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.

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 Access — PRA, Рrimary Rate Interface — PRI), 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 lQ_r 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.

Канальный уровень:

• процедуры управления потоком данных и исправления ошибок.

Сетевой уровень:

• маршрутизация;
• обработка сигнальных сообщений и пакетов данных.

Рис.9 Первичный доступ