Цифровизация и интеллектуализация телефонной связи

Министерство науки  и образования Российской Федерации

 

 

Липецкий Государственный Технический  Университет

 

 

Кафедра АСУ

 

 

 

Реферат по предмету

«Информатика»

 

 

«Цифровизация и интеллектуализация телефонной связи»

 

ВЫПОЛНИЛ:                                                                                  

Студент                                                                                                 Дубинец Е. М.

Группа АС-04-1

ПРОВЕРИЛ:

Доцент кафедры АСУ                                                                  Качановский Ю. П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Липецк, 2004 г.

Аннотация:

С. 21,  Ил. 4, Библиогр.: 9, Прил. 1.

В данном реферате рассмотрены  основные направления развития современной  цифровой  телефонной связи. Разобраны вопросы касающиеся цифровых АТС, ISDN и ADSL сетей, а также цифровых выделенных линий PDH и SDH  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление:

1. Введение

Одним из наиболее мощных факторов прогресса в телекоммуникации является цифровизация информации, средств ее обработки и доставки. Начавшийся в 60е годы переход от аналоговой формы представления информации всех типов к цифровому формату делает более легко реализуемыми процессы обработки, накопления и транспортировки информации.

Традиционно сети проектировались  и строились для определенного  вида трафика. Цифровые же сети могут  рассматриваться как сети общего назначения, обеспечивающие передачу любого типа информации, сто разрушает устойчивые традиции о создании сетей, предназначенных под конкретные нужды (для передачи речи – телефонные сети, трансляция видео - сети ТВ и кабельного телевидения).

Сети связи в настоящее  время и в недалеком будущем  становятся полностью цифровыми и характеризуются широким применением компьютерных средств. Всепроникающий компьютинг означает, что микропроцессоры будут использоваться повсюду, оказывая определяющее влияние на характеристики систем. Сети  начинают использоваться не только для транспортировки информации, но и для управления приложениями. Этот процесс ведет к конвергенции и между электросвязью и другими тесно связанными отраслями работающими с содержанием, такими как издательская деятельность, развлечения, обучение и др.

 

2. Цифровые АТС

1.  Общие сведения

Телефон остался сегодня  основным видом связи, предоставляя услугу передачи речевых сообщений. Телефонная сеть общего пользования (ТФОП) мира насчитывает сегодня свыше 900 млн. телефонов.

Для повышения качества связи, расширения числа услуг связи, автоматизации сети, в развитых странах с 70-х годов аналоговые и коммуникационные станции переводятся на электронные цифровые. Во многих из них цифровизация междугородной связи закончена, на местных сетях цифровые АТС составляют 80%. Идет быстрое внедрение волоконно-оптических линий связи.

Цифровые системы коммутации более эффективны, чем однокоординатные системы пространственного типа. Основные преимущества цифровых АТС: уменьшение габаритных размеров и повышение надежности оборудования за счет использования элементной базы высокого уровня интеграции; повышение качества передачи и коммутации; увеличение числа вспомогательных и дополнительных служб; возможность создания на базе цифровых АТС и цифровых систем коммутации интегральных сетей связи, позволяющих внедрение различных видов и служб электросвязи на единой методологической и технической основе; уменьшение объема работ при монтаже и настройке электронного оборудования в объектах связи; сокращение обслуживающего персонала за счет полной автоматизации контроля функционирования оборудования и создания необслуживаемых станций; значительное уменьшение металлоемкости конструкции станций; сокращение площадей, необходимых для установки цифрового коммутационного оборудования. Недостатки цифровых АТС: высокое энергопотребление из-за непрерывной работы управляющего комплекса и необходимости кондиционирования воздуха.

Особенности цифровых коммутационных устройств с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) сигналов: процессы на входах, выходах и внутри устройств согласованы по частоте и времени (синхронные устройства); цифровые коммутационные устройства являются четырехпроводными в силу особенностей передачи сигналов по цифровым системам.

В цифровой коммутационной системе функцию коммутации осуществляет цифровое коммутационное поле. Управление всеми процессами в системе коммутации осуществляет управляющий комплекс. Цифровые коммутационные поля строятся по звеньевому принципу. Звеном является группа (T-, S- или S/T) ступеней, реализующих одну и ту же функцию преобразования координат цифрового сигнала. В зависимости от количества звеньев различают двух-, трех- и многозвенные цифровые коммутационные поля.

Общие характеристики цифровых АТС разных производителей приведены в таблице 1. (см. приложение 1)

2. Поколения цифровых АТС

 

Развитие телефонной связи нашей страны связано с  созданием коммутационной техники  трех поколений.

К первому поколению  относятся автоматические телефонные станции декадно-шаговой системы (АТС ДШ) в процессе эксплуатации которых выявился ряд серьезных недостатков. К ним относятся:

- низкое качество обслуживания;

- невысокая надежность  коммутационного оборудования;

- ограниченное быстродействие;

- наличие большого  числа обслуживающего персонала;

- малая проводность  линий.

Наличие этих недостатков  явилось серьезным препятствием для значительного увеличения емкости  ГТС и автоматизации телефонной связи.

Ко второму поколению  систем коммутации относятся автоматические телефонные станции координатного типа (АТСК и АТСКУ). Станции этого типа обладают рядом преимуществ по сравнению с АТС ДШ:

- лучшее качество разговорного  тракта;

- уменьшение числа  обслуживающего персонала;

- увеличение использования  линий;

- увеличение проводности и доступности.

Однако, несмотря на эти  улучшения АТСКУ все же имеют  ряд недостатков, присущих АТС ДШ. Это и явилось предпосылкой для  создания третьего поколения телефонных станций.

Третье поколение систем коммутации - квазиэлектронные и цифровые телефонные станции. Квазиэлектронные станции устранили ряд недостатков присущих АТС ДШ и АТС КУ и используются во многих странах мира. Создание же полностью цифровых систем стало возможным лишь после применения в них принципа коммутации информации  в цифровом виде (импульсно-кодовая модуляция). Цель создания нового поколения коммутационной техники на основе цифровых систем передачи (ЦСП) заключается в повышении гибкости и экономичности системы, сокращение затрат и трудоемкости эксплуатации, упрощение и удешевление в производстве, а так же предоставление новых видов услуг абонентам.

3. Цифровые выделенные линии PDH и SONET/SDH

 

Цифровая аппаратура PDH была разработана в конце 60-х  годов компанией AT&T для решения  проблемы связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой. К этому времени аналоговая аппаратура исчерпала свои возможности по пропускной способности, и требовалась либо прокладка новых кабелей большой протяженности, либо изменение принципов работы оборудования.

Внедрение цифровой аппаратуры PDH позволило повысить скорость передачи и снизить уровень помех при передаче голоса.

Существуют два поколения  технологий цифровых первичных сетей:

1) Технология PDH — Plesiochronic Digital Hierarchy, плезиохронная  цифровая иерархия ("плезио"означает "почти").

2) Технология SDH — Synchronous Digital Hierarchy, синхронная цифровая иерархия. В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

1. Технология PDH

 

Первым уровнем скоростей  технологии является аппаратура T1, которая  позволяет передавать голос и данные со скоростью 1,544 Мбит/с. Первоначально, аппаратура T1 разрабатывалась для передачи по одному каналу голоса 24 абонентов в цифровой форме. Так как абоненты по-прежнему пользуются обычными аналоговыми телефонными аппаратами, то мультиплексор Т1 на телефонной станции сам осуществляет оцифровывание голоса. В результате каждый абонентский канал образовывает цифровой поток данных 64 Кбит/с. Данные 24-х абонентов собираются в кадр достаточно простого формата: в каждом кадре последовательно передается по одному байту каждого абонента, а после 24-х байт вставляется один бит синхронизации. Таким образом, мультиплексор Т1 обеспечивает передачу голосовых данных со скоростью 1,544 Мбит/с (24 абонента * 64 Кбит/с + биты синхронизации).

 Однако при помощи  оборудования T1 можно передавать не только голос, но и данные. Для этого компьютер или маршрутизатор должны быть подключены к цифровой выделенной линии при помощи специального устройства DSU/CSU, которое может быть выполнено в отдельном корпусе, или встроено в маршрутизатор. Устройство формирует кадры канала Т1, усиливает сигнал и осуществляет выравнивание загрузки канала.

 

Рис. 1. Использование DSU/CSU для подключения к цифровой выделенной линии

 

Пользователь  может арендовать не весь канал T1 (1,544 Мбит/с), а только его часть - несколько каналов 64 Кбит/с. Такой канал называется "дробным" (fractional) каналом Т1. Так, например, если пользователь арендовал 3 канала 64 Кбит/с (т.е. канал 192 Кбит/с), то в каждом кадре T1 пользователю будет отведено только 3 байта. Если пользователю необходимо получить скорость выше 1,544 Мбит/с, то для этого необходимо арендовать канал T2 или T3. Четыре канала типа Т1 объединяются в канал Т2, а семь каналов Т2 объединяются в канал ТЗ. Такая иерархия скоростей применяется в США. В Европе используются международные стандарты иерархии скоростей, отличающиеся от стандартов США, и соответствующая аппаратура называется E1, E2, E3. Ниже приведена таблица, иллюстрирующая различия американского и европейского вариантов.

 

Рис. 2. Иерархия скоростей PDH

* Скорости, соответствующие  оборудованию T4 / E4, определены в  стандартах, но на практике не используются.

Физический  уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Основным вариантом абонентского доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из двух витых пар с разъемами RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного режима передачи данных. Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов ТЗ/ЕЗ обычно используется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ. Цифровое абонентское окончание технологии PDH, получило название HDSL (High speed DSL).

Как американский, так и международный варианты технологии PDH обладают несколькими недостатками. Чересчур простой формат кадра PDH, где положение данных канала жестко фиксировано (первый байт – первый канал, второй байт – второй канал и т.д.) приводит к нерациональному использованию кадра. Так если из 24 каналов данные передаются только по одному каналу, то мултиплексор T1 все равно не может передать больше, чем 1 байт данных канала в каждом кадре. Остальные 23 байта кадра просто заполняются нулями. Более того, для того, чтобы выделить из кадра данные только одного канала, придется полностью "разобрать" (демультиплексировать) весь кадр.

Другим существенным недостатком технологии PDH является отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью. Третий недостаток состоит в слишком низких, по современным понятиям, скоростях иерархии PDH. Волоконно-оптические кабели позволяют передавать данные со скоростями в несколько гигабит в секунду по одному волокну, но это свойство технология PDH не реализует — ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с.

Все эти недостатки устранены  в новой технологии первичных  цифровых сетей, получившей название синхронной цифровой иерархии — Synchronous Distal Hierarchy, SDH.

2. Технология SONET/SDH

 

Технология SONET/SDH продолжает иерархию скоростей технологии PDH и позволяет организовать передачу данных со скоростями от 155,520 Мбит/с до 2,488 Гбит/с по оптоволоконному кабелю. Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана компанией Bellcore под названием "Синхронные оптические сети" — Synchronous Optical NETs, SONET в 1984 году. Затем эта технология была стандартизована комитетом T1 ANSI и получила название Synchronous Digital Hierarchy, SDH. В терминологии и начальной скорости технологии SDH и SONET остались расхождения, но это не мешает совместимости аппаратуре разных производителей, а технология SONET/ SDH фактически стала считаться единой технологией.

В стандарте SDH все уровни скоростей имеют общее  название: STM-n — Synchronous TransportModule level n. В  технологии SONET существуют два обозначения для уровней скоростей: STS-n — Synchronous Transport Signal level n, употребляемое при передаче данных электрическим сигналом, и ОС-n — Optical Carrier level n, употребляемое при передаче данных световым лучом по волоконно-оптическому кабелю. Иерархия скоростей SONET/SDH, представлена ниже.

 

Рис. 3. Иерархия скоростей SONET/SDH

Как видно из таблицы, уровень STM-1 технологии SDH (155,520 Мбит/с) может переносить кадры уровня E4 технологии PDH (139,264 Мбит/с). Таким образом достигается преемственность технологий PDH и SDH.

Помимо более  высокой скорости передачи данных, технология SDH имеет и другие преимущества. Кадр SDH имеет заголовок достаточно сложного формата, благодаря которому данные каждого канала пользователя жестко не привязаны к своему положению в кадре. Данные канала пользователя укладываются в так называемый "виртуальный контейнер" – своего рода подкадр, изолирующий данные одного канала пользователя от другого. Виртуальный контейнер может быть смещен относительно начала поля данных кадра SDH на произвольную величину или даже находится в различных смежных кадрах SDH. Технология SDH сама подбирает виртуальные контейнеры подходящего формата для различных каналов пользователя, следит за тем, чтобы наиболее рационально уложить в кадр "мозаику" из виртуальных контейнеров, а также