специальная процедура (рис.21). Терминал посылает на станцию ненумерованный информационный кадр (UI) «Запрос идентификации», который содержит в поле адреса SAPI=63, TEI=127. Информационное поле этого кадра имеет структуру, изображенную на рис. 22. Идентификатор объекта управления 0000 1111 показывает, что запрос исходит от терминала. Номер обозначения является случайным числом, выработанным ГСЧ терминала (RI=0-65535) и служит для первичной идентификации терминала, так, чтобы станция могла различать запросы, поступающие одновременно от нескольких терминалов пользователя. Тип сообщения в данном случае соответствует коду сообщения «Запрос идентификации» – 0000 0001.

Идентификатор действия указывает какое значение TEI было бы предпочтительным для терминала (если TEI=127, то приемлемо любое значение). Станция отвечает ненумерованным управляющим кадром «Присвоение идентификации», в котором указывает присвоенный идентификатор и RI. Если по каким-либо причинам идентификатор не может быть присвоен данному терминалу, то станция отвечает кадром «Идентификация отклонена».

Рис.21.Процедура присвоения TEI

 Сторона пользователя                                                                               Станционная сторона

UI (SAPI, TEI) [ID запрос, RI, AI]

                          UI (SAPI, TEI) [ID присвоен, RI, AI]

                          UI (SAPI, TEI) [ID отклонен, RI, AI]  

SAPI:                         идентификатор пункта доступа к услуге = 63

TEI:                            групповой TEI=127

ID запрос:                  запрос идентификатора (TEI)

ID присвоен:             идентификация (TEI) присвоена

ID отклонен:             идентификация отклонена

AI:                              индикатор действия

RI:                              номер обозначения

( ):                               содержимое поля адреса команды уровня звена данных

[ ]:                               содержимое поля информации команды уровня звена данных

Рис.22. Структура сообщения, используемого для процедур управления TEI

  8        7        6        5         4         3          2          1

Идентификатор объекта управления

Номер обозначения

 

Тип сообщения

Индикатор действия

F

4.4.2.      Протокол 3-го уровня по D-каналу

Основным протоколом 3-го уровня является протокол цифровой абонентской сигнализации (ЦАС №1), описанный в Рекомендации МСЭ-Т Q.931.

Вся информация передается в виде сигнальных сообщений. Все сообщения имеют единый формат, представленный на рис. 23. Первые несколько октетов представляют собой заголовок сообщения.

Первый октет заголовка содержит указатель протокола, который для ЦАС имеет вид:

0000 1000.

Второй октет заголовка содержит указатель длины поля идентификатора вызова. Для базового доступа длина поля равна одному октету, а для первичного доступа – 2 октета. Октет 3.1 содержит идентификатор вызова (7 бит), а 8-й бит указывает , что сообщение поступило от инициатора вызова (F=0) или является ответом на поступившее сообщение (F=1).

Октет 3.2 (при наличии) содержит 2-й байт идентификатора вызова.

Следующий октет содержит идентификатор типа сообщения: “Установить”, “Соединение устанавливается”, “Предупреждение”, “Соединить”, “Подтверждение соединения” и т.д. (Рис.24).

Кроме заголовка, сообщение может содержать несколько информационных элементов (ИЭ). Количество ИЭ, которые могут быть включены в сообщение зависит от типа сообщения.

Рис.23. Общий формат информационного сообщения

Рис.24. Кодировка основных типов сообщений 3-го уровня (МСЭ-Т, Q.931)

Каждое сообщение содержит обязательные ИЭ и необязательные ИЭ.

Структуры всех ИЭ приведены в Рекомендации Q.931.

На рис.25 приведен пример структуры информационного сообщения «Установить».

Рис.25. Содержимое сообщения «Установить».

Примечание1.           0-Обязательный ИЭ.

                                   1-Необязательный (опционный) ИЭ.

Примечание2.           Обязателен при направлении от сети к пользователю.

Примечание3.           Используется только в режиме ПД.

Как видно из рис.25, обязательными элементами сообщения «Установить» являются: заголовок  (содержит дискриминатор протокола, указатель вызова и тип сообщения), ИЭ «Возможности передачи» и ИЭ «Идентификатор канала» (при направлении от сети к пользователю).

По своей структуре ИЭ могут быть 2-х типов: однооктетные и переменной длины. Форматы ИЭ представлены на рис.26.

Все однооктетные ИЭ имеют в старшем (8-ом) разряде «1», а элементы переменной длины – «0». 

На рис.27 представлены примеры структур двух ИЭ. ИЭ «Передача завершена» относится к однооктетным ИЭ типа «2» и используется для указания сети, что передача всех цифр номера завершена.

Длина ИЭ «Номер вызываемого абонента» зависит от числа цифр в абонентском номере, поэтому во 2-м октете указывается длина этого ИЭ. В 3-м октете указывается тип номера (международный, национальный, сокращенный) и план нумерации (ЦСИС, сети ПД, сети телекс).

Рис.26. Форматы ИЭ

                                                                       Биты

        8             7               6                5                 4               3                2                1    Октет

1

Идентификатор ИЭ

Содержимое ИЭ

1

а) Формат однооктетного ИЭ (тип 1)

                                                                       Биты

        8             7               6                5                 4               3                2                1    Октет

1

Идентификатор ИЭ

1

b) Формат однооктетного ИЭ (тип 2)

Биты

        8             7               6                5                 4               3                2                1    Октет

0

Идентификатор ИЭ

1

2

3 и т.д.

Длина содержимого ИЭ (в октетах)

Содержимое ИЭ

с) Формат ИЭ переменной длины

Рис.27. Примеры структур ИЭ-ов

Биты

        8             7               6                5                 4               3                2                1   

1

    0               1                0                 0                0                0               1         

a)      Однооктетный ИЭ «Передача завершена» (“Send Complete”)

Биты

        8             7               6                5                 4               3                2                1    Октет

        0             1               1                1                 0               0                0                0        

Идентификатор ИЭ

1

Длина содержимого ИЭ

2

 

3

 

 

4 и т.д.

1

Расширение

Тип номера

    Идентификатор плана нумерации  

Цифра номера

Цифра номера

Цифра номера

Цифра номера

b)      ИЭ переменной длины

     «Номер вызываемого абонента» (“Called Party Number”)

Начиная с 4-го октета, записываются цифры номера вызываемого абонента в коде МА 5 (ASCII).

Таким образом, в Рекомендации Q.931 определены все сообщения и ИЭ, имеющие общие значения для всех сетей ЦСИС.

Для использования ИЭ, специфичных только для конкретной национальной сети, используются ИЭ «Переход» («Shift») (Рис.28). Различают ИЭ «Переход без блокировки» («Non-Locking Shift») и «Переход с блокировкой» («Locking Shift»).

Процедура перехода без блокировки обеспечивает временный переход к кодовому набору, указанному в младших разрядах этого ИЭ.

Рис.28. ИЭ «Переход с блокировкой»

Биты

        8             7               6                5               4               3                2                1      Октет

1

Идентификатор

    0               0                1

перехода

0

Идентификатор

нового

кодового набора

1

В этой позиции «0» указывает на переход с блокировкой

Указанный кодовый набор используется только для интерпретации следующего ИЭ.

Если используется ИЭ «Переход с блокировкой», то указанный кодовый набор используется для интерпретации всех следующих ИЭ вплоть до появления следующего элемента «Переход с блокировкой».