Системы коммутации
Основными задачами, решаемыми системами коммутации является:
распределение информации;
предоставление абонентам различного типа услуг связи
объединение элементов сети связи в единую организационно-техническую систему.
Оборудование систем коммутации, вместе с другим функционально связанном с них оборудованием (вводно-соединительным, электропитающим, измерительным, жизнеобеспечивающим и т. п.), образуют коммутационный центр (КЦ) сети связи.
Распределение информации может осуществляться либо способом распределения каналов, либо распределением информационных потоков по направлениям связи. Реализуется распределение информации на сетях связи в процессе коммутации. Если на вход элемента сети связи, называемый системой коммутации, поступает информационный сигнал, характеризующийся определенной координатой – номером входа, и в результате определенных операций в этой системе он появляется на ее выходе, также характеризующимся координатой – номером выхода, то совокупность операций, в результате которых сигнал изменил координату, называется коммутацией. Иначе под коммутацией в какой-либо системе понимается изменение координаты информационного сигнала на выходе этой системы по отношению к его координате на ее входе. Координаты могут быть пространственные, временные, спектральные, фазовые и т. п. В настоящее время распространение нашли пространственная и временная коммутация.
14 Перечислите виды коммутации и дайте определение каждого вида
ДОЛГОВРЕМЕННАЯ –ПОНИМАЕТСЯ КОММУТАЦИЯ НА ВРЕМЯ большей чем передача сообщения долговременная коммутация осуществляется по плану связи или по команде с пункта управления
ОПЕРАТИВНАЯ – называется коммутация осуществляемая на время передачи сообщения
Методы коммутации в сетях связи
Рассмотрим эти методы коммутации.
Коммутация каналов. В сети связи между двумя коммутационными центрами (КЦ) могут использоваться простые либо составные каналы связи (каналы передачи). Простой канал связи (передачи) образуется на базе одной системы передачи – СП и состоит из двух комплектов каналообразующей аппаратуры – КОА, соединенных направляющей системой – НС (средой распространения сигналов электросвязи)[1]. Составной канал связи представляет собой два и более последовательно соединенных простых каналов (рис. 9.3.).
Коммутацией каналов называется совокупность операций, обеспечивающих последовательное соединение простых каналов для создания единого сквозного (составного) канала(рис. 9.4.).Коммутация каналов может осуществляться по заявке абонента (источника информации) на время передачи одного сообщения (оперативная коммутация каналов) либо оператором связи по плану или по запросу другого оператора вне зависимости от конкретной заявки на передачу сообщений (долговременная или кроссовая коммутация каналов).
Коммутация сообщений. Коммутация сообщений представляет собой способ распределения информации, при котором, процесс коммутации на каждом КЦ разбивается на два этапа. На первом обеспечивается соединение вызывающего канала (линии) с некоторым запоминающим устройством (ЗУ) на время передачи сообщения в это ЗУ, на втором – соединение ЗУ с требуемым каналом (линией) на время передачи из ЗУ хранящегося в нем сообщения. Продолжительность хранения сообщения в ЗУ зависит от времени ожидания предоставления канала в требуемом направлении связи. Это время определяется количеством заявок, ожидающих передачи в данном направлении связи (длиной очереди), числом каналов в этом направлении связи, объемом передаваемых сообщений, скоростью передачи и рядом других факторов.
Из изложенного видно, что характерным для коммутации сообщений является «эстафетная» передача сообщения от терминала связи источника информации к КЦ 1, далее от КЦ1 к КЦ2, от КЦ2 к КЦ3 и т.д. к терминалу связи потребителя информации.
Коммутация пакетов. Способ распределения информации, получивший название коммутации пакетов, в некотором смысле сочетает в себе свойства как коммутации каналов, так и коммутации сообщений. Также как и при коммутации каналов он позволяет абонентам обмениваться информацией практически в реальном масштабе времени, и как при коммутации сообщений сообщение от источника к потребителю передается как «эстафета», однако, по частям. Сущность этого типа коммутации заключается в следующем.
Поступающее для передачи сообщение разбивается на части равной длины, называемые пакетами. Каждому пакету присваивается адрес получателя информации и признак принадлежности пакета к данному сообщению. В ряде случаев пакету присваивается его порядковый номер в данном сообщении. Формат пакета включает две части: служебную и информационную (рис. 9.5).
По внешнему виду пакет формально представляет собой независимое сообщение. Прохождение его по сети связи аналогично рассмотренному для коммутации сообщений. В зависимости от принятых на сети связи алгоритмов передачи и коммутации пакетов различают виртуальные либо датаграммные соединения.
17 Виртуальный метод
Этот метод предполагает предварительное установление маршрута передачи всего сообщения от отправителя до получателя с помощью специального служебного пакета - запроса вызова.
Для этого пакета выбирается маршрут, который в случае согласия получателя этого пакета на соединение закрепляется для прохождения по нему всего трафика. Пакет запроса на соединение как бы прокладывает через сеть путь, по которому пойдут все пакеты, относящиеся к этому вызову.
Метод называется виртуальным потому, что здесь не коммутируется реальный физический тракт (как, например, в телефонной сети), а устанавливается логическая связка между отправителем и получателем, - т.е. коммутируется виртуальный (воображаемый) тракт.В виртуальной сети абоненту-получателю направляется служебный пакет, прокладывающий виртуальное соединение. В каждом узле этот пакет оставляет распоряжение вида: пакеты k -го виртуального соединения, пришедшие из i -го канала, следует направлять в j -й канал. Тем самым виртуальное соединение существует только в памяти управляющего компьютера. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобится для приема. Если его компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие абоненту-отправителю на передачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами.
Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению и в том же порядке попадают абоненту-получателю, где, освободившись от заголовков и концевиков, образуют передаваемое сообщение.
Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока отправленный одним из абонентов специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах. Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации. Преимущества режима виртуальных соединений перед дейтаграммным заключается в обеспечении упорядоченности пакетов, поступающих в адрес получателя, и сравнительной простоте управления потоком данных вдоль маршрута в целях ограничения нагрузки в сети, в возможности предварительного резервирования ресурсов памяти на узлах коммутации. К недостаткам следует отнести отсутствие воздействия изменившейся ситуации в сети на маршрут, который не корректируется до конца связи. Виртуальная сеть в значительно меньшей степени подвержена перегрузкам и зацикливанию пакетов, за что приходится платить худшим использованием каналов и большей чувствительностью к изменению топологии сети. Дейтаграммный метод Этот метод эффективен для передачи коротких сообщений. Он не требует громоздкой процедуры установления соединения между абонентами. Термин "дейтаграмма" (датаграмма, datagram) применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов. Пакеты доставляются получателю различными маршрутами. Эти маршруты определяются сложившейся динамической ситуаций на сети. Каждый пакет снабжается необходимым служебным маршрутным признаком, куда входит и адрес получателя.
Пакеты поступают на прием не в той последовательности, в которой они были переданы, поэтому приходится выполнять функции, связанные со сборкой пакетов. Получив дейтаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел, и так до тех пор, пока пакет не будет отправлен.
Все узлы, окружающие данный узел коммутации, ранжируются по степени близости к адресату, и каждому присваивается 1, 2 и т.д. ранг. Пакет сначала посылается в узел первого ранга, при неудаче - в узел второго ранга и т.д. Эта процедура называется алгоритмом маршрутизации. Существуют алгоритмы, когда узел передачи выбирается случайно, и тогда каждая дейтаграмма будет идти по случайной траектории.
Первичная сеть — это совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят линии и каналообразующая аппаратура. Первичная сеть является единой для всех потребителей каналов и представляет собой базу для вторичных.
Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения (телефонных, телеграфных, передачи газет, вещания, видеотелефонных, передачи данных, телевидения и др.), образуемых па базе первичной сети. Вторичная сеть включает коммутационные узлы, оконечные пункты и каналы, выделенные на первичной сети. Вторичные междугородные сети подключаются к первичной сети с помощью соединительных линий между оконечными станциями первичной и вторичных сетей. В общем случае линейные сооружения городской телефонной сети состоят из абонентских и соединительных линий. Для сокращения расходов па строительство линейных сооружений и повышения эффективности их использования в крупных городах (обычно при емкости сети свыше 10 тыс. номеров) строят несколько районных автоматических телефонных станций. Такая сеть называется районированной. При этом линии, соединяющие телефонные аппараты с районной телефонной станцией, называются абонентскими, а линии, соединяющие районные станции между собой, — соединительными. Связь между районными станциями осуществляется одним из следующих способов: по принципу «каждая с каждой»; радиальному; с УВС — узлами входящего сообщения; с УИС — узлами исходящего и входящего сообщений. Первый способ обычно применяется па районированных сетях общей емкостью до 80 000 номеров.
19
Характеристики функционирования сети связи в первую очередь рассматривают процессы, протекающие в сети связи и ее элементах: поступление и обслуживание заявок на установление соединений, занятие каналов и обслуживающих приборов для передачи сообщений, их освобождение, возникновение и устранение технических отказов, поражение и восстановление элементов сети и т.п. В свою очередь характеристики этой группы: образуют две большие подгуппы: характеристики целевого предназначения сети связи, на сетях военной связи называемые оперативно-техническими, и технико-эксплуатационные характеристики
Оперативно-технические характеристики сетей военной связи.
В группу оперативно-технических характеристик сетей военной связи входят:
- пропускная способность;
- живучесть;
- мобильность;
- быстродействие.
Технико-эксплуатационные характеристики сетей военной связи
Технико-эксплуатационные характеристики описывают сеть связи с точки зрения оценки ее параметров и возможностей обслуживающим эту сеть персоналом, а также обеспечения вероятностно-временных показатялей ее функционирования. В эту группу входит наибольшее число характеристик различного типа сетей связи. Наиболее часто обращаются к таким характеристикам как функционирующая в сети связи нагрузка, надежность функционирования сети связи и ее элементов, степень использования различного типа оборудования и, в первую очередь, каналов и трактов.
20. Закрытой называется такая система нумерации при которой абонентский номер не зависит от вида устанавливаемого соединения: местного, внутризонового или междугородного. При такой системе нумерации каждая станция имеет свой код, не повторяющийся в сети, что в совокупности с автоматическим поиском обходных путей при установлении соединений нa коммутируемых сетях приводит к увеличению записанной информации в управляющих устройствах.
Открытой называется такая система нумерации, при которой значность номера зависит от вида устанавливаемого соединения. В ней при местных соединениях используется одно число знаков номера, при внутризоновых - другое, большее число, а при междугородных - еще большее, набирается, как говорят, "полный номер". Открытая система нумерации, в свою очередь, может быть двух видов – с постоянными или переменными кодами коммутационных центров.
21. • абонентская - на участке между абонентским терминалом и коммутационной станцией;
• внутристанционная - между различными функциональными узлами и блоками внутри коммутационной станции;
• межстанционная - между различными коммутационными станциями в сети.
В качестве примера на рис. 5.2 показаны основные сигналы абонентской сигнализации, передаваемые в процессе нормального установления/разъединения соединения между двумя абонентами, подключенными к одной телефонной станции.
Внутристанционная сигнализация зависит от архитектуры и принципов построения системы коммутации, используемой элементной базы и является специфической для каждого типа системы.
Межстанционная сигнальная информация может передаваться различными способами, которые можно разделить на три основных класса.
![]() ![]() |
27 Важнейшими элементами ССПС стандарта GSM являются регистры ОР, ВР, РИ и центр аутентификации ЦА, в которых в рассредоточенном виде содержится фактически вся база данных системы. Регистр постоянно приписанных абонентов ОР представляет собой важнейшую базу данных, с помощью которой можно проследить пути перемещения подвижного абонента для посылки ему вызова. Этот регистр содержит информацию о предоставляемых каждому абоненту сети стандарта GSM дополнительных услугах, на которые он подписался, и параметры аутентификации
Визитный регистр представляет собой базу данных, являющуюся неотъемлемой частью каждого ЦКПС. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой ОР. Когда в процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовой станции КБС, объединяющего группу базовых станций, в зону действия другого, она регистрируется новым контроллером, и в ВР заносится информация о номере зоны местонахождения, которая обеспечит маршрутизацию вызовов к подвижной станции. Визитный регистр содержит такие же данные, что и ОР, однако эти данные содержатся в нем только до тех пор, пока абонент находится в зоне, контролируемой ВР.
Регистр идентификации оборудования РИ является необязательной частью сети стандарта GSM, обеспечивая повышенный уровень ее безопасности. Его основные функции состоят в следующем:
хранение базы данных для подтверждения подлинности международного идентификационного номера оборудования подвижной станции (IMEI);
фиксирование ПС в трех списках: "белом" (содержит список всего оборудования, допущенного для работы в данной сети), "черном" (содержит список оборудования, не допущенного по тем или иным причинам для работы в данной сети) и "сером" (содержит список неисправного оборудования).
Центр аутентификации через центр коммутации передает случайное число RAND на подвижную станцию. Подвижная станция определяет значение отклика SRES, используя полученное число, индивидуальный ключ аутентификации Ki и индивидуальный алгоритм аутентификации А 3. Вычисленное значение отклика SRES подвижная станция посылает в ЦКПС, который сверяет значение принятого SRES со значением SRES, вычисленным центром аутентификации. Если оба значения совпадают, подвижная станция может осуществлять передачу сообщений. В противном случае связь прерывается, и индикатор подвижной станции показывает, что опознавание не состоялось
28 Для обеспечения секретности передаваемой по радиоканалу информации вводится механизм ее защиты, обеспечиваемый шифрованием.
Данная процедура реализуется в кодере канала. Алгоритм формирования ключей шифрования (А 8) хранится в SIM -карте. После приема случайного числа RAND подвижная станция вычисляет, кроме SRES, также и ключ шифрования KС, используя RAND, Ki и алгоритм А 8 (эта процедура также иллюстрируется рис. 2.7).
Ключ шифрования KС по радиоканалу не передается, обновляется при каждом новом сеансе связи, как подвижная станция, так и сеть вычисляют его одновременно и самостоятельно.
Кроме случайного числа RAND центр аутентификации посылает подвижной станции порядковый номер ключа шифрования CKSN. Это число связано с действительным значением KC и позволяет избежать формирования неправильного ключа.
Собственно шифрование заключается в поразрядном сложении по модулю 2 информационной битовой последовательности и специальной псевдослучайной битовой последовательности S.
Последовательности S 1 и S 2 (для каналов БС-ПС и ПС-БС соответственно) генерируются алгоритмом А 5 в функции номера кадра эфирного интерфейса и ключа шифрования KС (рис. 3). Для установки режима шифрования ЦКПС передает подвижной станции команду СМС
29 Сеть ISDN обеспечивает интегрированное обслуживание, то есть позволяет передавать голос, данные и даже видео по одной сети. Таким образом, вместо трех различных систем - телефонной сети, выделенных линий для передачи данных и промышленного телевидения - достаточно одной!
Современные ISDN телефоны обеспечивают безупречную голосовую связь (Вы можете услышать даже дыхание своего собеседника!), обладают развитым набором сервисных функций.
Кроме того, существует много различного ISDN оборудования, например, видеотелефоны позволяют организовывать видеоконференции, а ISDN карты – доступ к сети Интернет со скоростью до 128 Кбит/с.
Большим преимуществом технологии ISDN является то, что она позволяет иметь, как минимум, два телефонных номера на одной телефонной линии.
Оконечные устройства могут быть либо однотипными, например, несколько телефонных аппаратов, либо представлять собой комбинацию разнотипных устройств, например устройств передачи речи и текста.
Терминалы ТЕ 1 полностью совместимы со стандартами ISDN (цифровые телефонные аппараты, персональные компьютеры, терминалы данных) и подключаются к оборудованию сети через четырехпроводный интерфейс в точке S (интерфейс "пользователь-сеть"). В этой точке методом временного разделения организованы три канала 2 В + D, где В -каналы имеют пропускную способность 64 кбит/с, а D -канал - 16 кбит/с. Этот интерфейс называется базовым (BRI - basic rate interface).
В точке S возможна также организация абонентского окончания с первичной скоростью цифрового потока – так называемый интерфейс первичного доступа PRI 30 В + D, где В -каналы имеют пропускную способность 64 кбит/с, а D -канал - также 64 кбит/с. Скорость передачи в точке S при первичном доступе составляет 2.048 Мбит/с Канал D во всех случаях используется для абонентской сигнализации между пользователем и сетью ISDN, а также для предоставления услуг коммутации пакетов. Каналы В обеспечивают доступ как к услугам коммутации каналов, так и к услугам коммутации пакетов.
Терминалы ТЕ 2 (персональные компьютеры, аппаратура передачи данных с интерфейсами RS. 232, V. 35 или X. 21) несовместимы с ISDN и подключаются к сети через терминальный адаптер TA (интерфейс в точке R). ТА преобразует сигналы других стандартов (к примеру, X. 21 - передача данных с коммутацией каналов или X. 25 - передача данных с коммутацией пакетов) в стандарт ISDN.
30. Рассмотрим три наиболее часто используемых сценария работы IP -телефонии:
компьютер-компьютер;
компьютер-телефон и наоборот;
телефон – телефон.