1. Определения и архитектура телекоммуникаций

1.1. Основные определения и классификация сетей связи ВСС Российской Федерации

Сеть Связи Взаимосвязанная Российской Федерации (ВСС) – комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования и ведомственных сетей электросвязи на территории Российской Федерации, обеспеченный общим централизованным управлением. В состав ВСС не входят выделенные сети, а также внутрипроизводственные и технологические сети [1].

Сеть первичная – совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи.

Сеть первичная магистральная – часть первичной сети, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи и сетевых трактов разных внутризоновых первичных сетей на всей территории страны.

Сеть первичная внутризоновая – часть первичной сети, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи разных местных первичных сетей одной зоны нумерации телефонной сети общего пользования.

Сеть первичная местная – часть первичной сети, ограниченная территорией города с пригородом или сельского района.

Сеть связи общего пользования – составная часть ВСС РФ, открытая для пользования всем физическим и юридическим лицам, в услугах которой этим лицам не может быть отказано.

Сеть связи вторичная – совокупность линий и каналов вторичной сети, образованных на базе первичной сети, станций и узлов коммутации или станций и узлов переключений, предназначенная для организации связи между двумя или более определенными точками. Границами вторичной сети являются стыки этой сети с абонентскими оконечными устройствами. В зависимости от основного вида электросвязи вторичную сеть называют телефонной, телеграфной, передачи данных, радиовещания, телевидения и так далее. По территориальному признаку вторичные сети могут разделяться на междугородние и зоновые (внутризоновые и местные).

Сеть транспортная – совокупность ресурсов систем передачи, относящихся к ним средств контроля, оперативного переключения, резервирования и управления, предназначенных для переноса информации между заданными пунктами сети. Сеть транспортная является частью первичной сети и охватывает магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные и международные). Сеть транспортная может быть магистральной, внутризоновой и местной.

Сеть доступа – совокупность абонентских линий передачи и станций местной сети, обеспечивающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть.

Сеть (вычислительная) локальная (ЛВС) (local area network, LAN) – информационно-вычислительная сеть, связывающая ряд устройств вычислительной техники (рабочие станции, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы, серверы) в одной локальной зоне, ограниченной одним зданием или одним предприятием. ЛВС может иметь шлюз для соединения с другими ЛВС или с сетями связи (на правах абонентского терминала).

Сеть с интеграцией служб цифровая (ЦСИС) – (integrated services digital network, ISDN) – сеть с интеграцией служб, обеспечивающая цифровые соединения между стыками “абонент-сеть” на скорости передачи до 2Мбит/с.

Сеть с интеграцией служб цифровая широкополосная (Ш-ЦСИС) (broadband ISDN, B-ISDN) – сеть, обеспечивающая организацию различных служб электросвязи по высокоскоростным цифровым каналам связи (со скоростью 2Мбит/с и выше) через стык “абонент-сеть”.

Сеть управления электросвязью (telecommunications management network, TMN) – специальная сеть, обеспечивающая управление сетями электросвязи и их услугами путем организации взаимосвязи с компонентами различных сетей электросвязи на основе единых интерфейсов и протоколов, стандартизированных Международным Союзом Электросвязи.

Сеть синхронизации – совокупность тактовых генераторов, системы распределения тактовых импульсов (синхросигналов) и самих синхросигналов, используемых для тактирования цифрового оборудования различных сетей.

Сеть связи корпоративная – сеть, объединяющая сети отдельных предприятий в масштабе как одного, так и нескольких государств.

Сети связи ведомственные – сети связи министерств и иных федеральных органов исполнительной власти, промышленных объединений и предприятий, создаваемые для удовлетворения производственных и специальных нужд, имеющие выход на сети связи общего пользования.

Сеть связи глобальная – сеть связи, охватывающая территорию нескольких стран и нескольких континентов.

1.2. Стандартизирующие организации и стандарты сетей связи

Ниже перечислены наиболее известные организации по стандартизации и некоторые стандарты.

Международная организация по стандартизации, ИСО, (International Standard Organization, ISO) – организация, которая утвердила множество стандартов. В их числе эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI) – семиуровневая модель протоколов передачи данных, предложенная с целью обеспечения взаимодействия открытых систем, то есть сопряжения различных видов коммуникационного оборудования разных производителей.

Международный Союз Электросвязи, МСЭ, (International Telecommunications Union, ITU) – определивший принципы построения транспортных сетей, сетей доступа, цифровых сетей с интеграцией услуг (узкополосных и широкополосных) и многое другое. Работу по стандартизации ведет сектор телекоммуникаций с его комиссиями (ITU-T).

Американский Национальный Институт Стандартов (American National Standard Institute, ANSI) – с широко известными стандартами на компьютерные сети, в частности FDDI, SONET.

Европейский Институт Стандартов по Телекоммуникациям (European Telecommunications Standards Institute, ETSI) – утвердил с 1988 года множество стандартов по сетевым решениям, в частности по SDH, ISDN, B-ISDN.

Форум ATM – ассоциация производителей оборудования асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode) – приспособила и расширила стандарты B-ISDN, с тем, чтобы создать отраслевые стандарты, которые дают возможность продукции ATM взаимодействовать с оборудованием традиционных локальных сетей.

Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industry Association, EIA) – группа, выпускающая стандарты по передаче электрических сигналов, например, стандарт RS-202, стандарты по телекоммуникационным кабельным сетям промышленных зданий.

Международная электротехническая комиссия, МЭК, (International Electrotechnical Commission, IEC) – известная многими стандартами и в частности на структурированные системы кабельных сетей для зданий (ISO/IEC 11801).

Форум управления сетями электросвязи (Forum Telecommunications Network Management, TNM) – ассоциация производителей оборудования управления сетями связи, вырабатывающая решения по стандартизации взаимодействия систем управления различных производителей.

Совет по регулированию работы Internet (Internet Activities Board, IAB) – группа исследователей по объединенным сетям Internet. Предложены IAB в качестве стандартов Internet протоколы TCP/IP, SNMP в серии документов RFC (Request For Comments).

Форум Frame Relay – организация производителей и распространителей продукции передачи данных технологии ретрансляции кадров. Известны ряды спецификаций по согласованию Frame Relay с ATM, объединению локальных вычислительных сетей.

Ассоциация министерств связи и администраций сетей связи европейских стран, European Conference of Posts and Telecommunications – CEPT и CEN, Committee European de Normalization, европейский комитет по стандартизации совместно выпускают стандарты серии EN, например, EN 50170 – европейский стандарт на структурированные кабельные системы [3].

Рисунок 1.1.

1.3. Общая архитектура телекоммуникаций

На рисунке 1.1 представлена общая архитектура телекоммуникаций, подразделенная на плоскости технических решений:

  • компоненты;
  • cистемы передачи;
  • транспортные сети;
  • коммутационные услуги;
  • сети доступа и пользовательские услуги через соответствующие терминалы.

Ниже приведены краткие характеристики указанных плоскостей.

1.3.1. Плоскость компонентов

Эту плоскость можно считать фундаментальной, так как решения для нее во многом определяют возможности технических решений выше лежащих плоскостей.

Современные компоненты для построения телекоммуникационных устройств имеют большую номенклатуру. Условно их можно разделить на электрические и электронные, оптические и программные.

К электрическим и электронным компонентам относятся: металлические кабели и провода; транзисторы и интегральные микросхемы (аналоговые и цифровые) с разной степенью интеграции транзисторов; микропроцессоры; усилители; регенераторы электрических сигналов и многие другие [3].

В настоящее время электронная часть этой базы испытывает новый этап преобразований, связанный с внедрением арсенид-галиевых гетероструктур и уменьшением габаритов отдельных транзисторов до нанометровых размеров (нанотехнологии). Эти преобразования позволяют повысить быстродействие схем, уменьшить габариты устройств и сократить энергопотребление. При реализации схем чаще всего уделяется внимание процедурам параллельных преобразований двоичных данных в векторно-конвеерных структурах.

Оптические компоненты и модули на их основе получили особенно широкое применение за последнее десятилетие в технике телекоммуникаций. Среди оптических компонентов выделяются следующие группы изделий: стекловолоконные световоды с возможностью передачи данных на скоростях от десятков Гигабит в секунду до десятков Терабит в секунду; высокостабильные полупроводниковые лазеры, включаемые в состав передающих оптических модулей; высокочувствительные фотодетекторы (фотодиоды конструкций p-i-n и ЛФД), включаемые в состав приемных оптических модулей; волоконные и полупроводниковые оптические усилители с большими коэффициентами усиления (до 50дБ) и широкой полосой усиливаемых частот (от 5 до 10 ТераГерц); оптические коммутаторы и маршрутизаторы; мультиплексоры (демультиплексоры волновых и временных оптических каналов; компенсаторы искажений оптических сигналов, вызванных хроматической и поляризационной модовой дисперсиями; оптические процессоры на основе фотонных кристаллов и многие другие.

Программные компоненты и модули представляют собой алгоритмическое обеспечение для электрических и оптических устройств, в которых реализуются последовательные или параллельные процедуры обработки сигналов, например, цифровая фильтрация, кроссовая коммутация (переключение), выравнивание фаз цифровых данных при мультиплексировании, функции управления и так далее.

Необходимо подчеркнуть, что развитие компонентной базы определяется достижениями в фундаментальных научных исследованиях физических явлений и исследованиями в области теории информации.

1.3.2. Плоскость систем передачи

В плоскости систем передачи могут рассматриваться аналоговые системы с частотным мультиплексированием каналов, типовыми групповыми трактами и электрическими и радиорелейными линейными трактами. Роль этих систем постепенно снижается в современных сетях связи. Им на смену уже пришли более эффективные цифровые системы передачи плезиохронной и синхронной иерархий с волоконно-оптическими линейными трактами и автоматизированным обслуживанием.

Волоконно-оптические кабели позволяют постоянно совершенствовать передачу информационных данных. Так на смену одноволновой передачи пришли системы с WDM (wavelength division multiplexing – мультиплексирования с разделением длин волн), а электрическое мультиплексирование с разделением по времени дополнилось оптическим мультиплексированием с разделением во времени OTDM (optical time division multiplexing) и оптическим мультиплексированием с кодовым разделением каналов OCDM (optical code division multiplexing).

Применение солитонной передачи может решить проблему дисперсионных искажений, ограничивающих дальность передачи в системах WDM, OTDM, OCDM.

Системы передачи оснащаются средствами эффективного контроля управления, резервирования участков передачи. В структуре систем передачи выделяются оконечные и промежуточные станции, которые объединяются в секции регенерации и усиления, мультиплексирования. При этом каждая секция может иметь встроенные средства обслуживания.

Системы передачи являются составной частью транспортной сети связи [2].

1.3.3. Плоскость транспортировки

Плоскость транспортировки образована комплексом технологических решений по переносу информационных данных в виде аналоговых и цифровых сигналов.

В этот комплекс входят технологии:

  • синхронной цифровой иерархии SDH (synchronous digital hierarchi);
  • асинхронного режима передачи ATM (asynchronous transfer mode);
  • протоколов межсетевого взаимодействия IP (internet protocol);
  • оптических технологий с разделением длин волн WDM (wavelength division multiplexing);
  • синхронной оптической сети SONET (synchronous optical network) – прародительнице SDH.

Все технологические решения по транспортировке имеют проработанную протокольную архитектуру и могут быть увязаны между собой на основе единых интерфейсов, утвержденных в стандартах ANSI, ETSI, ISO и, как правило, базирующихся на рекомендациях ITU-T.

Основным предметом внимания в плоскости транспортировки выступают тракты и каналы, образуемые на основе секций мультиплексирования систем передачи. Плоскость транспортировки, кроме того, предусматривает проработанные решения по автоматизированному созданию, вводу в эксплуатацию, контролю и защите трактов и секций с физическими и виртуальными каналами, создание таблиц маршрутизации трафика, его контроля и управления.

В плоскости транспортировки должны реализовываться принципиальные решения по тактовой сетевой синхронизации и управлению, принятые ITU-T для обеспечения требуемого качества услуг транспортных сетей. Услуги транспортной плоскости напрямую отражаются в плоскость коммутации.

1.3.4. Плоскость коммутационных услуг

Плоскость коммутации обращена непосредственно к потребителям услуг электросвязи.

Эти возможные услуги могут быть представлены средствами коммутации каналов (телефонные коммутаторы), средствами коммутации пакетов данных (коммутации в сетях передачи данных и компьютерных сетях), средствами быстрой коммутации ячеек (пакетов фиксированной длины) в сетях с асинхронным режимом передачи и широким спектром интегрированных услуг, средствами коммутации сообщений.

Реализация возможностей по коммутационной плоскости происходит в основном благодаря средствам сигнализации, например, сигнализации по выделенному каналу (ОКС-7).

Именно плоскость коммутационных услуг является базовой для создания интеллектуальных сетей, баз данных услуг и их доступностью технической и экономической для пользователей. Эффективность функционирования коммутационных узлов определяет нагрузку (трафик) транспортных сетей и их развитие.

На рисунке 1.2 показана взаимосвязь в развитии транспортных сетей и расширения возможных услуг электросвязи за десятилетний период (1997-2007 года).

Рисунок 1.2. Тенденции роста трафика транспортных сетей во всем мире

Рисунок 1.2. Тенденции роста трафика транспортных сетей во всем мире

Однако указанные тенденции только тогда могут иметь уверенный прогноз, когда развиваются сети доступа, соединяющие конкретных потребителей услуг с соответствующими коммутационными узлами.

1.3.5. Плоскость доступа

Одно из самых неразвитых мест современных телекоммуникаций – это доступ терминалов пользователей к узлам предоставления услуг.

Однако в последнее время доступ стал предметом повышенного внимания операторов сетей связи и разработчиков сетевого оборудования. Это связано с ростом потребностей в различных высококачественных услугах. ITU-T разработана общая концепция доступа в рекомендации G.902, которая уже принята к исполнению многими производителями. При этом наблюдаются следующие тенденции развития доступа:

  • удаленный доступ с выносом номерной емкости в зону пользователей;
  • интеграция услуг доступа на основе платформы DSLAM (digital subscriber line access multiplexer – цифровой мультиплексор доступа на основе оборудования асимметричной линии ADSL);
  • создания оптических сетей с гибридным доступом (медные + волоконно-оптические линии);
  • радиодоступ;
  • мультисервисные платформы доступа.

Важнейшим показателем доступа является стоимость одного окончания. Это во многом определяется прямыми затратами на создание физической среды. По этой причине остается актуальным использование на медных низкочастотных кабелях технологий передачи под общим названием DSL (digital subscriber line – цифровая абонентская линия) во всех разновидностях (HDSL, ADSL, VDSL, SDSL и т.д. [2,3]). В таких линиях могут передаваться сигналы на скоростях от десятков кбит/с до десятков Мбит/с (64 кбит/с – 50 Мбит/с) на относительно небольших расстояниях (десятки и сотни метров).

Различным технологиям будет уделено соответствующее внимание в последующих разделах.

1.3.6. Плоскость пользовательских услуг

Плоскость пользовательских услуг отражает все известные и востребованные услуги электросвязи, к которым относятся: телефония с коммутацией каналов и IP-телефония; видеосвязь; видеоконференции; электронная почта; радиовещание; телевидение; телепутешествия и так далее. Для реализации услуг необходимы различные терминалы для пользователей. Это и обычные телефонные аппараты, и теле- и радиоприемники, терминалы сетевых подключений ISDN (цифровых сетей с интеграцией услуг) и так далее [1].

Услуги и терминальное оборудование также являются предметом внимания организаций по стандартизации, производителей аппаратуры и операторов сетей.

Востребованность, количество и качество услуг электросвязи и платежеспособность пользователей определяют смысл существования всей архитектуры телекоммуникаций.

Контрольные вопросы и задания:

1. Что представляет собой ВСС?
2. Какие виды первичных сетей определены?
3. Чем отличается вторичная сеть от первичной?
4. Чем отличается сеть общего пользования от корпоративной сети?
5. Что общего между транспортной сетью и сетью доступа?
6. Какое назначение имеют сети синхронизации и управления?
7. Какие организации разрабатывают и принимают международные стандарты в области телекоммуникаций?
8. Из каких плоскостей состоит общая архитектура телекоммуникаций?
9. Какие функции определены для плоскости пользовательских услуг?
10. Проведите анализ взаимосвязи плоскости пользовательских услуг с другими плоскостями архитектуры телекоммуникаций.

Список литературы:

1. Основные положения развития Взаимосвязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005года. Руководящий документ. - М.: ЦНИИС, 1995.

2. Шмалько А.В. Цифровые сети связи: основы планирования и построения. – М.: ЭКО-Трендз, 2001.- 283с.

3. Уайндер С. Справочник по технологиям и средствам связи. Перевод с англ. – М.: Мир, 2000.- 429с.

Интегральные и оптические сети


*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.