Появление систем передачи в качестве самостоятельного элемента сети электросвязи относится к 1870 году, когда в коммерческую эксплуатацию была введена аппаратура для обмена телеграфными сообщениями, которая имела в своем составе электромеханические регенераторы. Интересным фактом может считаться то обстоятельство, что упомянутая аппаратура была разработана как ЦСП с временным разделением каналов.

Электромеханические принципы регенерации не могли быть использованы в телефонии. По этой причине дальность телефонной связи была ограничена несколькими сотнями километров. Развитие электронной промышленности привело в 1915 году к возможности создания аналоговых систем передачи (АСП). Появление систем передачи обеспечило техническую возможность междугородной и международной телефонной связи.

С точки зрения рассматриваемых в монографии аспектов создания местных сетей электросвязи весьма существенными моментами использования систем передачи могут считаться:

- уменьшение стоимости оборудования, реализующего функции по переносу информации между коммутационными станциями (узлами) вторичных сетей;

- поддержку показателей качества передачи информации в соответствии с заданными нормами;

- возможность предоставления услуг электросвязи, требующих достаточно широкой полосы пропускания канала.

Новые разработки в области систем передачи в сочетании с заметным прогрессом в электронной промышленности обеспечили существенное снижение стоимости переноса информации и создали хорошую базу для реализации услуг электросвязи, требующих широкой полосы пропускания сигнала. Эти две тенденции можно проиллюстрировать рисунком 2.1, который заимствован из [1].

Подробный анализ эволюции АСП и ЦСП содержится в ряде монографий, например, в [2, 3 и 4]. Цель данного раздела заключается, преимущественно, в анализе сетевых аспектов этих процессов. Эти аспекты, в свою очередь, тесно связаны со стоимостными показателями отдельных элементов сети электросвязи.

Использование таких показателей, установленных через Госкомцен бывшего СССР, было бы явным абсурдом по той причине, что они никогда не отражали истинных затрат на создание соответствующих аппаратно-программных средств всех элементов сети. Современные цены можно рассматривать как численные значения, Характеризующие в данное время переходный процесс от показателей, установленных через Госкомцен, к величинам, отражающим реальные спрос на рынке электросвязи.

Наиболее вероятным исходом такого переходного процесса будет ситуация, когда соотношения (но не обязательно абсолютные величины) между стоимостями отдельных элементов национальной сети электросвязи будут, практически, такими же как аналогичные пропорции в сетях связи развитых стран. Численный анализ этих соотношений целесообразно отложить до третьей главы, но для дальнейшего изложения нам будет полезен рисунок 2.2 [5], характеризующий область эффективного использования физических цепей, и каналов, образованных АСП и ЦСП соответственно.

Один из самых существенных выводов, который можно сделать из этого рисунка, заключается в том, что к указанной области эффективного применения ЦСП (L1 – L2) принадлежит большинство линий передачи ГПС [6] и СПС [7]. Более того, приведенные на рисунке 2.2 зависимости были получены как результаты исследований, проведенные более десяти лет назад. Успехи в области освоения цифровой техники промышленностью привели за последующее десятилетие к заметному снижению стоимости ЦСП. По этой причине границы эффективного применения ЦСП – по сравнению с приведенными на рисунке 2.2 – расширились в обе стороны. Это дает нам все основания рассматривать далее процессы эволюции систем передачи на ГПС и СПС только с точки зрения использования современных ЦСП.

Из всех направлений эволюции ЦСП, будут, как и прежде, анализироваться только те, которые влияют на системно-сетевые принципы построения модернизации местных первичных сетей. Такие важные проблемы модернизации ЦСП как повышение надежности оборудования, совершенствование системы их технического Обслуживания и т.п. выходят за рамки данной работы; информация по соответствующим вопросам может быть найдена, например, в уже упомянутых монографиях [2, 3 и 4].

В контексте рассматриваемых далее вопросов можно выделить три основных направления эволюции ЦСП:

- создание и использование т.н. плезиохронных [8] ЦСП большой пропускной способности;

- разработка нового поколения ЦСП, известного по англоязычному названию Synchronous Digital Hierarchy (SDH) – синхронная цифровая иерархия (СЦИ);

- применение на первичных сетях оборудования полупостоянной коммутации – цифровых кроссовых узлов (ЦКУ), именуемых в зарубежной технической литературе термином Digital Cross Connect [9], для сокращения которого используется, обычно, одна из трех следующих аббревиатур: DXC, DSC и DCC.

Иерархия плезиохронных ЦСП, специфицированная в рекомендациях МСЭ серии G.700 [10], содержит, в свою очередь, несколько стандартов, отличающихся номиналами скоростей переноса потока битов. Далее будет рассматриваться только т.н. Европейская иерархия, которая принята для ВСС России. Скорость передачи первичной ЦСП составляет 2,048 Мбит/с, что позволяет организовать 32 основных цифровых канала (ОЦК) с пропускной способностью 64 кбит/с каждый. Два ОЦК, имеющие номера "0" и "16", обычно используются для организации достаточно сложного процесса передачи цифрового потока [1] и обмена сигнальной информацией между коммутационными станциями. Для вторичной сети первичная ЦСП может, таким образом, предоставить тридцать каналов. Для преобразования речевых сигналов в цифровой поток используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ); поэтому первичная ЦСП получила в отечественной технической литературе название ИКМ-30.

Каждая следующая ЦСП в плезиохронных системах образуется за счет мультиплексирования четырех цифровых потоков, поступающих с выхода ЦСП нижнего уровня иерархии. Для формирования цифрового потока во вторичной, третичной и всех других ЦСП используется соответствующая процедура мультиплексирования [9]. При реализации любой из специфицированных МСЭ процедур мультиплексирования скорость передачи цифрового потока увеличивается несколько более чем в четыре раза, что объясняется необходимостью передачи дополнительных битов. Структура плезихронной иерархии ЦСП показана на рисунке 2.3.

Стоимость любой ЦСП – как, впрочем, и АСП – примерно пропорциональная квадратному корню из числа образуемых ей каналов [11]. Это соотношение стимулирует внедрение ЦСП высоких уровней иерархии. Но для существующих структур ГПС и, особенно, СПС средняя емкость линий передачи не позволяет эффективно использовать ЦСП высоких порядков. Рациональные решения по применению ЦСП большой пропускной способности может быть найдено при переходе к новым структурам местных первичных сетей. Более подробно этот вопрос рассматривается ниже – при описании принципов использования ЦКУ и в разделе 2.4, который содержит анализ новых концепций построения местных первичных сетей.

Итак, первый вывод, вытекающий из основных направлений эволюции систем передачи, заключается в целесообразности использования многоканальных ЦСП.

Следующий этап развития ЦСП связан с внедрением систем СЦИ [12]. Выбор такого направления дальнейшей эволюции ЦСП изложен в ряде зарубежных и отечественных работ [13, 14, 15, 16, 17]. С точки зрения системно-сетевых аспектов применения СЦИ целесообразно выделить две следующие ее особенности. Во-первых, скорость передачи потока битов в ЦСП каждого следующего уровня равна (в отличие от плезиохронных систем) учетверенной скорости передачи ЦСП предшествующего уровня. Структура цикла в СЦИ предусматривает формирование нескольких типов заголовков, выполняющих весьма важные функции. Одной из самых полезных – с точки зрения построения первичной сети – функций заголовков может считаться возможность однозначного определения (в общем цифровом потоке) места расположения каждого ОЦК. Это, в свою очередь, позволяет организовать доступ к отдельно взятому ОЦК без последовательного преобразования – как это делается в ЦСП плезиохронной иерархии – цифрового потока в последовательно соединенных мультиплексорах как показано на рисунке 2.3.

Во-вторых, минимальная пропускная способность ЦСП первого уровня определена МККТТ [12] как 155,520 Мбит/с. Эта скорость соответствует модулю STM1; МККТТ специфицировал также модули STM4 и STM16 с пропускной способностью 622,080 Мбит/с и 2488,320 Мбит/с соответственно. Модуль STM1 позволяет разместить 1920 ОЦК, что соответствует пропускной способности плезиохронной ЦСП типа ИКМ-1920. При одинаковой полезной пропускной способности ЦСП плезиохронной иерархии используют скорость передачи 140 Мбит/с, а синхронной – 155,520 Мбит/с.

Итак, второй вывод, вытекающий из основных направлений эволюции систем передачи, повторяет первый о целесообразности использования многоканальных ЦСП и дополняет его тем, что по мере внедрения СЦИ появляется возможность экономичного выделения цифровых трактов и отдельных ОЦК из общего потока битов.

Использование ЦКУ при построении первичной сети может рассматриваться как одно из самых существенных явлений на современном этапе эволюции электросвязи. Вице-Президент компании Southwestern Bell по планированию и разработкам Джим Карпентер так охарактеризовал роль ЦКУ в перспективных системах связи [18]: "Сети сейчас переживают революцию. И ключевой элемент этой эволюции – ЦКУ".

Применение ЦКУ на первичных сетях обусловлено несколькими причинами, из которых можно выделить три наиболее существенных:

- необходимость введения кроссовых соединений для мультиплексирования и демультиплексирования цифровых трактов, созданных ЦСП большой пропускной способности;

- возможность экономичной реализации функций сопряжения между плезиохронными ЦСП и СЦИ;

- целесообразность введения функций управления первичной сетью, основанных на функциональных возможностях ЦКУ.

Кроссовые соединения цифровых трактов позволяют реализовывать достаточно широкий ряд структур вторичных сетей. Эта функциональная возможность (подробнее данное утверждение обосновывается в пятой главе) позволяет реально воплотить принцип создания единой первичной сети для всех вторичных сетей электросвязи.

Разрабатываемые и выпускаемые серийно ЦКУ рассчитаны, обычно, на значительную емкость первичной сети [19, 20, 21]. В этом случае оборудование сопряжения между плезиохронными и синхронными ЦСП имплантируется в ЦКУ, что снижает затраты на реализацию данной функции первичной сети.

Пучок СЛ, образованный посредством ЦСП, имеет, как правило, некоторую избыточность. Это явление обусловлено тем, что рассчитываемая проектировщиком первичной сети емкость пучка СЛ лежит в интервалах между численными значениями канальной емкости ЦСП: 30, 60, 90 и т.д. Допустим, что по результатам расчета емкость пучка СЛ равна 78 каналов; в этом случае проектировщик планирует установку трех систем типа ИКМ-30, т.е. 12 каналов образуют упомянутый резерв. На мощных пучках СЛ – при использовании, например, аппаратуры типа ИКМ-1920 – резервная канальная емкость может составлять несколько первичных и, даже, вторичных ЦСП. Этот резерв может использоваться для увеличения числа цифровых каналов и трактов или их замены при различных авариях и перегрузках. Соответствующие процедуры управления первичной сетью отличаются простотой реализации и эффективностью практического применения [22, 23].

Третий вывод, относящийся к эволюции систем передачи, заключается во введении нового элемента – ЦКУ, использование которого позволяет реально воплотить принцип создания единой первичной сети, эффективно обеспечить согласование плезиохронных и синхронных ЦСП и ввести достаточно простые процедуры управления на первичных сетях.