6. Цифровые сети с интеграцией служб (ISDN)

6.1. Требования, предъявляемые к ISDN

Особенности ISDN

Рассмотрим особенности ISDN, отличающие эту технологию от других сетей. Свойства ISDN таковы [21, 22, 23]:

  1. возможность передачи информации в цифровой форме от одного терминала (ТE) до другого;
  2. предоставление широкого спектра услуг (видов сервиса), включающего передачу речевой и неречевой информации;
  3. возможность подключения разнообразных терминалов к сети с помощью многоцелевых стандартных согласующих устройств (интерфейсов) "пользователь-сеть";
  4. обеспечение централизованной сигнализации с высокой скоростью и верностью;
  5. обеспечение любого из требуемых способов коммутации: каналов или пакетов;
  6. обеспечение цифрового транспортного соединения между терминалами оконечных абонентских пунктов;
  7. предоставление пользователям доступа к большому числу речевых и неречевых служб через общую абонентскую линию;
  8. предоставление доступа к сети через небольшое число стандартных многоцелевых интерфейсов.

В состав ISDN должно входить три вида специализированных сетей (рис.6.1): сеть коммутации каналов (КК), сеть коммутации пакетов (КП), сеть сигнализации (СС).

Концепция ISDN детально определена в рекомендациях ITU-T серии I.. В ISDN реализуется поддержка множества служб, а именно: службу телефонной, телекса, факсимильной связи, телетекса, телефакса, бюрофакса, телеконференций, передачи данных (ПД) с КК, ПД с КП, службы дейтаграмм и др.

Под службой электросвязи (service или telecommunication service [22]), или видами обслуживания, понимают услуги, предоставляемые абонентам администрацией электросвязи.
Сеть электросвязи как совокупность технических средств обеспечивает возможность предоставления услуг абонентам. Отличие понятий сетей и служб (услуг) видно хотя бы по тому, что служба передачи данных родилась, не имея своей сети. Для передачи данных использовались некоммутируемые каналы, телефонная сеть и сеть телекс. Позже начали создавать специализированные сети ПД для достижения более высокого качества передачи данных. На рис.6.2. показано использование различных сетей для различных служб.

Различают три условия интеграции цифровых сетей:

  • элементной базы передачи и коммутации;
  • аппаратуры передачи и коммутации;
  • служб (видов) электросвязи.


Рисунок 6.1. Виды сетей в составе ISDN


Рисунок 6.2. Структурный состав ISDN

Цифровая сеть c интеграцией служб должна удовлетворять следующим требованиям:

  1. Обеспечивать установление связи различных служб к одному абоненту лишь по одной абонентской линии, имеющей один номер;
  2. Обеспечивать в перспективе передачу любого вида информации (в аналоговой или дискретной форме) с помощью одного многофункционального терминала;
  3. Обеспечивать абоненту возможность одновременно передавать информацию различных видов;
  4. Обеспечивать снижение тарифов за услуги электросвязи;
  5. Обеспечивать улучшение качества передачи информации (по сравнению с качеством передачи на существующих сетях);
  6. Обеспечивать более эффективное использование каналов и линий сети;
  7. Обеспечивать возможность передачи информации с помощью стартстопных, синхронных и пакетных установок;
  8. Обеспечивать установление соединения для передачи данных (в режиме коммутации каналов) за время Тус < 1с;
  9. Обеспечивать доставку сообщения за время Тдс < 10мс;
  10. Обеспечивать разъединение соединения за время Траз < 10 мс;
  11. Коэффициент ошибок Кош не должен превышать величины 10-6;
  12. Должна быть обеспечена прозрачность канала в фазе передачи данных (при использовании способа КК);
  13. Должен быть предоставлен по требованию пользователя широкий спектр дополнительных видов обслуживания (ДВО), например, прямой вызов, многоадресный вызов и др.;
  14. Абоненту должны передаваться любые необходимые сигналы, оповещающие его о фазе соединения или об отклонении процессов установления соединения от нормы;
  15. Обеспечивать возможность расширения обслуживания на подвижные объекты;
  16. Обеспечивать возможность расширения служб и ввода новых видов информации.

Концепция ISDN определена в рекомендациях серии I.xxx (ITU- T). В этой концепции сформулированы положения о:

- стандартизации предоставляемых пользователям основных и дополнительных услуг в целях обеспечения межсетевого и международного взаимодействия;

- стандартизации функциональных возможностей, необходимых для поддержки услуг;

- стандартизации ограниченного набора многофункциональных интерфейсов (стыков) “пользователь- сеть” и “сеть- сеть”, с помощью которых реализуется доступ пользователя к ресурсам ISDN и межсетевое взаимодействие.

На рисунке 6.3 приведена структура узкополосной ISDN (N-ISDN). Терминалы пользователей подключаются к оконечным станциям по цифровым абонентским линиям. Оконечные и транзитные станции взаимодействуют по цифровым соединительным линиям (ЦСЛ).


Рисунок 6.3. Структура N-ISDN

Для предоставления услуг ISDN все опорные и транзитные цифровые КС должны быть оснащены средствами общеканальной системы сигнализации № 7. В доступе “пользователь-сеть” N-ISDN должна использоваться цифровая абонентская система сигнализации № 1 (ЦАСС № 1 - DSS1).

Типовая базисная конфигурация N-ISDN класса “коммутация каналов с V=64 Кбит/с” приведена на рисунке 6.4. Элемент соединения (ЭС) в доступе состоит из звена доступа, средств коммутации (Switch, S) и управления (Control, C). Элементы соединения в доступе могут быть соединены с помощью национальных транзитных ЭС или национальных и международного транзитных ЭС.


Рисунок 6.4. Типовая базисная конфигурация N-ISDN класса «коммутация каналов с V=64 Кбит/с»

Концепция N-ISDN не предусматривала принципиального изменения структуры существовавшей в 80-е годы сети электросвязи. Цифровая сеть с интеграцией служб может быть построена как “наложенная на уровне услуг связи сеть”, то есть как надстройка (рисунок 6.5) над существующей сетью связи общего пользования (ССОП).


Рисунок 6.5. ISDN, наложенная на уровне услуг связи

Пользователи N-ISDN могут получать услуги через стандартные интерфейсы V1, V3, V5 (рисунок 6.6). Цифровые станционные интерфейсы для абонентского доступа определены в базисной точке V (I.430).

На цифровом участке основного доступа (BRA) организуется два канала типа B (со скоростью V=64 Кбит/с каждый) и один канал типа D (со скоростью V=16 Кбит/с).

На цифровом участке первичного доступа (PRA) организуется 30 каналов типа B и один канал типа D (со скоростью V=64 Кбит/с).


Рисунок 6.6. Стандартные интерфейсы N-ISDN

Общий цифровой участок реализуется с помощью линейных и сетевых окончаний, обеспечивающих любую комбинацию видов доступа (основного - BRA, первичного - PRA). Для основного (базового) доступа обязательным является наличие эталонной точки S0, а для первичного - эталонной точки Т.

Базисные точки V1 и V3 находятся на станционной стороне линейного окончания и применимы для разных типов доступа. Интерфейс типа V может быть реализован только в одной базисной точке V между LT и ET.

Тип интерфейса V5 обеспечивает системное решение задачи подключения средств сети доступа к коммутационным станциям ISDN. Удельная нагрузка цифровых абонентских линий существенно выше удельной нагрузки абонентских линий телефонной сети общего пользования и изменяется в диапазоне 0,15 - 0,55 Эрл на один канал типа В.

Терминал пользователя первого типа (ТЕ1) имеет стандартные стыковые характеристики, отвечающие рекомендациям ITU-T для ISDN. Терминал TE1 предназначен для индивидуальных абонентов и подключен к эталонной точке Т или через NT2 к эталонной точке S0. Терминал пользователя второго типа (ТЕ2) отличается от TE1 стыковыми характеристиками. Он не может быть подключен непосредственно к эталонной точке Т. Терминальный адаптер (ТА) является согласующим устройством для преобразования характеристик ТЕ2 в стандартные для доступа к ISDN. Терминал пользователя ТЕ2 подключается к ТА через стык R.

В таблице 6.1 приведены типы каналов в интерфейсе “пользователь- сеть”.

Таблица 6.1. Типы каналов в интерфейсе “пользователь- сеть”

Обозначение канала

В

Н0

Н11

Н12

D

Скорость цифрового потока, Кбит/с

64

384

1536

(стандарт ANSI)

1920

(стандарт ETSI)

16/64

Закрепление канала типа В за потоками пользователей может быть различным:

- за одним потоком со скоростью 64 Кбит/с;

- за несколькими потоками с одновременной или параллельной передачей по одному каналу.

Если по каналу типа В могут передаваться потоки голосовой информации или данных с максимальной скоростью 64 Кбит/с, то по каналу типа Н - потоки от высокоскоростных факсимильных аппаратов, установок видеосвязи, высокоскоростной передачи данных, высококачественного звукового вещания.

Функции NT1 таковы:

- управление передачей потока битов по линии;

- хронирование (синхронизация);

- мультиплексирование потоков битов каналов В1, В2, D;

- контроль рабочих характеристик и техническое обслуживание объектов в интерфейсе “пользователь- сеть”.

Функции NT2 таковы:

- обработка сигнальных сообщений по протоколам уровней звена данных (2-го) и сетевого (3-го);

- мультиплексирование потоков на уровнях звена данных и сетевом;

- коммутация каналов типа В;

- концентрация информационных потоков от группы терминалов для передачи по одной абонентской линии;

- техническое обслуживание объектов в интерфейсе “пользователь - сеть”.

Функции терминалов типа ТЕ1

Терминалы ТЕ1 должны обеспечивать реализацию следующих функций:

- доступа к сигнальному каналу D;

- обмена с ISDN при базовом и первичном доступе;

- предоставления услуг связи.

Доступ к сигнальному каналу D обеспечивает возможность высокоскоростного и надежного обмена всеми необходимыми сообщениями для получения основных и дополнительных услуг ISDN. Обмен пользователя с ISDN при базовом доступе реализуется с помощью протоколов физического (таблица 6.2), звена данных (таблица 6.3) и сетевого (таблица 6.4) уровней DSS1.

Таблица 6.2. Протокол физического уровня DSS1

Функции

Описание (Рекомендации I.430, I.412)

Конфигурация проводки

Физическое соединение TE с NT

Линейный код

AMI (инверсия): TE - NT; 2B1Q: NT - LT

Структура цикла

Синхронизация битов, октетов, циклов

Управление конфликтами в канале D

Управление доступом к каналу D

Идентификация каналов

Идентификация каналов В и D

Техническая эксплуатация

Действия по ТЭ доступа “пользователь-сеть” и TE

Электрические характеристики

Реализация стыка в соединениях с пассивной шиной

Физические характеристики

Распределение контактов розетки для TE1

Таблица 6.3. Протокол уровня звена данных DSS1

Функции

Описание (Рекомендация Q.921)

Исключение ложных флагов

Обеспечение информационной прозрачности при переносе через сеть

Идентификация цикла

Опознавание и проверка на достоверность всех 48-битовых циклов

Установка режима передачи

Посылка вызова в сеть для инициализации услуги

Обнаружение ошибок

Обнаружение ошибок в принимаемом сообщении и в логике обмена с сетью

Программное управление

Обеспечение непрерывной последовательности кадров в соединении

Восстановление

Исправление ошибок средствами уровня звена данных (обнаружение ошибок в принимаемых кадрах и их исправление с использованием решающей обратной связи) и информирование сетевого протокола об ошибках, не поддающихся исправлению средствами звена данных.

Возможности вещания

Предоставление звеньев данных вещания, которые могут быть идентифицированы с помощью глобального (группового) идентификатора TEI.

Таблица 6.4. Протокол сетевого уровня DSS1

Функции

Описание (Рекомендация Q.931)

Сообщения идентификации и обработки

Опознавание и проверка правильности форматов сообщений

Метка вызова

Идентификация запроса вызова в интерфейсе “пользователь - сеть”

Информация для обмена с сетью

Спецификация типов сообщений (в фазах установления, передачи, разъединения)

Сообщения управления вызовом

Формирование обязательных сообщений для процедур управления основным вызовом

Протоколы и стандарты абонентской цифровой системы сигнализации № 1 (DSS1)

На рисунке 6.7 приведены протоколы и стандарты абонентской цифровой системы сигнализации № 1 ISDN.


Рисунок 6.7. Протоколы и стандарты абонентской цифровой системы сигнализации № 1 ISDN

Структура стыков в эталонных точках S и Т приведена в таблице 6.5.

Таблица 6.5. Структура стыков в эталонных точках S и Т

Тип доступа

Основной (базовый)

С первичной

скоростью

Реальная скорость цифрового потока

144 Кбит/с

(“п-с”; “с-п”)

1984 Кбит/c

В- канальная структура

B+B+D16 ;

(B+D16)

30B+D64 ;

30B

Н0- канальная структура

-

5Н0+D64 ; 5Н0

Н1- канальная структура

-

H12+D64 ; H12

Комбинированная структура

-

nB+mH0+D64; nB+mH0

Эталонные конфигурации доступа к ресурсам N-ISDN приведены на рисунке 6.8.


Рисунок 6.8. Эталонные конфигурации доступа к ресурсам N-ISDN

Взаимодействие TE и коммутационной станции ISDN (Exchange) в плоскости C показано на рисунке 6.9.


Рисунок 6.9. Взаимодействие TE и коммутационной станции ISDN (Exchange) в плоскости C

6.2. Службы и услуги

Услуги, предоставляемые пользователям ISDN, в литературе по ISDN {в частности, в рекомендации I.112 выражены термином сервис электросвязи - Telecommunication Service, Service}. Под сервисом понимают весь диапазон услуг, который обеспечивает администрация сети электросвязи пользователям для удовлетворения их требований к электросвязи.

В понятие сервис электросвязи входят такие услуги:

  • обеспечение телефонной, телеграфной, факсимильной связи, передачи данных и других;
  • обеспечение передачи информации с использованием различных методов коммутации (каналов, сообщений, пакетов, адаптивной, гибридной, быстрой коммутации пакетов);
  • предоставление каналов с различными скоростями передачи;
  • предоставление различных сред передачи(проводные, волоконные, радио, космические);
  • предоставление каналов в аренду, на время передачи сообщения или сеанса связи;
  • дополнительные виды обслуживания (рекомендации ITU-T серии Х.).

Услуги связи предоставляются пользователям с помощью определенных служб. Сеть обеспечивает предоставление, как традиционных услуг, так и специфических, вытекающих из тех новых ресурсов, которыми она обладает. Новыми ресурсами ISDN являются:

  • высокоскоростная передача речевой информации или данных по каналам типов В (64 Кбит/с), Н0 (384 Кбит/с), Н11 (1536 Кбит/с), Н12 (1920 Кбит/с), предоставляемых пользователям в режиме коммутации каналов;
  • передача абонентской сигнализации (адресная информация, линейные и информационные сигналы) по общему каналу (типа D) от оконечного устройства речевой информации или данных с использованием пакетного способа передачи, обеспечивающего высокие скорость и верность;
  • высокая скорость передачи данных стандартными оконечными устройствами по прозрачному каналу от абонента до абонента с использованием широкого спектра протоколов;
  • передача межстанционной сигнализации по общему каналу сигнализации (ОКС) с использованием системы сигнализации № 7 (ССS7) ITU-T, обеспечивающей передачу сообщений по сигнальной сети с устранением состязаний, удвоений и пропаданий.

Возможности передачи речевой информации и данных в ISDN могут быть определены тремя характеристиками:

  • чувствительностью к задержке;
  • чувствительностью к искажениям;
  • чувствительностью к потере части сообщения (блокировке).

Под чувствительностью к задержке (ЧЗ) при передаче голосовой информации в пакетной форме понимают критичность к запаздыванию сообщений, когда возникают трудности понимания между партнерами. При передаче данных и системе защиты от ошибок с решающей обратной связью под ЧЗ понимают критичность к времени отклика удаленной стороны канала ПД на переданный кадр. Чем меньше эта задержка, тем меньше требуемый объем буфера передатчика. Под чувствительностью к искажениям (ЧИ) при передаче речевой информации в цифровой форме понимают зависимость качества связи от искажения отдельных элементов кадров, передаваемых в канальных интервалах цифровых систем передачи.

Считается, что голосовая служба относительно толерантна к искажениям (благодаря большой информационной избыточности речи). Данные более чувствительны к искажениям, т.к. обладают значительно меньшей информационной избыточностью. Под блокировкой понимают при пакетной передаче потерю части пакетов в сети, что приводит к выпадению отдельных кадров (или групп кадров) из сообщения. Речевые сообщения относительно мало чувствительны к блокировке (благодаря возможности переспроса абонентом неправильно понятого сообщения). Блокировки при ПД весьма существенно влияют на качество связи, т.к. при отсутствии информационной избыточности полученное сообщение с потерянными кадрами может быть полностью искажено.

6.3. Эталонная модель протоколов узкополосной ISDN (N-ISDN)

Эталонная модель протоколов N-ISDN приведена на рисунке 6.10.


Рисунок 6.10. Эталонная модель протоколов N-ISDN

Протоколы плоскостей C и U предоставляют услуги приложениям пользователей (голос, видео, данные). Протоколы плоскости C обеспечивают поддержку обмена служебными сообщениями в процессе установления и разъединения соединений. Протоколы плоскости U обеспечивают поддержку доставки информации пользователей. Протоколы плоскости M обеспечивают поддержку процессов административного управления плоскостями C и U.

На рисунке 6.11 приведена последовательность обмена сигнальными сообщениями протокола Q.931 уровня 3 DSS1 в интерфейсе "пользователь-сеть".


Рисунок 6.11. Последовательность обмена сигнальными сообщениями в интерфейсе "пользователь-сеть"

Протокол уровня 3 DSS1 (Recommendation Q.931)

Перечень сообщений протокола уровня 3 DSS1:

  • Установление связи (SETUP) - инициализация установления соединения (может содержать часть или все знаки номера вызываемого абонента);
  • Связь создается (CALL PROCEEDING) - окончание приема информации станцией ISDN для установления соединения;
  • Оповещение (ALERTING) - сообщение о посылке вызова абоненту Б;
  • Соединение в сети установлено (CONNECT) - сообщение после ответа вызываемого терминала;
  • Подтверждение соединения (CONNECT ACK) - подтверждение приема сообщения о соединении;
  • Разъединение (DISCONNECT) - сообщение о разъединении после отбоя абонента
  • Освобождение (RELEASE) - сообщение об освобождении канала типа В;
  • Завершение освобождения (RELEASE COMPLETE) - окончание освобождения канала типа В.

В сообщениях о запрашиваемом соединении предусматриваются информационные поля переменной длины (таблица 6.6).

Таблица 6.6. Распределение информационных полей в сообщении SETUP

В то время как служба передачи информации определяет желаемое качество передачи информации в звеньях соединения, информация о совместимости содержит детали, касающиеся запланированного использования такого сетевого соединения со стороны устройства пользователя. Например, одно устройство сопряжения может сообщить устройству сопряжения на другой стороне сети о том, что прозрачное соединение с пропускной способностью 64 Кбит/с должно использоваться только с эффективной скоростью цифрового потока 16 Кбит/с.

Адресуемое устройство пользователя ISDN принимает заявку на установление соединения в том случае, если оно в состоянии принять указания, определяемые в коде службы передачи и в информации о совместимости.

Пример сообщения “Установить” (SETUP) с информационным элементом “Возможности переноса” приведен на рисунке 6.12 (Q.931 [МККТТ. Синяя книга, выпуск VI.11, стр. 67-93]).


Рисунок 6.12. Сообщение SETUP с информационным элементом «Возможности переноса»

Пример сообщения SETUP с информационным элементом “Номер вызываемой стороны”

На рисунке 6.13 приведен пример сообщения SETUP с информационным элементом “Номер вызываемой стороны”.

Виды соединений

Основной задачей сигнализации в интерфейсе “пользователь- сеть” является управление соединениями. Различают три вида соединений:

1) соединение с коммутацией каналов на базе каналов типа В;

2) соединение с коммутацией пакетов на базе каналов типа В;

3) соединение с коммутацией пакетов на базе D- канала.

Сигнализация “пользователь - сеть” для соединения с коммутацией каналов (КК) осуществляется в ISDN только по общему сигнальному каналу типа D.

При использовании способа КК коммутация и обработка потока пользовательских данных в сети выполняются только на физическом уровне (на уровне потока битов).

Организация соединения с коммутацией пакетов осуществляется по В- каналу в два этапа:

  1. сначала устанавливается соединение по способу КК между устройством пользователя и устройством коммутации пакетов (внеканальная сигнализация);
  2. по установленному физическому каналу на уровнях защиты и коммутации работает протокол коммутации пакетов, и, таким образом, установление и разрушение виртуального соединения осуществляется так же, как в сети с пакетной коммутацией.
  3. К услугам ISDN могут иметь доступ следующие объекты:

    • абонентские пункты с группой терминалов ISDN;
    • ведомственные цифровые АТС с функциями ISDN и без таковых;
    • локальные вычислительные сети;
    • специализированные центры хранения и обработки информации;
    • другие цифровые сети, в частности - ISDN.


Рисунок 6.13. Пример сообщения SETUP с информационным элементом «Номер вызываемой стороны»

6.4. Адресация в ISDN

Адрес абонента ISDN состоит из международного номера ISDN и субадреса (рисунок 6.14). Из адреса ISDN сеть получает информацию о соответствующей стране и желаемом абонентском окончании или группе. Адрес ISDN содержит 15 десятичных цифр, включая индекс страны, код сети и индекс местной сети, однако не допускается использование в кодах некоторых определенных последовательностей цифр (Рекомендация I.330).


Рисунок 6.14. Структура адреса ISDN

Субадрес ISDN служит для уточнения адресации внутренних компонент устройства пользователя, выбранного с помощью адреса ISDN. Субадрес ISDN передается при установлении соединения в своем информационном поле без каких-либо изменений от вызывающего устройства пользователя к вызываемому.

Вопросы для самоконтроля

  1. Охарактеризуйте отличия видов информации группы V от видов группы С.
  2. Чем отличаются структуры ISDN и телефонных сетей?
  3. Охарактеризуйте назначение канала "D", используемого для обмена между терминалом и узлом коммутации каналов цифровой сети.
  4. Передается ли голосовая информация по каналу "D"?
  5. Какова структура адреса пользователя ISDN?
  6. Имеются ли в адресе пользователя ISDN знаки, которые не анализируются на коммутационных узлах сети?
  7. Каковы функции системы управления ISDN?
  8. Что понимают под регулированием потоков сообщений в ISDN?
  9. Можно ли свести управление в ISDN к маршрутизации?
  10. Что входит в понятие сервиса электросвязи в терминологии ITU-T?
  11. Перечислите виды терминалов, которые могут подключаться к ISDN.
  12. Может ли сообщение SETUP содержать адресную информацию?

6.5. Широкополосная ISDN с технологией ATM

Услуги

Рассмотрим характеристики различных служб электросвязи, на основе которых сформулируем требования, предъявляемые к B-ISDN.

Службы электросвязи (СЭ) в основном характеризуются тремя параметрами:

  • скоростью передачи;
  • временем занятия ресурсов сети (длительностью сеанса связи);
  • коэффициентом пачечности, отношением средней длительности сеанса связи к среднему времени передачи информации (Тспи).

Величины этих параметров определяют выбор типа транспортной системы ISDN для данной службы. В табл. 6.7 приведены параметры известных служб электросвязи. Решение вопроса о выборе метода коммутации для данной службы зависит, прежде всего, от величины пачечности. Чем она выше, тем актуальнее применение метода КП для службы (телеметрия, данные). В наименьшей степени это относится к речевой службе, т.к. для неё величина пачечности невелика (2-3). Каждая служба создает потоки информации в сети.

Характеристиками этих потоков являются:

  • допустимая задержка передачи;
  • нагрузка в ЧНН;
  • объем сообщений (количество информации в битах).

В табл. 6.8 приведены требования к задержкам, скоростям передачи и нагрузке в ЧНН для различных служб. Наименьшая задержка допустима при передаче голосовой информации в цифровой форме (30 мс). Более высокие значения задержки приводят к заметному для пользователей ухудшению разборчивости речи. Большая задержка допустима при передаче больших массивов данных (файлов).

Таблица 6.7. Службы электросвязи

Вид службы

Скорость передачи

Длительность

сеанса

Коэффициент пачечности

Класс службы

Телеметрия

100 бит/с –

10 Кбит/с

Сек. – мин.

101-102

Низкоскоростные

Передача данных в интерактивном режиме

(1 -100) Кбит/с

Сек. – мин.

101

Низкоскоростные

Телефонная

(16 – 64) Кбит/с

единицы минут

2 -3

Низкоскоростные

Телефакс

10 Кбит/с-1 Мбит/с

Мин. - часы

1-10

Среднескоростные

Передача файлов

10 Кбит/с-10 Мбит/с

Мин. - часы

1- 10

Среднескоростные

Видеотелефонная

1-10 Мбит/с

единицы минут

1-5

Среднескоростные

ТВ высокой чёткости

150 Мбит/с и выше

Мин. - часы

1-5

Высокоскоростные

Видеоконференции

(10 – 140) Мбит/с

Мин. - часы

1-5

Высокоскоростные

Наименьший объём сообщений характерен для телекса, а наибольший - для файлов. Наибольшую нагрузку в чнн создают телевизионные передачи, а наименьшую - терминалы телекса. В соответствии с рекомендациями ITU-T все службы электросвязи делятся по функциональному признаку на две группы:

  • интерактивные;
  • службы распределения информации (трансляционного типа).

Интерактивный обмен - это взаимодействие, по крайней мере, двух объектов. Различают три разновидности интерактивного обмена:

  • диалог;
  • обмен сообщениями с хранением;
  • поиск.

Обмен типа диалога имеет место при двусторонней связи оконечных устройств пользователей без, хранения информации в каких бы то ни было объектах сети. Перечислим службы, поддерживающие интерактивный обмен информацией:

  • конференц-связь;
  • видеотелефонная связь;
  • высокоскоростной телефакс;
  • передача больших массивов данных (файлов).

При обмене сообщениями с хранением передаваемая абонентом информация накапливается в буферных накопителях станций сети при отсутствии свободных каналов и после их освобождения передаётся адресату. Такой обмен предлагают службы передачи данных, видеопочты, электронной почты, передачи изображений высокой чёткости.

Обмен типа поиска информации предлагают информационные службы. Доступ к этим службам позволяет абоненту отыскивать и получать требуемую информацию.

При интерактивном обмене данные характеризуются большим коэффициентом пачечности. При этом ресурсы сети (каналы, линии) используются неэффективно в течение сеанса связи.

Таблица 6.8. Характеристика сообщений различных служб

Тип сообщения

Допустимая задержка
от абонента до абонента, с

Требуемая скорость передачи,

Кбит/с

Объем сообщения

Нагрузка в ЧНН (Эрл/линия)

Голос в цифровой форме

не более 0.030

64

105 бит

0.1 - 0.2

Телетекс (teletex)

менее 1.0

0.24

Несколько тысяч знаков

0.01

Телекс

менее 5.0

0.050

300-2000 знаков

0.0006

Интерактивные данные

менее 1.0

0.2 - 64

Несколько тысяч знаков

0.3

Большие массивы данных

До неск. десятков мин(задержка в промежуточных накопителях)

от единиц до десятков Мбит/с

106-108 бит

0.01

Телефакс (двусторонний)

менее 10.0

64

-

0.01

Телефакс (односторонний)

60-180

до 14.4

-

менее 0.01

Телерисунок

менее 1.0

64

-

-

Подвижные изображения

менее 1.0

до 140000

-

0.5

К службам распределения информации относятся теле- и радиовещание, трансляция документов (электронная газета). Различают две разновидности вещательных служб: управляемое абонентом вещание и неуправляемое. Вещание без управления со стороны абонента подразумевает невозможность влиять на начало и порядок представления информации (подобно традиционному телевидению или радиовещанию). Вещательные службы, предлагающие услугу “управления вещанием”, организуют передачу циклически повторяющихся блоков информации. Благодаря такой организации абонент может выбрать вид требуемой информации и начало её предъявления. К службам этого типа относятся обучение и тренинг на расстоянии. Широкополосные службы предъявляют высокие требования к средствам передачи и коммутации B-ISDN. Так, например, для цветного телевидения необходима скорость 4-6 Мбит/с, для телевидения с высокой чёткостью - 16-24 Мбит/с, для передачи файлов - до 200 Мбит/с. В настоящее время эксплуатируются физические срeды (волоконно-оптические линии связи) и системы передачи (синхронная цифровая иерархия - SDH), обеспечивающие передачу информации с такими высокими скоростями.

Для того, чтобы удовлетворить требованиям всех рассмотренных служб, B-ISDN должна обладать следующими свойствами:

  • обеспечивать скорость передачи информации не ниже сотен Мбит/с;
  • задержка сообщений при передаче от одного оконечного пункта к другому не должна превышать нескольких сотен или даже десятков миллисекунд (так, например, норма рекомендованной ITU-T задержки при однонаправленной передаче через два узла сети без участков спутниковой связи составляет 80 мс);
  • задержка сообщения на коммутационных станциях сети не должна превышать единиц миллисекунд;
  • система коммутации пакетов одной коммутационной станции должна коммутировать несколько миллионов пакетов в секунду.

Широкополосная ISDN рассматривается ITU-T как результат эволюции узкополосной ISDN с основным доступом типа 2В + D. Основные отличия B-ISDN от N-ISDN состоят в следующем:

  • в сети доступа используется волоконно-оптический кабель (вместо двухпроводной медной абонентской линии);
  • в транспортной системе информация передается со скоростями 140 Мбит/с и выше;
  • терминалы широкополосных служб подключаются к точке Sb широкополосного интерфейса (при этом сохраняется основной интерфейс 2B+D через эталонную точку S).

На рисунке 6.15 приведена конфигурация доступа к службам B-ISDN, где используются следующие обозначения:

  • В-ТЕ - терминал широкополосных (Broadband) служб;
  • ТЕ (Terminal Equipment) - терминал узкополосных служб с основным интерфейсом;
  • В-NT (Broadband Network Termination) - блок согласования терминала с сетью для ШП служб, реализующий функции 1, 2 и 3-го уровней ВОС;
  • ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи;
  • ЛМП - линейный мультиплексор;
  • As - средства преобразования скоростей передачи 144 Кbps/150 Мbps;
  • S, Sb, U - эталонные точки цифрового интерфейса;
  • АП - абонентский пункт.


Рисунок 6.15. Конфигурация доступа к B-ISDN

Стандартизовано два типа широкополосных интерфейсов:

  • симметричный интерфейс со скоростью 150 Мбит/с;
  • асимметричный интерфейс (скорость в направлении "сеть-пользователь"- 600 Мбит/с и в обратном направлении -150 Мбит/с).

Сетевое окончание B-NT реализует функции подключения абонентских установок к абонентской линии и совместного использования ими общих ресурсов. На рис. 6.16 показано распределение каналов в широкополосном интерфейсе между различными службами B-ISDN. В рекомендации ITU-T G.703 специфицированы следующие типы каналов цифровых систем передачи: В (64 Кбит/с), HO (384 Кбит/с), H11 (1536 Кбит/с), H12 (1920 Кбит/с), Н21 (32,768 Мбит/с), Н22 (43-45 Мбит/с), H4 (135 Мбит/с). Эти каналы используются для передачи данных, голоса, документальной электросвязи, телевизионных программ, видеоконференцсвязи и других служб. В диапазоне канала Н4 должно помещаться 4 канала Н21 или 3 канала Н22. Здесь приведены номинальные скорости передачи пользовательской информации по типовым каналам.


Рисунок 6.16. Распределение каналов в широкополосном интерфейсе между различными службами B-ISDN

Два типа каналов (D и Е) используется в основном для передачи служебной информации (сигнализация "абонент - сеть", управление сетью, профилактическое обслуживание). Скорость передачи по D - каналу может быть равной 16 или 64 Кбит/с, а по каналу Е - 64 Кбит/с. Протоколы передачи в каналах типа D базируются на рекомендации ITU-T X.25 [38]. В канале Н12 размещается две стереофонические программы, а в канале Н4 можно обеспечить передачу одного канала высококачественного телевидения.

Категории (классы) служб

В B-ISDN базируется большое количество служб. Каждая из них предъявляет к сети специфические требования по скорости доставки информации, организации сеанса связи, необходимости диалога. В документах ITU-T (Рекомендация I.362) весь диапазон служб разделён на 4 категории (табл. 6.9). Категория 1 предъявляет к сети наиболее жёсткие требования. Это объясняется тем, что для служб этой категории нельзя изменять скорость передачи, что характерно, например, для телефонной связи и телевидения. Для служб 2-ой категории допустима переменная скорость передачи, если при этом не происходит ухудшения качества. К этой категории относятся службы передачи данных в интерактивном режиме и видеоинформации. Службы 3-ей и 4-ой категории являются службами передачи данных, для которых скорость может варьироваться. Характерной службой этих категорий является электронная почта. Службы 4-ой категории характерны для связи локальных вычислительных сетей.

Таблица 6.9. Категории служб B-ISDN

Категории служб

1

2

3

4

Согласование по времени

Требуется

Не требуется

Скорость передачи

Постоянная

Переменная

Способ связи

С установлением

соединения

Без установления

соединения

Асинхронный режим передачи

В настоящее время этот режим известен как режим ATM (Asynchronous Transfer Mode). В дальнейшем, говоря об этом режиме, будем использовать аббревиатуру ATM.

Характерным отличием ATM является отсутствие жесткого закрепления временного окна в кадре за вызовом. Каждому вызову соответствует своя метка. Функции установления метки, как и временного окна в кадре при СВРК, могут быть реализованы на первом (физическом) уровне модели ВОС. Основное достоинство ATM состоит в возможности динамического распределения ресурсов, как при передаче пакетов, так и при их коммутации на станциях B-ISDN. Основные свойства метода ATM таковы:

  • информационный поток разделяется на блоки фиксированной длины для любых видов источников;
  • формируется кадр фиксированной длины, состоящий из информации пользователя сети и заголовка, этот кадр назван в документах ITU-T ячейкой;
  • ячейка имеет малую длину, всего 53 октета;
  • процедуры управления потоками и контроля ошибок перенесены на верхние уровни эталонной модели ВОС. Благодаря этому функции транспортной системы упрощены.

Малая и постоянная длина ячейки, используемая в ATM, позволяет:

  • существенно уменьшить, по сравнению с методом чистой КП, как среднее время задержки ячейки в сети, так и дисперсию задержки, что важно для средств обработки в реальном масштабе времени;
  • уменьшить искажения при потере отдельных ячеек;
  • упростить структуру коммутационного поля станции, т. к. во всех звеньях используется простой коммутационный элемент с двумя входами и двумя выходами;
  • упростить процедуры мультиплексирования благодаря постоянной длине ячейки (нет необходимости вести поиск окна требуемой длины в кадре, как это имеет место в сетях с КП при переменной длине пакетов).

Размер ячейки ATM влияет на такие сетевые параметры, как:

  • задержка пакетизации;
  • задержка буферизации;
  • дисперсия задержки;
  • эффективная скорость передачи;
  • сложность реализации технологии ATM;
  • соотношение между длиной заголовка и информационного поля ячейки.

Чем больше длина сообщения пользователя, тем больше задержка пакетизации, т.к. необходимо формировать большее количество ячеек, чем для коротких сообщений. Наибольшая величина задержки пакетизации в ATM характерна для службы передачи данных (большой объём файлов). Задержка буферизации возникает из-за конкуренции ячеек разных служб, отличающихся по приоритету.

Как уже отмечалось ранее, протокол уровня звена данных в ATM не реализует функции защиты от ошибок для информации пользователя, однако заголовок ячейки, ввиду его исключительной важности для закрепления ячеек за виртуальным соединением, имеет специальную защиту в виде контрольной комбинации. Контрольная комбинация выбрана так, чтобы исправлять одиночные и обнаруживать двойные ошибки, которые могут проявляться как потеря или повторение ячеек. Важным свойством ATM, позволяющим уменьшить задержку, является прозрачная передача информационного поля ячейки через станции и узлы B-ISDN. Обрабатывается только заголовок. Скорость потока ячеек в линии, соединяющей две станции B-ISDN, является постоянной, но скорость в битах, которая требуется для передачи информации от некоторого источника, обеспечивается увеличением количества ячеек, принадлежащих одному виртуальному соединению. Теоретически скорость передачи информации от одного источника может изменяться от нуля до максимальной скорости, обеспечиваемой системой передачи, работающей на межстанционной линии [2, 7, 18, 43]. Метод ATM способен поддерживать практически неограниченное количество служб, обеспечивать высокую пропускную способность сети и стандартизовать доступ к широкополосным службам.

Как известно [43], при КП применяется обслуживание с помощью виртуальных соединений. Перед передачей пакета данных устанавливается логический тракт (виртуальный канал). Виртуальный канал может быть установлен сразу между двумя корреспондирующими объектами до начала передачи информации пользователя (это характерно для способа управления "из конца в конец") или шаг за шагом, последовательно ("от звена к звену"), подключая промежуточные звенья коммутационного поля станции или сети (это характерно для способа поэтапного управления). Управление “из конца в конец” используется в сетях с КП при установлении постоянных виртуальных соединений, управление “от звена к звену” - на станциях и узлах с быстрой коммутацией пакетов (БКП) и в сети сигнализации ОКС № 7.

Как асинхронный метод передачи по линиям - ATM, так и метод высокоскоростной коммутации - БКП - используют упрощенные протоколы и базируются на динамическом распределении связного ресурса (пропускной способности канала). Общей является также маршрутизация, основанная на стратегии виртуального канала. Благодаря использованию упрощенных протоколов и динамического разделения связного ресурса обеспечивается независимость структуры ячейки ATM и системы коммутации станции с БКП от особенностей поддерживаемой службы.

Коммутация на станциях B-ISDN

Важным для понимания способов реализации рассмотренных методов коммутации в B-ISDN является изучение структуры и свойств коммутационных полей станций и узлов БКП. Рассмотрим структуру коммутационных полей для БКП. Коммутационные поля станций B-ISDN имеют модульную структуру. На рис. 6.17 приведена структурная схема станции (узла) БКП. Назначением станции БКП является пересылка (коммутация) ячеек ATM из входящих линий в исходящие. Каждая линия связана со своим портом - входящая с портом вх.Пi и исходящая с портом вых.Пj. За каждым портом закреплена своя база данных (БДП). Общее супервизорное управление коммутацией реализуется с помощью центрального процессора (ЦПР) и центральной базы данных маршрутизации (ЦБД). Коммутационное поле станции является многозвенным со специфической структурой, приспособленной для аппаратного (без использования программ) управления коммутацией. Рассмотрим процессы коммутации, основанные на использовании содержимого поля заголовка ячейки ATM (рис. 6.18, б).


Рисунок 6.17. структурная схема станции (узла) БКП

Процесс управления коммутацией на станции БКП состоит в идентификации ВК во входящей линии по ИВТ, в поиске пути в коммутационном поле к требуемой исходящей линии и в присвоении нового значения ИВТ для передачи по исходящей линии ATM на следующую станцию. Для установления виртуальных соединений необходима сигнальная информация. Она передаётся в одном из виртуальных каналов, функции которого подобны функциям звена сигнализации ОКС № 7, создаваемого для целей сигнализации в N-ISDN. По этому сигнальному ВК передаются данные о каждом виртуальном соединении пользователя: ИВТ, ИВК, этап обслуживания, адрес вызываемого абонента. Эти данные собираются супервизором от всех входных портов и аккумулируются в ЦБД. Массив данных ЦБД разделён на подмассивы, каждый из которых закреплён за своим ВТ. В подмассиве имеется информация: о номере порта, по которому поступил вызов, ИВТ и ИВК, номере этапа обслуживания, адресе вызываемого абонента, номере исходящей линии, регистре свободных ВТ в выходных портах. Если для коммутации ВТ в коммутационном поле станции применяется алгоритм самомаршрутизации, то ЦПР формирует метку маршрутизации (ММ) по номерам входного и выходного портов и координатам найденного пути в коммутационном поле. Формат ММ очень прост: количество битов в ней равно числу звеньев коммутационного поля (по одному биту на каждое звено). Коммутационное поле станции БКП может быть построено с использованием экономичных схем, в которых любой вход может быть соединен с требуемым выходом только по единственному пути. На всех звеньях коммутации используются простейшие коммутационные элементы (КЭ), имеющие два входа и два выхода. Ячейка, снабженная ММ, называется быстрым пакетом.


Рисунок 6.18. Форматы: а) ячейки ATM, б) поля заголовка

Основной функцией заголовка является идентификация ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу в линии ATM. В линии ATM передаются только ячейки активных терминалов пользователей. В одной линии ATM может быть образовано большое количество виртуальных каналов (независимых информационных потоков), определяемое числом битов идентификатора виртуальных каналов (ИВК) в поле заголовка. Количество ВК может быть доведено до 216 = 65536.

Виртуальные каналы объединяются в виртуальные тракты (ВТ). Количество ВТ одной линии ATM может быть доведено до 212 = 4096. Видим, как велико число ВК в одной линии ATM, причём во всех ВК передаётся информация только активных терминалов пользователей (в периоды молчания источника те места, которые бы занимала его информация в цикле ATM, используются для передачи информации других источников). Каждое соединение в B-ISDN однозначно определяется двумя идентификаторами: ИВТ и ИВК. Поэтому функцией станции БКП является преобразование значений идентификаторов входящей линии ATM в идентификаторы исходящей линии.

Понятие виртуальный тракт используют для описания однонаправленной передачи ячеек разных ВК, имеющих общий ИВТ (рисунок 6.19).


Рисунок 6.19. Организация виртуальных трактов в тракте ЦСП

На рис. 6.20 приведена трехзвенная коммутационная схема, в которой быстрый пакет, поступающий на любой вход любого КЭ, передается по маршруту, указанному в ММ. Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ быстрого пакета. В трёхзвенной коммутационной схеме показан маршрут передачи БП от входа с адресом 001 к выходу с адресом 101. Это соединение реализуется в соответствие с ММ = 101.


Рисунок 6.20. Трехзвенная коммутационная схема узла БКП

Маршрутизация ячейки ATM в такой коммутационной схеме выполняется с помощью жесткой логики (без программного управления коммутацией), в отличие от выбора маршрута и управления коммутацией в многозвеньевых коммутационных полях станций и узлов с программным управлением современной сети связи общего пользования (ССОП). Каждый вход КЭ первого звена связан со своим входным буферным накопителем в составе входного порта. Поэтому в КЭ, связанном с двумя такими портами, могут возникать внутренние блокировки, когда быстрый пакет на входе “0” и пакет на входе “1” должны быть переданы на один и тот же выход. В каждом КЭ выполняется самомаршрутизация ячеек для передачи от входа к выходу в зависимости от содержимому соответствующего бита в ММ. Пример самомаршрутизации БП от входа 1 одного из КЭ звена А приведён на рис. 6.21. Значение бита А в ММ однозначно определяет направление БП к выходу 0 {ММ (А)=0} или к выходу 1 {ММ (А)=1}.

Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ (рис. 6.21) коммутируемого быстрого пакета.


Рисунок 6.21. Пример коммутации на станции БКП: а) коммутационный эле-мент б) коммутация при различных значениях бита А в ММ

В процессе обмена адресными (о номере вызываемого абонента) и линейными сигналами с другими станциями сети станция B-ISDN устанавливает виртуальное соединение из конца в конец. С этого момента накопленные в буфере входного порта ячейки данного виртуального канала будут передаваться к найденному супервизором выходному порту в соответствии с подготовленной записью в БДП. Запись имеет такой вид: ИВТf, ИВКh > ММ > ИВТm, ИВКn. Эта запись дублируется во входном порте и используется им для маршрутизации каждой ячейки данного ВК.

Благодаря такой автономии маршрутизации ячеек в установленном виртуальном соединении каждым входным портом супервизор освобождается от рутинных и весьма объёмных по количеству операций функций обработки ячеек для уже установленных виртуальных соединений. Так на станции с БКП реализуется принцип распределённого управления коммутацией. В БДП выходного порта ММ стирается, но сохраняется копия данных БДП входного порта. Это необходимо для предотвращения сбоев маршрутизации в коммутационном поле станции. Если сбои возникают, то информация о них передаётся в супервизор для выполнения необходимых коррекций. В БДП выходных портов имеются регистры свободных и занятых ВК. Данные этих регистров используются при необходимости передачи ячеек по обходному пути в сети, если заняты все ВК в линии прямого направления.

Контрольные вопросы

  1. В чем состоят отличия транспортных систем узкополосной и широкополосной ISDN?
  2. Благодаря чему обеспечивается в B-ISDN уменьшение задержки пакетов, коэффициента ошибок и упрощение протоколов сетевого уровня?
  3. Назовите параметры, которые характеризуют службы электросвязи.
  4. Какая из известных Вам служб электросвязи предъявляет наиболее жесткие требования к допустимой задержке сообщений от абонента до абонента?
  5. Какая из известных Вам служб электросвязи требует наибольшей скорости передачи сообщений по каналам сети?
  6. Каковы основные отличия широкополосной ISDN от узкополосной?
  7. Поясните возможности использования каналов типов Н12 и Н4 для передачи информации в широкополосной ISDN.
  8. Какие задачи необходимо решить для перехода от узкополосной к широкополосной ISDN?
  9. Сформулируйте требования, предъявляемые к коммутационным полям станций и узлов в B-ISDN?

Мультисервисные сети связи


*****

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