4. Цифровые сети с интеграцией служб (мультисервисные сети) (4.1-4.5). Интегральные и оптические сети

Интегральные и оптические сети

4. Цифровые сети с интеграцией служб (мультисервисные сети) (4.1-4.5)

4.1. Узкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг (N-ISDN)

4.2. Каналы узкополосной ЦСИС

4.3. Услуги узкополосной ЦСИС и условия их функционирования

4.4. Протокольная структура N-ISDN

4.5. Системы сигнализации в ISDN

Идея создания цифровых сетей с интеграцией служб (услуг) – ЦСИС относится к середине 70-х годов, когда начались разработки технических решений по переводу телефонных сетей на интегрированные (речь + передача цифровых данных).

В чем состояла идея интеграции?

Ранее существовало несколько различных сетей (служб): телефония, телеграфия, факс, передача компьютерных данных. Поэтому идея заключается в объединении этих служб в единую сеть с гарантированной цифровой передачей по выделенному каналу. Это обеспечивало бы высокое качество передачи информации и экономичность. Необходимо отметить, что на начальном этапе интеграции не предусматривалось объединение служб передачи видеоинформации, радиовещания и телевидения. Эти службы развивались самостоятельно и независимо. Однако существенные изменения в элементной базе (микроэлектронных и оптических компонентов) позволили к середине 90-х годов утвердить возможности интеграции широкополосных услуг в единую цифровую сеть. Таким образом, стало реальным осуществление интеграции как узкополосных услуг с коммутацией каналов (N-ISDN-Narrowband Integrated Services Digital Network) так и широкополосных с коммутацией, но только виртуальных каналов на базе ATM, (B-ISDH-Broadband ISDN) в единые сети.



4.1. Узкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг (N-ISDN)

Для описания различных сторон ISDN используется определение эталонной конфигурации, введенное ITU-T в рекомендациях серии I.xxx. Эталонная конфигурация содержит два условных элемента [1]: функциональная группа и эталонная точка.

Функциональная группа представляет собой набор функциональных возможностей, необходимых на интерфейсе пользователя. Функциональные возможности реализуются разными частями оборудования и программными средствами.

К функциональной группе относятся (рисунок 4.1):

TA, Terminal Adaptor – терминальный адаптер, который отвечает за операции не относящиеся к ISDN, с одной стороны, и за операции ISDN с другой стороны; TE1, Terminal Equipment 1 – терминальное окончание 1 (оборудование) абонента, которое работает по правилам (протоколам) ISDN и подключается к сети ISDN через витую пару проводов четырех проводного цифрового канала;
TE2, Terminal Equipment 2 – терминальное окончание 2 (оборудование) абонента – это оборудование, которое работает по протоколам, не совместимым с ISDN (персональные компьютеры, аналоговые телефонные аппараты и т.д.);

Рисунок 4.1. Топология цифровой сети с интеграцией услуг (служб) - ISDN-ЦСИС

Рисунок 4.1. Топология цифровой сети с интеграцией услуг (служб) - ISDN-ЦСИС

NT1, Network Terminal 1 – сетевой терминал 1 – это оборудование, соединяющее 4-х проводную линию абонента с обычным (телефонным) двухпроводным локальным шлейфом и способное адресовать до восьми устройств пользователей; NT1 отвечает за такие функции физического уровня, как синхронизация, тактирование передаваемых сигналов, мультиплексирование каналов B (64 кбит/с) и D (16 и 64 кбит/с), линейное кодирование, электропитание, управление;

NT2, Network Terminal 2 – сетевой терминал 2 – это оборудование, которое отвечает за реализацию функций протоколов пакетной передачи данных, коммутации и обслуживания; примерами устройств NT2 могут служить учрежденческие АТС (PBX, Private Branch Exchange), локальные вычислительные сети и т.д.; NT2 способно выполнить функции концентратора благодаря мультиплексированию 3OB+D каналов в общий поток 2,048 Мбит/с; NT1+NT2 могут составлять одно устройство, которое выполняет физические и протокольные функции.

Необходимо отметить, что оборудование TE отвечает за связь с пользователем, а оборудование NT за связь с сетью.

Эталонная точка обозначает интерфейс между различными устройствами функциональной группы.

Эталонная точка U является точкой физического интерфейса, в которой проводка от местного поставщика услуг сети вводится в здание по месту жительства или работы. Эта точка ограничивает двухпроводную сторону оборудования NT1, т.е. отделяет NT1 от оборудования линейного окончания, которое может находиться на местном узле связи, LT/ ET/ Line Termination/ Exchange Termination/. В точке U интерфейс определяется национальным стандартом. Например, для России по определению: для базового доступа (2B+D) должна быть двухпроводная линия длиной до 8 км с передачей в две стороны одновременно и компенсацией эха; должен применяться код 2B1Q (рисунок 4.2) и т.д.[1,4].

Эталонная точка S в реализации представляет собой 4-х проводной интерфейс “пользователь-сеть”, через который терминалы пользователя стандартным образом взаимодействуют с ЦСИС.

Рисунок 4.2. Линейное кодирование 2B1Q

Рисунок 4.2. Линейное кодирование 2B1Q

Согласно рекомендации ITU-T I.430 интерфейс S представляет собой шину, которая может быть выполнена в нескольких вариантах:

  • от точки к точке;
  • короткая пассивная шина (до 8 терминалов, произвольно расположенных на длине не более 200м);
  • расширенная пассивная шина (до 8 терминалов, сгруппированных на ее удаленном от NT конце и разнесенных друг от друга на
    расстояние до 50м при длине шины не более 1000м);
  • звезда (до 8 терминалов при длине шины каждого не более 1000 метров с длинами шин, отличающимися не более чем на 50м).

В шине S/T определен формат передаваемых данных. Формат представляет собой цикловую структуру, передаваемую и принимаемую по разным парам проводов шины S. Характеристики цикла шины S:

  • число бит 48;
  • число циклов 4000 циклов/с;
  • линейная скорость 4000*48=192 кбит/с;
  • число пользовательских бит 36;
  • скорость пользовательской информации 4000 36=144 кбит/с;
  • структура цикла (рисунок 4.3).

от терминала в сеть
a) от терминала в сеть

от сети к терминалу
b) от сети к терминалу

F – биты цикловой синхронизации;
L – биты балансировки канала D;
A – биты активации;
E – биты эхо-канала;
S – свободные биты;
B1,B2 – биты каналов информации (64 кбит/с);
D – биты каналов управления D-каналов (сигнализации) (16 кбит/с).

Рисунок 4.3. Структура цикла передачи интерфейса S/T

Особенностью интерфейса S является наличие строгой процедуры активации/деактивации, в которой используются пять стандартных сигналов:

INFO 0 – индикация отсутствия работающих устройств в канале перед
активацией интерфейса;
INFO 1 – активация со стороны TE;
INFO 2 – ответ NT на активацию TE, обеспечивает синхронизм TE для
цикловой передачи;
INFO 3 – генерирует TE в ответ на синхронизацию от NT;
INFO 4 – генерирует NT в ответ TE на INFO 3.

Необходимо заметить, что через шину S осуществляется электропитание терминалов в TE.

Эталонная точка T также обозначает интерфейс между TE1 и NT, но указывает протокольную организацию (канального и сетевого уровня), поэтому часто обозначают S/T как единое.

Эталонная точка R обозначает интерфейс между терминальным адаптером и TE2 и, как правило, этот интерфейс определяется конкретным поставщиком оборудования, например, интерфейс
EIA-232-D.



4.2. Каналы узкополосной ЦСИС

Стандартизировано шесть типов каналов для N-ISDN, которые обозначены буквенными индексами: A, B, C, D, H. Каналы различаются скоростями передачи и типами передаваемых сигналов. Например, B – цифровой канал для передачи сигналов на скорости 64 кбит/с; D – цифровой канал для передачи управляющих сигналов вне основной полосы частот (абонентская сигнализация DSS-1) на скорости 16 или 64 кбит/с с целью установления, управления и сброса соединений каналов B. Комбинации каналов B и D предусмотрены в различных интерфейсах N-ISDN. Каналы (2B+D) называются интерфейсом основной (базовой) скорости – BRI (Basic Rate Interface). Один базовый интерфейс может использоваться несколькими TE1 (до 8). Каналы (30B+D) называются интерфейсом первичной скорости – PRI (Primary Rate Interface). Базовому и первичному интерфейсам соответствуют скорости передачи данных 2B+D=2 =144кбит/с, 30B+D=30 1920+64=1984кбит/с плюс 64кбит/с на цикловой синхронизм, что дает 2,048Мбит/с. Кроме того, широкое распространение получили каналы типа HO на скорости передачи данных 6B=6 кбит/с.

Информацию о каналах типа A и C можно получить в [4].



4.3. Услуги узкополосной ЦСИС и условия их функционирования

Сеть N-ISDN предлагает пользователю большой комплекс услуг связи, получивший название основных услуг, которые подразделяются:

- услуги передачи информации + аудио 3,1 кГц; речевые; цифровой информации без ограничений; пакетной передачи;
- услуги телесервиса + телефакс 2/3 группа; ISDN телефония 3,1 кГц; ISDN телефония 7 кГц; телефакс 4 группы; телетекс 64 кбит/с; видеотекс; видеотелефония.

Дополнительные услуги сети N-ISDN:

- подадресация абонентского доступа;
- предоставление информации о стоимости вызова;
- переадресация вызовов;
- прямой набор номера;
- определение номера вызывающего абонента;
- запрет идентификации номера вызывающего абонента;
- конференц-связь.

Предварительные условия для реализации услуг в сети N-ISDN заключаются в следующем (рисунок 4.4):

- наличие цифровых трактов;
- наличие станций с услугами ISDN;
- наличие системы сигнализации по общему каналу (ОКС) №7 между станциями;
- наличие абонентской сигнальной системы DSS 1 (Digital Subscriber Signaling);
- наличие интерфейсов базового и первичного доступов.

Рисунок 4.4. Условия функционирования ISDN

Рисунок 4.4. Условия функционирования ISDN

В сети N-ISDN применяются следующие обозначения базового и первичных интерфейсов (рисунок 4.5).

Базовый доступ

а) Базовый доступ

Первичный доступ

б) Первичный доступ

Рисунок 4.5. Примеры обозначения базового и первичного доступов ISDN



4.4. Протокольная структура N-ISDN

Основой протокольной структуры N-ISDN является семиуровневая модель открытых систем (ISO/OSI model – International Standards Organization / Open System Interconnection – Международная организация по стандартизации / взаимодействие открытых систем) [3,7]. Архитектура N-ISDN разбита на уровни в виде ISO/OSI, хотя функции многих протоколов ISDN отличаются от функций протоколов соответствующих уровней OSI.

Для ISDN стандартизированы три нижних уровня ISO (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6. Архитектура профиля протоколов и стандартов ISDN

Рисунок 4.6. Архитектура профиля протоколов и стандартов ISDN

Соответствующая протокольным уровням структура сети ISDN приведена на рисунке 4.7.

Физический уровень архитектуры ISDN определяет физический интерфейс между оборудованием абонента и сетью общего пользования. Это интерфейсы PRI, BRI, определенные стандартами ITU-T I.430, I.431.

Рисунок 4.7. Структура сети ISDN

Рисунок 4.7. Структура сети ISDN

Канальный уровень представлен протоколом LAPD (Link Access Procedure for the D-channel – процедура доступа к звену (линии) для канала D), стандартизированного в рекомендациях ITU-T Q.921 и обеспечивающего взаимодействие устройств по каналу D. Это может быть сигнальное или информационное взаимодействие. Протокол LAPD обеспечивает коррекцию ошибок и повторную передачу между оконечным оборудованием. Он не зависит от битовой скорости передачи и требует дуплексного синхронного канала. Формат данных (кадра LAPD) представлен на рисунке 4.8. Формат имеет байтовую организацию и представлен флагами в начале и конце, полем адреса, полем управления, контрольной проверочной группой (FCS) и информацией третьего уровня.

Рисунок 4.8. Формат данных LAPD с полем адреса

Рисунок 4.8. Формат данных LAPD с полем адреса

Обозначения:

C/R, Command/Response – бит команды/ответа;
EA, Extension Address – бит расширения поля адреса;
FCS, Frame Check Sequence – контрольная последовательность кадра;
SAPT, Service Access Point Identifier – идентификатор точки доступа к услугам;
TEI, Terminal Endpoint Identifier – идентификатор оконечной точки терминала.

Структура адресного поля подробно представлена в таблице 4.1.

Поле управления может содержать один или два байта информации, которыми отличаются информационные циклы, контрольные циклы и ненумерованные циклы (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9. Формат данных LAPD с полем управления

Рисунок 4.9. Формат данных LAPD с полем управления

Информационные циклы управления используются для передачи сигнальной информации сетевого уровня. Они обеспечивают сигнальный обмен между абонентским терминалом и сетью и от TE до TE (из конца в конец).

Контрольные циклы управления используются для выполнения таких функций, как подтверждение приема информационных циклов и управление трафиковыми потоками.

Ненумерованные циклы управления используются для передачи информации и дополнительных функций управления канального уровня. Они обеспечивают начало и окончание процесса предоставления услуги по заданному каналу.

Структура поля управления и основные сообщения по циклам приведены в таблицах 4.2 и 4.3 соответственно.

Таблица 4.1. Структура адресного поля LAPD

Таблица 4.1. Структура адресного поля LAPD

Таблица 4.2. Структура поля управления LAPD

P (Poll/Final bit) - бит опроса/завершения В циклах управления бит P используется как запрос на ответ приемного устройства. Принимаемый терминал должен ответить на запрос. В цикле ответа бит F используется для индикации ответа на запрос
N(S) (Send Sequence Number) - передача номера
При передаче каждому информационному циклу присваивается номер от 0 до 127 в порядке передачи
N(R) (Receive Sequence Number) - передача номера Номер следующего ожидаемого цикла. Служит подтверждением, что предыдущий информационный цикл принят нормально
S (Supervisory bit) - контрольный бит Определяет тип цикла как контрольный
M (Modifier bit) - модификационный бит Определяет тип цикла как ненумерованный

Таблица 4.3. Основные сообщения по циклам в поле управления LAPD

Таблица 4.3. Основные сообщения по циклам в поле управления LAPD

Примечания:

I (INFO) Information Информационный бит
RR Receiver Ready Приемник готов к приему информации
RNR Receive Not Ready Приемник не готов к приему информации
REJ Reject Отбой (отмена)
SABME Set Asynchronous Установка расширенного Balance Mode Extended асинхронного сбалансированного режима
DM Disconnect Mode Режим разрушения соединения
DISC Disconnect Разрушение соединения
UI Unnumbered Ненумерованная информация Acknowledge
FRMR Frame Reject Сброс цикла
XID Exchange Identification Идентификация
АТС/коммутатора

Сетевой уровень, стандартизированный ITU-T в рекомендации Q.931, обеспечивает управление соединениями по каналу D. Структура цикла LAPD с информационным полем сетевого уровня представлена на рисунке 4.10.

В состав этого поля входят:

  • дискриминатор протокола, идентифицирующий протокол сетевого уровня по Q.931;
  • номер вызова CRV (Call Reference Value) для идентификации любого вызова интерфейсом пользователь/сеть;
  • тип сообщения определяет характер информации; существует четыре класса сообщений: установление соединения; передача информации; разрушение и разные сообщения;
  • обязательные и дополнительные информационные элементы определяются типом сообщения.

Рисунок 4.10. Формат данных LAPD с информационным полем

Рисунок 4.10. Формат данных LAPD с информационным полем

Примеры главных типов сообщений и типов сообщений сетевого уровня приведены в таблицах 4.4 и 4.5 соответственно.

Таблица 4.4. Главные типы сообщений сетевого уровня

SETUP Используется для инициализации процесса установления соединения. Может посылаться в сеть или приниматься из сети. В случае приема из сети имеет адрес TEI=127, т.е. на вызов может ответить любой TE
CONNECT Посылается вызывающей стороне как подтверждение, что вызов принят
CONNECT
ACKNOWLEDGE
Посылается сетью вызывающему терминалу как подтверждение установления соединения, после этого сообщения начинается передача информации пользователя через каналы B
DISCONNECT Посылается любой стороной как запрос на прерывание соединения
RELEASE Посылается как ответ на запрос DISCONNECT. В этот момент освобождаются каналы B, очищается поле CRV
RELEASE
COMPLETE
Посылается как подтверждение получения сообщения RELEASE, освобождения каналов B и очищения поля CRV

Таблица 4.5. Типы сообщений сетевого уровня

Таблица 4.5. Типы сообщений сетевого уровня

Обозначения в таблице 4.5:

1 – сообщения на установление соединения
2 – сообщения информационного обмена
3 – сообщения разрушения соединения


4.5. Системы сигнализации в ISDN

В ISDN применяется абонентская (DSS1) и межстанционная (ОКС 7 или SS7). Эти два вида сигнализации появились одновременно как результаты работы исследовательских комиссий ITU-T. Это наложило отпечаток на терминологию сигнальных систем, например, информационные блоки сообщений в D канале DSS1, называемые кадрами, аналогичны сигнальным единицам (SU) в системе ОКС 7.

ОКС 7 характеризуется следующими основными понятиями:

SP, Signaling Point – пункт сигнализации, т.е. узел сети сигнализации, в котором реализованы части пользователей ОКС 7;
SL, Signaling Link – средство передачи сигнальных единиц между двумя пунктами сигнализации;
STR, Signaling Transfer Point – узел сети сигнализации (транзитный пункт сигнализации) без функций частей пользователей, осуществляющий только функции части передачи сообщений ОКС 7;
Associated Mode, Quasi-Associated Mode – режимы сети сигнализации: связанный и квазисвязанный (рисунок 4.11);

Рисунок 4.11. Режимы сети ОКС 7

Рисунок 4.11. Режимы сети ОКС 7

MTP, Message Transfer Part – часть передачи сообщений; являющаяся транспортной подсистемой ОКС 7, предназначенной для надежной передачи сигнальных сообщений в правильной последовательности и без ошибок;

UP, User Parts – части пользователей, т.е. функциональные блоки ОКС 7, где генерируются и обрабатываются сигнальные сообщения, например, TUP (Telephone User Part), ISUP (ISDN User Part), MAP (Mobile Application Part).

В процессе установления/разъединения телефонного канала происходит обмен сигнальными сообщениями между двумя пунктами сигнализации (рисунок 4.12):

IAM, Initial Address Message – содержит номерную информацию о вызываемом абоненте;
SAM, Subsequent Address Message – содержит дополнительную информацию и передается в случае необходимости;
ACM, Address Complete Message – содержит информацию о статусе вызываемого абонента (занят/свободен);
ANC, Answer Charge – определение момента начала начисления оплаты;
CLF, Clear Forward – сообщение в прямом направлении о завершении вызова;
RLG, Release Guard – подтверждение завершения вызова в обратном направлении, разъединение соединения.

Рисунок 4.12. Сигнальные сообщения ОКС 7 для телефонии

Рисунок 4.12. Сигнальные сообщения ОКС 7 для телефонии

Формат сигнальных сообщений ОКС 7 представляется сигнальной единицей, в составе которой передаются сигнальные сообщения, называемые значащей сигнальной единицей MSU, Message Signal Unit.

Эта единица включает ряд полей (рисунок 4.13):

Signaling Information Field, SIF – включает сигнальную информацию части пользователя и метку маршрутизации, которая применяется в части передачи сообщений МТР; Service Information Octet, SIO – указывает на принадлежность сигнальной информации конкретной части пользователя; Length Indicator, LI – содержит значение числа байт между полями LI и CK; Check Bits, CK – проверочные байты для обнаружения ошибок передачи; Error Correction, EC – состоит из 4-х полей, предназначенных для повторных передач пакетов при обнаружении ошибок; Flag, F – обозначает начало и конец сигнальной единицы.

Рисунок 4.13. Формат значащей сигнальной единицы

Рисунок 4.13. Формат значащей сигнальной единицы

Принципы функционирования ОКС 7 заключаются в передаче всех линейных и управляющих сигналов, необходимых для действия множества речевых и других каналов, по одному каналу передачи данных. При этом все сигналы взаимодействия собираются в пакеты – сигнальные единицы и снабжаются заголовками, устанавливающего принадлежность каждого из сигналов определенному каналу. ОКС 7 ориентирована на использование каналов передачи 64 кбит/с.

Сигнальные каналы, или так называемые звенья, и пункты сигнализации (т.е. коммутаторы, использующие ОКС 7, базы данных и т.д.) образуют сеть сигнализации.

Функциональную структуру ОКС 7 можно сопоставить с моделью ISO/OSI:

- уровням 1-3 соответствует подсистема передачи сообщений МТР;
- уровням 4-7 соответствуют подсистемы пользователей:
TUP, Telephone User Part; ISUP, Integrated Service User Part;
SCCP, Signaling Connection Control и т.д.

Сигнальная система DSS-1 в своей сущности уже рассмотрена в предыдущем разделе. Подробную информацию по ОКС 7 и DSS-1 можно получить из [4].

Адреса ISDN задаются по рекомендации ITU-T E.164. Каждый адрес состоит из двух элементов:

  • номера ISDN;
  • субадреса ISDN.

Первая часть адреса ISDN соответствует номеру (до 15 цифр, без доступа к национальной или международной сети). Это на три цифры больше, чем в обычной телефонной сети. Номер ISDN содержит код страны (у России 007), код местной сети (в Новосибирске 383-2), номер абонента.

Вторая часть адреса ISDN – субадрес, используется для дальнейшей адресации после того, как было установлено соединение с конечным устройством. Субадрес может содержать до 32 десятичных цифр. Требование субадреса определяется технологией соединения абонентов.

Интегральные и оптические сети







© Банк лекций Siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки. Карта сайта
E-mail: formyneeds@yandex.ru