Московский Государственный Университет Связи и Информатики

Лекции ОПТСиС

"Основы построения телекоммуникационных сетей и систем"

1

О Г Л А В Л Е Н И Е

темы

Название темы стр.

Содержание 2 - 3

1 Связь – общие положения 4 - 5 - Цели и задачи МинкомсвязиРФ 5 - 6

-Лицензирование 7 - 9

-Сертификация 10 - 14

-Система и план нумерации в сетях электросвязи 15 - 19

-Функциональная схема зоновой и внутризоновой связи 20

-Общий итог по системе и плану нумерации 21

2 Связь – определение. Виды документальной связи 22 - 27 3 Взаимоувязанная сеть связи РФ (ВСС РФ)

-Структура 28

-Архитектура 29

-Функциональная схема 30

-Иерархия ВСС РФ 31

4 Взаимодействие открытых систем (ВОС) -Первичные и вторичные сети электросвязи 32

-Эталонная модель ВОС (ЭМ ВОС) 33 - 35

5 Управление телекоммуникационными сетями РВ 36 -Функциональная схема сети управления сетью (TMN) 37

6 Службы и услуги электросвязи 38 7 Перспективы развития услуг электросвязи 39 8 Сигналы электросвязи и их спектры 40 - 43 9 Телекоммуникационные сети

-Административно-территориальное деление 44 - 45

-Принципы построения: конфигурации и топологии 46 - 50

-Требования к телекоммуникационным сетям 51

-Функциональная схема телекоммуникационной сети (общий вид) 52

10 Аналоговые телефонные сети -Иерархия 53

-Характеристики, функции 54 - 55

-Системы коммутации, нормы на затухание полезных сигналов 56 - 64

-Абонентский доступ 65 - 66

-Группообразование в аналоговых системах электросвязи 67 - 69

-Амплитудная модуляция 70 - 72

-Частотная модуляция, как частный случай угловой модуляции 73 - 75

2

-Импульсная модуляция 76 - 77

-Демодуляция сигнала 77

-Способы многоканальной передачи 78 - 79

11 Цифровые телекоммуникационные сети -Приемущества и недостатки 80 - 81

-Цифровые сигналы 82 - 84

-Системы коммутации (коммутация каналов, сообщений, пакетов) 85 - 87

-Основные методы маршрутизации пакетов 88 - 90

-Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ)

91 - 92

-Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) 93 - 98

-Цифровые многоканальные системы передачи 99 -103

-Синхронизация (тактовая, цикловая), цикл передачи в системе ИКМ 104-111

-Регенерация цифровых сигналов 112-116

-Общеканальная система сигнализации (ОКС) 117-119

12 Плезиохронная цифровая иерархия (PDH), или системы ИКМ 120-12313 Синхронные цифровые иерархии (SONET,SDH) 124-13314 Методы асинхронной передачи (МАП, или ATM) 134-14015 Цифровые сети с интеграцией обслуживания (ЦСИО, или ISDN) 141-14816 Интеллектуальные сети связи (ИСС, или IN) 149-15817 Локальные компьютерные сети (LAN) 159-17218 Интернет, IP-сети 173-20019 Сети сотовой связи – ССС (сети подвжной связи - СПС)

-Общие сведения 201-202

-Аналоговые системы сетей сотовой связи (поколение 1G) 203-205

-Цифровые системы сетей сотовой связи поколения 2G; GSM 205-211

-Цифровые системы сетей сотовой связи поколений 2,5G; 3 G; CDMA 212-228

-Увеличение пропускной способности ячеек 229-231

-Общая функциональная схема сети сотовой связи GSM 232-233

-Основные характеристики систем второго поколения (2G) 234-242

-Эталонная модель взаимосвязи открытых систем на примере 2G 243-245

-Схемы множественного доступа в ССС 246-247

-Стандарты 1G; 2G;; Примеры установления соединения 248-253

-GPRS – основные характеристики, функциональная схема системы 254-265

Системы ССС третьего поколения 2,5G – 3,5G: W-CDMA, UMTS, UTRA, EDGE, H-SCSD, H-SDPA, H-SUPA, LTE … – краткие характеристики систем

266-274

-Ортогональная амплитудная и частотная модуляции 275-277

-4G – краткий обзор систем сотовой связи 278-

-Краткий обзор основных систем сетей сотовой связи поколений 1G-4G

3

-Эволюция от UMTS к H-SDPA…LTE -290

-Отличие смартфона от мобильного телефона 291

-Итоговая таблица характеристик систем ССС поколений 1G-5G 292

-Итоговые таблицы сравнительных характеристик систем ССС 1G-5G 293-299

20 Skype 300-30221 Wi-Fi (WLAN) 303-30922 WiMax (WMAN) 310-31223 Спутниковые навигационные системы 313-32324 Спутниковая связь 324-33025 Транкинговая связь 331-33226 Пейджинговая связь 334-33527 Твейджинговая связь 33628 Словарь, глоссарий, аббревиатуры 337-37029 Функциональные схемы, диаграммы, графики, таблицы – названия и

указания страниц371-373

Составитель лекций: Ухловская Людмила Георгиевна, к.т.н., МТУСИ г. Москва, 2009 год

4

Связь - общие положения

Федеральная связь.

Связь РФ (СРФ) представляет собой совокупность сетей и служб и функционирует на территории России как взаимоувязанный производственно-хозяйственный комплекс.

СРФ предназначается для удовлетворения потребностей населения, органов государственной власти, обороны, правопорядка, а также хозяйствующих субъектов в услугах электрической, почтовой связи и вещании.

Связь совместно со средствами вычислительной техники составляет техническую базу информатизации общества.

Новая роль связи как доставщика, хранителя и производителя привела к необходимости перехода к новому этапу создания Глобального информационного общества и Глобальной информационной инфраструктуры.

Федеральная связь подразделяется: -федеральная электросвязь; -почтовая связь.

Электросвязь включает в себя телефонную, документальную связь, радиовещание и телевидение.

Единой системой исполнительной власти в области связи на федеральном уровне является Министерство связи и массовых коммуникаций Российской федерации (МинкомсвязиРФ). Цель, задачи и функции управления Связью РФ (СРФ)

Целью управления СРФ является обеспечение оптимального функционирования (выполнение задач по минимизации материальных, финансовых, физических, интеллектуальных) сетей связи на всей территории Российской Федерации.

Задачами СРФ является обеспечение устойчивой и качественной работы средств и сетей связи в процессе их функционирования и развития.

Функциями Минсвязи РФ являются:-разработка и реализация государственной политики, общее регулирование в области связи и информатизации, создание единого информационного пространства РФ;-решение правовых вопросов во взаимоотношениях Администрации связи и Операторов связи, а также Операторов связи между собой и с пользователями;-межотраслевая координация функционирования и развитие связи;определение необходимых финансовых ресурсов и источников их поступлений;-организация и финансирование научных разработок и подготовки кадров;

5

-разработка программ развития, организация проектирования, строительства сетей связи и систем информатики;-разработка государственной политики и ее реализация в области распределения и использования радиочастотного спектра, орбитальных позиций спутников связи;-разработка государственной политики по формированию и защите информационных ресурсов страны;-организация и обеспечение государственного контроля деятельности в области связи и информатизации;-управление сетями связи при чрезвычайных ситуациях в области гражданской обороны.

6

Связь Российской Федерации (СРФ)

Федеральная связьВедомственныетехнологическиесети связи

Федеральная электросвязь

Федеральная почтовая связь

7

В 2008г. Президент РФ издал Указ о преобразовании Кабинета Министров РФ, в том числе Минсвязи РФ. На Минсвязи РФ возложены следующие функции:-реализация государственной политики в области связи и информатизации;-регулирование деятельности в области использования радиочастотного спектра и орбитальных позиций спутников связи гражданского назначения, за исключением вопросов, касающихся присвоения и эксплуатации радиочастот и орбитальных позиций спутников связи гражданского назначения для целей телерадиовещания, развития средств массовых коммуникаций и распространения средств массовой информации;-государственный надзор за деятельностью в области связи и информатизации;-обеспечение работы государственных комиссий по электросвязи, радиочастотам и информатизации;-достижение международного согласия по общим принципам доступа к сетям и услугам связи;-недискриминационный подход к службам, технологиям и программно-аппаратным средствам;-создание рынков на конкурентной основе для новых: оборудования, технологий и услуг;-разработка необходимых условий либерализации российского рынка, услуг связи для вступления во Всемирную Торговую Организацию (ВТО);-отбор международных проектов, имеющих социальные, экономические и технические преимущества;-изыскание инвестиционных кредитов за счет институтов международного сообщества для сбалансированного развития Глобального информационного общества (GIS);-обеспечение безопасности функционирования сетей электросвязи и защита сетей от несанкционированного доступа;-развитие отрасли "Связь" на основе инновационной модели;-конвергенция телекоммуникационных и информационных сетей, технологий, услуг;-усиление роли науки, научного прогнозирования и планирования;-усиление проникновения информационно-телекоммуникационных технологий в базовые и инфраструктурные отрасли экономики;-интенсификация развития связи и информатики в регионах России,выравнивание уровня развития отсталых регионов до среднего уровня;-создание АСУ информационно-телекоммуникационными ресурсами в конвергентной среде;

8

Взаимоувязаннаясеть связи России(ВСС РФ)

Выделенныесети связи

-гармонизация использования радиочастотного спектра;-реализация крупных телекоммуникационных и информационных проектов;-обеспечение доведения тарифов до себестоимости по всем видам услуг связи и информатики, их сбалансирование и сближение во всех регионах России;-совместно с Минфином решение проблемы зачета или реструктуризации задолженности всего государства и муниципальных бюджетов по льготам, федерального бюджета – по силовым министерствам и ведомствам;

.Лицензирование

Срок действия лицензий определяется следующим образом:начало действия лицензий – через год, срок действия лицензий - 10 лет.Рост количества выданных лицензий определяется, прежде всего, за счет расширения предоставления услуг наиболее широко развивающихся подотраслью – "Электросвязь". В настоящее время около 4/5 всех выданных лицензий приходятся на долю федеральной электросвязи. Таким образом, доля действующих лицензий на услуги электросвязи с 1998г. выросла на 80%, доля услуг теле- и радиосвязи снизилась почти на 1,0%. Внутри самой подотрасли "Электросвязь" число лицензий на услуги телефонной связи также снижается (примерно на 13,0%), несмотря на то, что оно осталось наибольшим в общем числе (около 4000).Самыми популярными на сегодня оказались лицензии на услуги Интернет, передачи данных и беспроводной связи. Их доля составляет примерно 40%.Растет суммарная доля лицензий на аренду каналов: в общем числе действующих лицензий на услуги электросвязи она составляет 60%.В одну лицензию на предоставление услуг местной связи, как правило, включается несколько видов услуг связи, в том числе и дальней связи, поэтому сумма долей всех услуг превышает 100%В настоящее время в сфере информатизации принят ряд федеральных законов, устанавливающих виды деятельности, подлежащие лицензированию.Рассмотрим сферу деятельности, отнесенную к компетенции Минсвязи России.

9

Закон не предусматривает ограничение деятельности по оказанию информационных услуг или услуг информатизации.Федеральным Законом "Об участии в международном информационном обмене" (ст.18) установлен лишь один объект лицензирования:деятельность по международному информационному обмену, когда в результате этой деятельности вывозятся за пределы России информационные ресурсы, либо ввозится документированная информация за счет средств федерального бюджета или средств бюджетов субъектов РФ.Порядок лицензирования определяется "Положением о лицензировании деятельности по международному информационному обмену", который утвержден постановлением Правительства РФ от 03.06.98г. 564.Федеральным Законом "Об информации, информатизации и защите информации" определены следующие объекты лицензирования:- Деятельность государственных организаций, которые специализируются на формировании федеральных информационных ресурсов и (или) информационных ресурсов совместного ведения Российской Федерации и субъектов РФ на основе договора (ст.7,п.4);- Деятельность негосударственных организаций и частных лиц, связанная с обработкой и предоставлением пользователям персональных данных ст.11п.4).

Однако до сих пор вышеназванные статьи Закона не реализуются, т.к. не установлен порядок лицензирования указанных видов деятельности по следующим причинам: согласно 24 статье Конституции РФ сбор, хранение и распространение информации о частной жизни лица без его согласия не допускается.

Обеспечить данное право возможно только при условии принятия нормативного правового акта Правительства РФ, регламентирующего порядок и условия ограничения деятельности (лицензирования) негосударственных организаций и частных лиц. Принципиальным является и то, что информационные базы персональных данных должны соответствовать целям сбора и использоваться исключительно в интересах конкретного лица при оказании ему услуг различного характера. Пункт 1 статьи 11 вводит ограничение, касающееся необходимости закрепления на уровне Федерального Закона перечня персональных данных, собираемых негосударственными организациями, что не позволяет принять соответствующий нормативно-правовой акт. Однако для этой категории держателей персональных данных ограничение может быть только одно: согласие самого лица. Лицензирующий же орган должен устанавливать минимально необходимые требования по защите информации, ее актуальности и обеспечивать контроль целевого использования информации персонального характера.Закон “Об информации персонального характера” устанавливает порядок лицензирования этой деятельности.В соответствии со статьей 49 ГК РФ объектом лицензирования является деятельность юридических лиц, а также частных предпринимателей, независимо от формы собственности.В отличие от услуг связи, преодоление монополизма при предоставлении которых имеет законодательную основу (Федеральный Закон “О естественных монополиях” и Федеральный Закон “О связи”), лицензирование деятельности, работ, услуг в сфере информатизации может быть регламентировано лишь избирательно.

10

Лицензированию, как правило, подлежит деятельность, а не услуги, причем ограничения должны носить избирательный характер: для государственных информационных ресурсов и персональных данных, собираемых негосударственными фирмами и предпринимателями.В соответствии с Классификатором основных продуктов (КОП) к перечню лицензируемых услуг в сфере информатизации предполагается отнести следующие услуги:консультационные услуги по установке и обслуживанию компьютерной (вычислительной) техники (КОП 841);услуги по реализации программного обеспечения (КОП 842);услуги по созданию баз данных (КОП 844).

Целью лицензирования перечисленных услуг является государственный контроль соблюдения добросовестной конкуренции, предотвращение противоправной деятельности, а также учет использования государственных информационных ресурсов.

Распределение действующих лицензий по видам услуг:1. Электросвязь. - телефония: электросвязь 1,0% международная связь 1,5% междугородная связь 4,0% зоновая связь 3,5% местная связь 45,0%- документальная электросвязь: аренда каналов 6,0% телематика 14,0% передача данных 10,0%

2. Радиосвязь : спутниковая связь 2,0%пейджинговая связь 8,0%сотовая связь 15,0%другие виды подвижной связи 6,0%

3. Вещание : трансляция РВ программ 5,5%трансляция ТВ программ 9,5%СКТВ 6,5%

Лицензирование должно базироваться на сертификации.Права на лицензии могут быть переданы полностью или частично другому юридическому (или физическому лицу) только после оформления последним новой лицензии на данный вид деятельности (ГК РФ ст. 49).

11

Сертификация

Приказом Минсвязи России от 22.09.93г. 217 "О введении в действие Закона Российской Федерации о сертификации продукции и услуг" прекратились споры о необходимости проведения обязательной сертификации средств и услуг связи.Сертификация (обязательная проверка, испытания) продукции, услуг и систем обеспечивает нормативы качества и в настоящее время является одним из показателей развития общества и неотъемлимым элементом рыночных отношений.Система сертификации "Электросвязь" – первая в России система сертификации, введена в действие в 1991г., еще до принятия Закона о сертификации продукции и услуг, которая в настоящее время является одним из главнейших рычагов управления развитием рынка связи. Об этом свидетельствует, в частности, снижение стоимости единицы номера цифровой АТС с 350,0 долл. США в 1990г. до 140,0 долл. США в настоящее время.В основе развития системы сертификации с одной стороны, лежит международный опыт, с другой – законодательная и нормативная база страны по вопросам сертификации.До 1985г. сертификация продукции основывалась на испытаниях опытных образцов оборудования и только вначале 90-х гг. отрасль перешла к сертификации систем качества (ССК).

12

Как показал опыт, испытания отдельных образцов оборудования не гарантирует устойчивого обеспечения качества всей выпускаемой продукции, поэтому в последнее время применяется новый подход: не проверка отдельных образцов, а сертификация систем качества изготовителей.Понятие "сертификация" систем качества введено Международной организацией по стандартизации (ИСО) в 1989г.ССК основана на международных стандартах ИСО, которые определяют требования к системам качества и методам проверок (сертификации) систем качества на соответствие заданным требованиям.Принципами ИСО СЕРТИКО предусматривается оценка систем качества производителя третьей стороной.В последние годы стремительно растет число компаний, сертифицирующие свои системы качества (СК) на соответствие стандартам ИСО серии 9000. Сегодня свыше 250 тысяч фирм получили сертификаты на СК (около 80%).Нормативной базой СК служат международные стандарты ИСО серии 9000.

Основные стандарты серии ИСО-9000:ИСО-9000, ИСО-9001 – руководство по выбору и применению стандартов;ИСО-9002, ИСО-9003 – требования к системе качества, которые содержат модели обеспечения качества. Наиболее полной моделью является стандарт ИСО-9001, который учитывает этапы проектирования, производства, монтажа и обслуживания продукции. ИСО-9002 учитывает только этапы окончательного контроля и испытания продукции.

Инспекционный контроль

13

ДАННЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

(ДЭ)

ДАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВА

(ДП)

ДАННЫЕ ПО СИСТЕМЕ КАЧЕСТВА (ДСК)

ИК = ДЭ + ДП + ДСК

ИНСПЕКЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ (ИК)

По сертифицированным средствам связи, которые работают на сетях России с 1992г., контракты на ИК заключаются по инициативе центров и лабораторий сертификации, сертифицировавших эту технику, без дополнительного поручения Управления сертификации Минсвязи России, кроме случаев, оговоренных особо.Расходы по проведению ИК несут производители. Стоимость проведения ИК для различных фирм различна и зависит от объема работ времени работ, трудозатрат, и средней зарплаты. Однако она должна быть значительно ниже стоимости первоначальной сертификации.В соответствии со ст. 6 п.2 Закона "О сертификации..." у поставщика, или продавца при переходе через границу должен быть знак соответствия (сертификации), нанесенный на самом оборудовании (средствах связи). Порядок нанесения знака должен быть дан в самом сертификате. В Системе сертификации “Электросвязь” сказано, что "Знак сертификата соответствия" разработан в 1995г. и введен ОСТ 45.2-95 на этот знак. Поставщики сертифицированной продукции обязаны приобрести знаки в ССКТБ-ТОМАСС.Срок действия сертификата определяется Управлением сертификации. Продление срока действия сертификата осуществляется по итогам повторных (дополнительных) сертификационных испытаний, в связи с чем владельцы сертификатов должны контролировать сроки действия сертификатов и своевременно (за 8 месяцев до истечения срока действия сертификата) подать заявку на продление сертификата, т.к. процедура сертификации повторяется полностью:заявка – контракт – испытания – заключение – оформлениеВ системе “Электросвязь” не предусматривается выдача временных сертификатов или разрешений на продажу средств электросвязи.

.

.Мотивация проведения Сертификации Системы Качества (ССК)

14

Обязательная ССК Добровольная ССК

Требованияправительственныхорганизаций

При лицензировании,при повышенныхтребованиях к безопасности

При сертификациипродукции и услуг

Конкуренция

Требования заказчика

Получение Госзаказа

Льготы на кредитыи страховку

Повышение ценыпродукции

Для чего нужна сертификация:во-первых, невовлечение государства в предпринимательскую деятельность,во-вторых, экономия бюджетных средств,в-третьих, повышение профессионализма при принятии решений,в-четвертых, активизация процессов по государственному регулированию,в пятых, здание рынка высококачественных товаров, услуг,в шестых, обеспечение конкурентоспособности фирм-поставщиков.

Для чего нужен инспекционный контроль (ИК):Инспекционный контроль за сертифицированной техникой введен с 01.08.97г. с целью получения информации о качестве и стабильности технологических характеристик в течение всего срока действия сертификата (как правило, трех лет). Продление срока действия сертификата осуществляется также на основании результатов ИК. Одним из результатов ИК может быть повторная сертификация.Выполняя требования антимонопольного законодательства, Минсвязи России создал более 40 аккредитованных испытательных лабораторий и центров. Таким образом, не менее двух лабораторий (центров) имеют одинаковую область аккредитации, давая тем самым заказчику право выбора исполнителя сертификационных испытаний.8 июня 1995г. Госстандарт России зарегистрировал Систему добровольной сертификации услуг связи, услуг информационных технологий и систем качества фирму "Интерэкомс", которая является обладателем систематизированной международной и национальной нормативной базой для проведения сертификации услуг связи и систем качества, получила поддержку Минсвязи России. Сертификаты "Интерэкомс" имеют все крупные частные телекоммуникационные компании. Вся работа Системы добровольной сертификации “Интерэкомс” координируется Управлением сертификации средств и услуг связи Минсвязи России во взаимодействии с Госсвязьнадзором России. Центральным органом Системы сертификации в РФ является НИИ экономики, связи и информатики "Интерэкомс", разрабатывающий теорию сертификации услуг связи и систем качества, определяющий стратегию развития Системы.Сертификация услуг связи и систем качества нужна, прежде всего, не потребителю, а фирмам - Операторам связи, так как именно наличие сертификатов – главное средство в конкурентной борьбе за рынки сбыта, в том числе и при проведении рекламных компаний.Система сертификации технических средств электросвязи решает две основные задачи:-создание рынка средств электросвязи, на котором можно приобрести любую технику связи по мировым рыночным ценам, а коммутационную технику – по ценам ниже мировых;-защита сетей связи и пользователей этих сетей от технических средств, не отвечающих требованиям сетей России.

15

В системе сертификации "Электросвязь" проходят сертификацию системы:коммутации (АТС разных типов, УК разных типов и т.д.);передачи (SDH, ATM, и др.);мобильной связи;транкинговой связи;пейджинговой (твейджинговой) связи (персонального вызова);радиорелейной связи;спутниковой связи;и др.Без сертификации невозможно сбалансированное развитие сети общего пользования (ТфОП), коммерческих, ведомственных и др.сетей России.

В последнее время в России активно ведутся работы по сертификации средств измерений электросвязи (СИЭ) – приборов специального назначения, используемых в связи.СИЭ – особый вид технических средств, и единые нормативные документы по правилам их сертификации пока отсутствуют.Особое место в системе сертификации средств электросвязи и систем качества занимает компьютерная телефония.В одном едины специалисты: кто должен сертифицировать - Минсвязи России.Одни производители традиционного телекоммуникационного оборудования предлагают сертифицировать системы компьютерной телефонии именно как "систему", включая все ее компоненты: ПК, платы СП и прикладное программное обеспечение (ПО).Другие - яростные противники такого подхода, особенно в части сертификации "системы", включая ПО. В последнее время наблюдается тенденция к принятию единого мнения по этому вопросу.Сертифицируются отдельные технические средства, которые взаимодействуют с ТфОП, ВСС России, а не комплексы, т.к. такие "комплексы" не сертифицируются системой "Электросвязь".Сертификация программного обеспечения осуществляется в целях проверки соответствия параметров и технических требований к ним.

Подготовка специалистов по сертификации радиоэлектронных средств и средств электросвязи широкого класса осуществляется в Университете им. Н.Э. Баумана. Основная задача подготовки инженеров по сертификации - создание органичного единства радиотехнической, конструкторской, технологической и компьютерной баз знаний, нацеленных на профессиональную деятельность. А также получение знаний в области права, новейших технологических процессов, технического дизайна, эргономики электронной аппаратуры и аппаратуры связи, систем автоматизированного проектирования и технико-экономической экспертизы и, самое главное, технологии лицензирования и сертификации в названной области.Уже в самое ближайшее время сфера деятельности специалистов по лицензированию и сертификации радиоэлектронных средств и средств электросвязи станет наиболее престижной, стабильной, а профессия - одной из самых высокооплачиваемой.

16

Система и план нумерации в телекоммуникационных сетях.

Система и план нумерации являются одной из сложнейших и ответственных проблем развития телефонных сетей общего пользования - ТфОП. Ресурсы ТфОП в условиях совместного функционирования электромеханических АТС и электронных АТС сильно ограничены. Поэтому разработанные в условиях использования аналоговой коммутационной техники связи система и план нумерации являются существенным тормозом эволюции ТфОП.Разработаны два варианта построения нумерации городской телефонной сети (ГТС) крупных городов:1-ый вариант предполагает переход с 7-значной нумерации на 8-значную. Это означает введение нового зонового (междугородного) кода "АВС", в котором знак “С” является первым знаком 8-значного номера местной связи ("Савххххх").

17

2-ой вариант предполагает введение нового кода "АВС" для развивающейся цифровой сети города. При этом взаимодействие двух сетей города (аналоговой и цифровой) будет осуществляться через АМТС с программным управлением, что потребует построения цифровых заказных соединительных (ЗСЛ) – для исходящей связи и соединительных линий междугородных (СЛМ) – для входящей связи. Затраты на оба варианта практически сопоставимы, однако более трудоемким является 1-ый вариант (проведение коррекций в приборах АТСК и АТСШ). 2-ой вариант был выбран для ГТС г. Москва.Таким образом, можно сделать вывод: если семизначная система нумерации не обеспечивает возможности дальнейшего развития крупной ГТС, территория города разбивается на зоны нумерации сети ТфОП. Абонентам новой зоны нумерации присваивается 10-ти значный номер для идентификации абонентов в рамках новой нумерации.Значность номера телефона существующей сети остается без изменений.Нумерация информационных и сервисных служб могут оставаться без изменений в случае, если эти службы единые для города.

Порядок присвоения зоновых (междугородных) кодов доступа "АВС" и внутризоновых кодов доступа "ав":

Постановлением Коллегии Минсвязи РФ предусмотрен следующий порядок присвоения кодов доступа "АВС" и "ав":-присвоение зоновых (междугородных) кодов доступа "АВС" производится Министерством связи по заявкам телекоммуникационных компаний, оказывающих услуги связи – Операторов связи на основании разработок института “Гипросвязь”.-распределение кодов "ав" и индексов АТС на телефонных сетях общего пользования осуществляет институт “Гипросвязь”, проектирующий объекты связи в данном регионе, по заявкам Операторов связи.-распределение кодов "ав" и индексов АТС в кодах "АВС" для выделенных сетей производится Операторами связи соответствующих выделенных сетей.-распределение кодов "ав" и индексов центров коммутации подвижной связи в предоставленных кодах "АВС", предназначенных для сетей федеральной подвижной связи, производится Ассоциацией Операторов Сетей Подвижной Связи (СПС) соответствующих стандартов, согласно Генеральным схемам развития СПС, разработанным институтом "Гипросвязь".

План нумерации на зоновых телефонных сетях.

Сегодня нумерация сетей ТфОП России построена по зоновому принципу, т.е. каждой зоне присваивается свой междугородный код "АВС".В рамках зоны каждой местной сети присвоен свой внутризоновый код "ав". Такой подход создает неэффективное использование нумерации, так как коды "ав", как правило, используются не на 100-тысячных районах, а гораздо меньших. Особенно это характерно для местных сетей в сельских районах и малых городах.В России наблюдается острый дефицит в выделении внутризоновых кодов "АВС". Одним из эффективных методов использования кодов "ав" является объединение под одним внутризоновым кодом нескольких местных сетей, при этом доступ к каждой из них должен осуществляться по анализу трех цифр "авх1", где:

18

"ав"- внутризоновый код;"х1" - первый знак абонентского номера местной сети.Такой метод возможен только при использовании АТС с программным управлением, обеспечивающем анализ до 6-ти первых знаков междугородного номера.

План нумерации и присоединение наложенных сетей других Операторов связи к сети ТфОПТелефонная сеть общего пользования (ТфОП) должна быть взаимоувязана с другими сетями, входящими во Всероссийскую сеть связи РФ (ВСС РФ).К телефонным сетям общего пользования относятся сети, которые находятся в ведении Операторов связи, имеющих лицензию на право предоставления услуг связи юридическим лицам и гражданам на территории города, региона или страны и предоставляющие эти услуги без ограничения на включение абонентов. Для включения телефонных сетей общего пользования Операторов связи номерная емкость сети ТфОП не резервируется, а выделяется из имеющегося ресурса сети ТфОП по мере образования этих сетей. При этом необходимо в заявке указать начальную и перспективную емкость сети и статус присоединения (станция или сеть).При сопряжении на местном уровне сеть Оператора связи может быть подключена к сети ТфОП на правах: узлового района, районной АТС (РАТС) или учрежденческой АТС (УАТС).

При сопряжении на междугородном уровне сеть Оператора связи может быть подключена к сети ТфОП на правах:-вновь организованной зоны с выделением зонового (междугородного) кода "АВС" и взаимодействования с ТфОП по междугородным каналам связи при монтированной емкости ГТС более 300,0тыс. номеров телефонов;-вновь организованного внутризонового уровня с назначением нового кода "ав" и взаимодействования с ТфОП по междугородным каналам связи при монтированной емкости ГТС менее 300,0тыс. номеров телефонов.

План нумерации на сетях сухопутной подвижной связи общего пользованияПод сетями сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования (СПР-ОП) понимается совокупность технических средств (радио- и коммутационное оборудование), соединительных линий и сооружений, с помощью которых через радиоинтерфейс предоставляется подвижная связь между абонентами СПР-ОП и с абонентами ТфОП. СПР-ОП является частью ВСС РФ, ее дополнением и развитием.Минсвязи РФ принято два федеральных стандарта сотовой сети связи (ССС): - аналоговый: NMT 450, - цифровой: GSM 900.

Сети подвижной связи (СПС) федеральгого уровня должны:

19

-Предоставлять услуги местной, междугородной и международной телефонной связи, доступ к экстренным, справочно-информационным и к другим службам.А также обеспечивать автоматически роуминг, т.е. обслуживание абонента, находящегося в другой зоне покрытия (другой базовой трансиверной станции, другого центра коммутации СПС, другого Опереатора связи) этого же стандарта.-Интегрироваться с сетями аналогичного стандарта других стран.-Обеспечивать построение своей СПС на единых принципах и охватывать всю территорию страны.-Обеспечивать доступ к сетям фиксированной связи (ТфОП) в соответствии с уровнем нумерации. Принимая во внимание передвижения абонентов федеральных СПС по всей территории России, набираемый абонентом номер должен быть одинаковым, независимо от вида устанавливаемого соединения на национальной сети и его местонахождения, а именно: "АВСавххххх", где: "АВС" – код зоны назначения сети ТфОП, или код СПС.Федеральные сети сотовой связи подключаются к ТфОП на междугородном уровне с выделением зоновых (междугородных кодов) "АВС".При связи с международной сетью пользователь СПС набирает номер "10-DEF", в котором индекс "10" – код международной сети: 8-10-DEF -ABC-aв- х1 – х5 (всего 15 знаков). Префикс "8" не включается в общую нумерацию!Абонент стационарной сети (фиксированной связи) при установлении соединения к абоненту федеральной СПС набирает: " 8 – АВСавххххх " (всего 10 знаков ), где:-"АВС" – зоновый (междугородный) код, выделенный для СПС;-"ав" (или "авх1") – код центра коммутации СПС (ЦКПС);-"х1 – х5" (или "х2 – х5") - номер абонента СПС.Наряду с созданием федеральной СПС допускается и создание региональных СПС (сетей сотовой связи, радиально-узловых и радиальных сетей подвижной связи), решающих задачи местного значения, которым разрешается использование любого типа оборудования, кроме оборудования федеральных стандартов. Региональные сети подвижной связи имеют другие, отличные от СПС федерального уровня, частотные диапозоны и стандарты, которым могут быть выделены:-индекс стотысячной группы;-индекс десятитысячной группы (АТС);-часть емкости действующей АТС, как для УАТС. Связь абонентов региональных СПС с абонентами других сетей осуществляется следующим образом:-при местной связи – "ххххх", "вхххх", "авххх";-при внутризоновой связи – "8-2 авххххх";-при междугородной связи – "8-АВСавххххх";-при международной связи – "8-10-DEF". План нумерации на сетях персонального радиовызова общего пользования (СПРВ-ОП)Коммутационное оборудование СПРВ-ОП может быть включено:-в узел справочно-инфрмационных служб или в Операторский центр ТфОП;-в абонентские комплекты районной АТС (РАТС) или УАТС.Установление соединения с коммутационным оборудованием СПРВ-ОП может осуществляться автоматически или через оператора.

20

При установлении соединения к СПРВ-ОП через оператора передача информации осуществляется в так называемом предответном состоянии, когда допускается трансляция любого числа цифр, передаваемая либо шлейфным, либо тоновым набором.При автоматическом установлении соединения к СПРВ-ОП должен быть набран номер, принятый на данной сети: "авххххх", "вххххх", "ххххх". Передача информации в данном случае осуществляется только с абонетского терминала с тоновым набором.Связь с абонентами СПРВ-ОП с абонентами других сетей осуществляется аналогично связи с абонентами ТфОП.

План нумерации на цифровых сетях с интеграцией обслуживания (ЦСИО)Международный номер пользователей ЦСИО России должен состоять из следующих элементов:-"СС" – код страны, определенный рек. Е.163 для России как цифра "7";-"NDC" – международный код назначения, соответствующий коду "АВС";-"SN" – местный номер пользователя ЦСИО, соответствующий семизначному номеру телефона "авххххх".Совокупность кодов "NDS" и "SN" именуется национальным номером пользователя ЦСИО.Система нумерации в ЦСИО должна быть закрытой. В настоящее время рекомендуется формировать значность нумерации ЦСИО, которая полностью совпадает со значностью ТфОП. Максимальное число знаков в международном номере ЦСИО при любой значности номера в национальной сети не должна превышать 15. С этой позиции система нумерации пользователей ЦСИО будет следующая:-"7" – цифра, определяющая установление соединения к ВСС РФ;-"+7" – индекс выхода на международную сеть;-"АВС" – междугородный код зоны ВСС РФ, ведомственной сети или ЦСИО (общегосударственной или ведомственной).

План нумерации для пан-европейских служб ("пан" - "всеобщий")Европейский комитет управления по электросвязи (European Committee on Telecommunications Regulatory Affairs – ECTRA) предложил европейским странам упорядочить нумерацию при установлении связи с пан-европейскими службами следующим образом: -1-ый вариант: назначение Международным союзом электросвязи, сектором телекоммуникаций (МСЭ – Т, или ITU – T) кода страны ("СС" - Contry Code) – "388", рекомендуемый EKTRA. При использовании этого кода, доступ к пан-европейским службам должен осуществляться набором номера: "+"388 1хх. хх или: "+"388 2хх. хх (где: "+" – префикс, или индекс, определяющий связь к АМТС).

21

-2-ой вариант: использование существующего национального пространства нумерации. При использовании национального пространства нумерации подключение к пан-европейским службам должно осуществляться набором номера "+СС 00хххххххх" ("00" – код пан-европейской услуги в национальном пространстве нумерации).

В перспективе:переход на 15-ти значную нумерацию эпохи цифровых сетей с интеграцией обслуживания - ЦСИО (вместо существующей в настоящее время 12-ти значной нумерации), в связи с внедрением на сетях связи глобальных служб: - введение индекса "0" - для автоматической междугородной связи; - введение индекса "00" - для автоматической международной связи;- введение индекса "1" – для доступа к экстренным и информационным службам местной сети;- введение индекса "8" – для доступа к услугам интеллектуальной сети (платформы)Порядок перехода к 15 -значной нумерации эпохи ЦСИО в РФ разрабатывается совместно институтами: ЦНИИС, ЛОНИИС и Гипросвязь.

Функциональная схема местной (внутризоновой) и зоновой связи к УВС др. узловых районов

к УСС,к др. АТС зоны

к АТС др. узл. районов зоны

к др. УИС зоны к АМТС

межгор. др. зон

к АМТС междунар.

22

УИС

АТС

УВС

АМТС

та

та

Зоновая сеть – "n""АВС - авххххх"

к УВС др. узловых районов к УСС, к др. АТС зоны

к АТС

Зоновая сеть – "m""АВС - авххххх"где:-УИС – узел исходящего сообщения, -УВС – узел входящего сообщения,-УСС – узел специальных служб с сокращенной нумерацией,-та - телефонный аппарат

Нумерация на международных (федеральных), междугородных (зоновых, или региональных) и местных сетях электросвязи - резюме

1. Нумерация на международных сетях электросвязи

8-10- DEF - связь с другими федеральными сетями электросвязи

23

УИС

АТС

УВС АМТС

та

та

8-10- DEF -АВС-авххххх - 15 цифр (префикс - "8" - доступ к АМТС - не входит в нумерацию)

2. Нумерация на зоновых сетях электросвязи

8-АВС - связь с другими зоновыми сетями электросвязи8-АВС-авххххх - 10 цифр АВС-ав-ххххх - нумерация для необъединенных местных сетейАВС-ав-х1-хххх - нумерация для объединенных местных сетей

3. Нумерация на местных сетях электросвязи

ав-ххххх - 10 цифрав-ххххх - внутризоновый код для необъединенных местных сетей электросвязиавх1-хххх - внутризоновый код для объединенных местных сетей электросвязи

В перспективе, в эпоху цифровых сетей с интеграцией обслуживания (ЦСИО):- в полном объеме переход на 15-значную нумерацию;- введение префикса "0" - для доступа к другим зоновым и федеральным сетям электросвязи;-введение префикса "8" - для доступа к услугам интеллектуальных сетей (платформ);-введение префикса "1" - для доступа к услугам экстренных, справочных, информационных и заказных служб (ЭСИЗС), аналогично европейским стандартам МСЭ-Т.

24

Федеральные сети электросвязи

Зоновые сети электросвязи

Зоновые сети электросвязи

Местные сети электросвязи

Местные сети электросвязи

Местные сети электросвязи

Связь – определение. Виды документальной связи

Связь РФ (СРФ) представляет собой совокупность сетей и служб и функционирует на территории России как взаимоувязанный производственно-хозяйственный комплекс. Связь РФ предназначена для удовлетворения потребностей населения, органов государственной власти, обороны, правопорядка, а также хозяйствующих субъектов в услугах электрической, почтовой связи и вещании.

Связь совместно со средствами вычислительной техники составляет техническую базу информатизации общества.

Фиксированная связь (проводная) Сети фиксированной (стационарной) электросвязи являются для всех телекоммуникационных сетей базовыми. С 1876 г., когда был получен патент А.Г.Беллом на изобретение телефонного аппарата, сети фиксированной связи претерпели кординальные изменения.

Документальная связь.

Виды документальной связи: - Телеграфные службы . Телеграфная сеть России подразделяется на три типа:

-служба общего пользования (ОП), которая передает телеграммы, принимаемые в отделениях связи и доставляемые адресатам; -служба абонентского телеграфа (АТ), которая передает телеграммы между оконечными абонентскими установками, установленными у абонентов сети АТ; -службамеждународного абонентского телеграфа ( "Телекс"), которая

передает телеграммы между оконечными установками абонентов сети "Телекс", находящимися в нашей стране и за рубежом.

Функциональная схема абонентской телеграфной связи

ал канал ал

где:АУ – абонентскоу устройствоАТ – абонентский телеграф

-Службы передачи данных (сети ПД рассматриваются в разделе цифровые телекоммуникационные сети)-Факсимильные службы. Факсимильная связь – это область электросвязи, занимающаяся передачей по каналам связи неподвижных изображений. Первый телефакс был запатентован в 1843 году шотландским изобретателем А.Бейном.

25

АУ Станция АТ Станция АТ АУ

Функциональная схема сети факсимильной связи РУ, СОС, ФЭП ФЭП, СОС, РУ

канал

ОД – оригинал документа РУ-развертывающее устройствоКД – копия документа СОС-светооптическая системаУПС – устройство передачи/приема сигнала ФЭП-фотоэлектрич. пребразователь

Оригинал документа разбивается на элементарные площадки (растр-элементы), яркость которых при отражении (пропускании) падающего на них светового потока преобразуется в электрические импульсы (сигналы), передающиеся в определенной последовательности по каналу связи. На приемном конце эти электрические импульсы (сигналы) в той же последовательности преобразуются в соответствующие элементы изображения на каком-либо носителе записи. В результате получается копия изображения – факсимиле.Образование растр-элементов происходит за счет перемещения по изображению светового луча, создаваемого светооптической системой. Процесс перемещения луча называется разверткой, в результате которой изображение разбивается на строки.Отраженный световой поток направляется в фотоэлектрический преобразователь, на выходе которого электрический сигнал повторяет форму входного светового сигнала.Развертывающее устройство, светооптическая система и фотоэлектрический преобразователь объединяются в анализирующее устройство.В приемном аппарате осуществляется обратное преобразование электрических сигналов. Совокупность устройств, осуществляющих это преобразование (записывающее и развертывающее), объединяются в синтезирующее устройство.Сигнал на выходе синтезирующего устройства является аналоговым, т.е. непрерывным по уровню и времени.В аналоговых телефаксах (стандарт группы 1 и 2) этот сигнал переносится в область высоких частот (ВЧ) и передается в линию.В современных цифровых факсимильных аппаратах (стандарт группы 3) аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, т. е. подвергается квантованию, дискретизации по времени и кодированию, после чего полученный цифровой сигнал ничем не отличается от цифровых сигналов систем передачи данных.Факсимильные аппараты – традиционные абонентские установки – Телефаксы - характеризуются следующими недостатками: -механический износ;-сложность отправления документов большому числу адресатов;-неэффективное использование бумаги;-малый срок хранения копий документов из-за выцветания термобумаги (если таковая используется).

26

ОД

УПСперед.

УПСприемн.

КД

Анализирующееустройство

Синтезирующее устройство

Организация служб факсимильной связиПо видам оказания услуг организация служб факсимильной связи осуществляется по двум, традиционным для телеграфной подотрасли связи, направлениям:-клиентские службы – к ним относится служба Бюрофакс;-абонентские службы – к ним относится служба Телефакс.Более совершенными системами, позволяющими автоматизировать процессы передачи, приема, обработки и рассылки факсимильных сообщений являются системы, реализованные на основе персональных компьютеров (ПК). Первая компьютерная факсимильная плата была разработана в 1985 году фирмой GammaLink. Системы на базе ПК с применением факсимильных плат обладают следующими достоинствами: -комфортностью в пользовании;-эффективностью использования телефонных линий связи;-высоким качеством копий передаваемого изображения;-конфиденциальностью принимаемых сообщений.Наиболее распространены такие приложения (службы) факсимильной связи, как:-факс-сервер;-факс по запросу;-факс-рассылка.

Другие службы документальной связи

Видеотекс – интерактивная служба доступа к информационным ресурсам на электронных носителях (базы данных, СМИ, биржевые сводки, расписания, каталоги товаров, услуг). Служба Видеотекс разработана в Англии в 1978 г. под названием Prestel, затем во Франции – Teletel, в Швеции - Data Vision, в Финляндии – Telset, в ФРГ - BDT – Bildschirmtext. Типичными услугами системы Видеотекс являются:-транзакции (ввод или модификация пользователями информации, хранящейся на электронных носителях), являются поиск необходимой информации, оплата счетов (система Телебанк), заказ товаров и услуг и т.п.;-передача программного обеспечения;-передача сообщений;-обмен сообщениями;-обработка данных;-организация конференций;-ведение баз данных;-предоставление различных данных;-другие.

27

Функциональная схема системы Видеотекс

к др. телематическим к др. службам Видеотекс службам

где:ТАД – терминал администратора ТР – терминал редактора ТА – терминал абонентаСЦВ – служебный центр службы ВидеотексЦКП – центр коммутации пакетовСРПВ – сборщик/разборщик пакетов ВидеотексВБД – внешние базы данных

Голосовая почта, или речевая почта – представляет собой еще одно направление документальной электросвязи (ДЭС), основные положения которой заключаются в следующем:-обеспечить связь между пользователями по высокоскоростным каналам;-обеспечить качественные и недорогие услуги во псевдореальном времени с гарантированной доставкой и подтверждением;-обеспечить предоставление всех услуг, соответствующих типичному набору почтовых услуг.

28

ТА ТА ТА

ТфОП ВБД

ЦКП

ВБД ВБД

ТАД

ТР

СРПВ СРПВ

СЦВ

Функциональная схема службы "Голосовая почта"

где:ПЯ – электронный почтовый ящикЦКГС – центр коммутации голосовых сообщений

Функциональная схема интеграции услуг документальной электросвязи(Единой системы документальной электросвязи – ЕСДЭС)

Х.25

где:ЦОС – центр обработки Х.25

сигналов Х.25ЦСС – центр сбора

статистики Х.25СПД – сеть

передачиданных

КП - коммутация пакетов Х.25ВБД - внешние

базы данных

ПД – передача данныхМФТ – многофункциональный терминалЦТС – центр телематических служб ТА – телефонный аппарат ФА – факсимильный аппарат ПК – персональный компьютер

29

ТА ТфОП

ЦКГС

ПЯ ПЯ ПЯ

ЦОС СПД с КП

ЦОС сети АТ/ТЕЛЕКС

ТфОП

ЦОСсети ТгОП

ЦСС ВБД

ЦТС

ФА

ТА

пк

ЦОС СПД

МФТ

Схема многофункционального терминала на базе ПК (МФТ).

к центрутелематических служб

30

МФТ

ПК

Принтер Сканер Кассовыйаппарат

Факс-модем

ТА

АОН

Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ)

ВСС РФ представляет собой комплекс технологически сопряженных сетей связи общего пользования и ведомственных сетей на территории РФ, управление которыми обеспечивается централизованно, независимо от их принадлежности и форм собственности.В ВСС РФ не входят выделенные сети связи физических и юридических лиц, а также сети связи организаций, предприятий и учреждений, которые созданы для внутрипроизводственной деятельности и не имеют выхода на сети связи общего пользования, например, на телефонные сети общего пользования (ТфОП).

Структура ВСС РФ

Взаимосвязь

Доступ открыт для всех пользователей Доступ для ограниченного круга пользователей

Сети связи, входящие в ВСС РФ, обеспечиваются централизованными контролем и управлением.

31

Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ)

Сети документальной связи (СДЭ)

Сети передачи данных (СПД)

Сети распределения программ РТВ

Сети телефонной связи

Сети связи общего пользования

Сети связи ограниченного пользования

Сети связи для внутренних технологических нужд ведомств

Сети связи для нужд обороны, управления, безопасности и охраны правопорядка

Архитектура Взаимоувязанной сети связи РФ

32

Операторы связи

Системы передачи

Поставщики

Операторы связи

Системы коммута-ции

Поставщики

Операторы связи

Системы электросвязи (телефонные / нетелефонные)

Поставщики

ПОЛЬЗОВАТЕЛИ услугами электросвязи

Вторичные сети(коммутация каналов, коммутация пакетов)

Первичные сети(узлы, линии передач)

Управление

Управление

УправлениеАбонентские устройства

Функциональная схема Взаимоувязанной сети связи РФ (ВСС РФ)

где:СПД – сети передачи данныхРТВ - радио-телевещаниеПД-КП – передача данных с коммутацией пакетовПД-КК – передача данных с коммутацией каналовПД-КС – передача данных с коммутацией сообщенийЦСИО – цифровые сети интегрального обслуживанияСТфС - службы телефонной связиСРП РТВ – системы распределения программ радио, телевидениян/к – не коммутируемый канал связиСПГ – сети передачи газетСМП – сеть магистральная первичнаяВЗПС – внутризоновая первичная сетьМСП – местная первичная сетьСДЭС – системы документальной электросвязиТфОП – телефонные сети общего пользования

33

Сети электросвязи общего пользования Сети связи ограниченного пользования

Первичные сети связи (СМП, ВЗПС, МПС)

Вторичные сети связи

Телефонные сети

Сети фиксирован-ной связи (ТфОП)

ЦСИО

ЭСИЗС

СТфС

СРП РТВ

СетиРТВ

Телеграфн.сети и СПГг

некоммут. каналы связи (н/к)

некоммут. каналы связи (н/к)

пд-кп, пд-кк, пд-кс, н/к

СПД

Сети подвижной связи

Системы связи ведомств

Службы Мультимедиа

Телематические службы (видеотекс, телефакс и др.)

СДЭС

ВСС РФ является иерархической 3-х уровневой структурой:-1-ый уровень – сеть передачи, первичная сеть электросвязи предоставляет некоммутируемые каналы связи для вторичных сетей;-2-ой уровень – вторичные сети, т.е. коммутируемые и некоммутируемые сети связи (телефонные, передачи данных и др.);-3-ий уровень – это системы электросвязи или службы электросвязи, предоставляющие пользователям соответствующие услуги связи и информации.По территориальному признаку первичные и вторичные сети связи, как уже отмечалось ранее, подразделяются на:-магистральные;-внутризоновые;-местные;-международные.Основная функция ВСС РФ – транспортная, обеспечивающая передачу сообщений от источника сообщений к потребителю (пользователю, абоненту).Конечным результатом функционирования ВСС РФ являются услуги связи и информации, предоставляемые пользователям и абонентам.

Основными характеристиками функционирования ВСС РФ являются:-скорость передачи и своевременность доставки сообщений пользователям;-достоверность сообщений – соответствие принятого сообщения переданному сообщению;-надежность и устойчивость связи – способность сети выполнять основную функцию с заданными параметрами качества.

34

Взаимодействие открытых систем (ВОС) - Open System Interconnection - OSIЭталонная модель взаимодействия открытых систем - ЭМ ВОС - модель OSI, или ISO, созданная OSI (МОС) - международной организацией стандартизации и МСЭ-Т (ITU-T) международным союзом электросвязи, сектором телекоммуникаций

Сети электросвязи подразделяются: первичные и вторичные.

Вторичные сети обеспечивают транспортировку и коммутацию информации (данных, сигналов управления и т.д.) в службах электросвязи. Первичные сети обеспечивают вторичные сети каналами связи.

В любых службах электросвязи обмен информацией должен осуществляться по определенным, заранее оговоренным правилам (набором протоколов, стандартов) международными организациями по стандартизации.

Протокол - это документ, определяющий правила и процедуры взаимодействия одноименных уровней (эталонной модели ВОС) систем, работающих друг с другом. Так, в 1978г. МОС - ISO (международная организация стандартизации) совместно с МСЭ-Т разработали международные стандарты взаимосвязи открытых систем (ВОС) - эталонную модель (ЭМ) взаимодействия открытых систем - Open System Interconnection (OSI) -ЭМ ВОС - для разработки стандартов межсетевого обмена данными, способствующих функциональной совместимости средств связи разных производителей. Открытой система взаимосвязи называется тогда, когда она соответствует 7-уровневой эталонной модели ВОС (ЭМ ISO). Эталонная модель взаимосвязи открытых систем - ЭМ ВОС - является описанием структуры стандартов и определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами (взаимодействия открытых систем). ЭМ ВОС все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на взаимно подчиненные уровни.

35

Первичные сети электросвязи

Вторичные сети электросвязи

Службы

Услуги

ЭМ ВОС является основой для разработки множества стандартов не только для самой эталонной модели ВОС, но и определения конкретного набора услуг, удовлетворяющих ЭМ ВОС, а также протоколов, обеспечивающих удовлетворение услугами, для реализации которых они разработаны. Цель всех 7-ми уровней протоколов - обеспечение процессов ввода, хранения, обработки и выдачи пользовательской информации, т.е. обеспечение прикладных процессов.Функциональная схема 7-уровневой эталонной модели ВОС

Протоколы нижних с 1-го по 3-й уровней ориентированы на передачу информации.Протоколы 4-го (транспортного) уровня иногда относят к нижним уровням.Протоколы верхних с 5-го по 7-ой уровней являются пользовательским (прикладным) уровнем, они ориентированы на обработку информации.

Классификация уровней

Протоколы верхних четырех уровней (прикладного, представления, сеансового и транспортного) выполняют функции создания данных и предоставления их конечным пользователям.

Прикладной уровень (7-ой) обеспечивает интерфейс пользователя с коммуникационной системой (например, электронную почту, распределенные базы данных и сетевые операционные системы в ЛВС). Представительный (представления, представительский) уровень обеспечивает общий формат предоставления данных для прикладного уровня, что позволяет любым устройствам, подключенным к сети (хост-устройства), связываться между собой, даже если эти устройства по-разному предоставляют данные. Службы, которые поддерживают представительный уровень, обеспечивают услуги: передачу файлов, протоколы виртуальных терминалов, сжатие, преобразование кодов, шифрование. Сеансовый уровень (уровень сессий). Его основным назначением является разделение потока данных, формируемых службами уровня представления на несколько потоков - сеансов (связи), которые посылаются через систему и управляют взаимодействием между парами сообщающихся прикладных процессов. Сеансы могут быть короткими или длинными, включающими одно или несколько взаимодействий с помощью обмена сообщениями.

36

1-й уровень - Физический

2-й уровень - Канальный

3-й уровень - Сетевой

4-й уровень - Транспортный

5-й уровень - Сеансовый

6-й уровень - Представления

7-й уровень - Прикладной

Услуги, предоставляемые уровню представления: организация/завершение сеанса, идентификация/регистрация, синхронизация передачи данных, сообщения об исключительных ситуациях. Транспортный уровень обеспечивает установку канала связи, передачу данных и освобождение канала, взаимодействует с сетевым уровнем, чтобы гарантировать виртуальное соединение без ошибок, в правильной последовательности. Транспортный уровень выполняет требуемое объединение (мультиплексирование) или разделение каналов. Сетевой уровень обеспечивает связь каналов (звеньев) в глобальную сеть, связывающую все "открытые" системы, т.е. выполняет маршрутизацию данных от узла источника к узлу получателя (адресата). Сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию сообщений между приложениями через промежуточные коммутационные (коммуникационные) узлы. Протоколы 3-го, сетевого уровня должны быть согласованы для всей сети. Сетевой уровень обеспечивает не только протоколы (правила) маршрутизации пакетов через сеть, а при необходимости, протоколы управления потоками данных, гарантирующие количество пакетов в системе, которое эту систему не перегружает. Канальный уровень (уровень управления каналом) обеспечивает надежную связь на физическом уровне (установление соединения, его поддержание и разъединение). Протоколы этого уровня определяют структуру данных (например, размер кадра или пакета), управляют потоками данных, обнаружением и устранением ошибок. Физический уровень обеспечивает средства для передачи данных через среды передачи (проводная среда: медный, коаксиальный и волоконно-оптический кабель; беспроводная среда: радио, спутниковые каналы связи, радиорелейные каналы связи; а также: инфракрасная среда, в которой интерференция практически отсутствует; линии электропередачи и др.). Протоколы этого уровня определяют типы соединителей, частотные характеристики линий связи, уровни напряжений, коды передачи и др.

Нижние уровни (канальный и физический) обеспечивают передачу сообщений между смежными узлами коммутации.

Протоколы четырех нижних уровней обеспечивают быструю и надежную передачу информации, поэтому их часто называют протоколами транспортной сети. Выход в транспортную сеть осуществляется через порт. Каждый процесс имеет свой порт. Перед входом в транспортную сеть информация пользователя получает заголовок того процесса, который ее породил.

37

В качестве примера рассмотрим эталонную модель (ЭМ ВОС) протоколы доступа к ресурсам ЦСИО:-протоколы 1-го уровня - физические и технические характеристики каналов:-для пользователей сети передачи данных (СПД) с коммутацией каналов (КК) - Х.21; -для пользователей сети ПД с коммутацией пакетов (КП) - Х.25 и 1.430; -для пользователей сети ТфОП - V;

-протоколы 2-го уровня - установление, разъединения соединений - определяют процедуры передачи полезной информации с исправлением ошибок (КП) и сигнальной информации; -протоколы 3-го уровня - маршрутизация и коммутация информации, управление потоками - определяют маршрут установления соединений при способе коммутации каналов (КК), управляют транспортировкой пакетов полезной и сигнальной информации; -протоколы 4-го уровня - передача цифровых потоков с разными скоростями - определяют процедуры логического упорядочивания информационных блоков, управляют потоками сообщений; -протоколы 5-го уровня - организация взаимодействия между прикладными процессами - определяют начало и окончание сеансов связи, их восстановление при разъединении соединения на нижних уровнях, исправление ошибок передачи путем повторения передачи блока информации (страницы или нескольких страниц); -протоколы 6-го уровня - интерпретация значения, смысла прикладных процессов - определяют форму документа (шрифты, структура); -протоколы 7-го уровня - управление прикладными программами, предоставление или потребление информационных ресурсов - определяют процедуры обработки сообщений (вид сообщений, качество передачи, идентификация получателя сообщения, язык сообщения, засекречивание информации).

.

38

Управление телекоммуникационными сетями РФ Сеть управления сетью TMN - Telecjmmunication Management Network

Решение задач качественного функционирования телекоммуникационных сетей, включенных в ВСС РФ, обеспечивается системой управления сети путем контроля и мониторинга (наблюдения) за параметрами сети и ее ресурсами.Под системой управления сетью понимается совокупность технических и программных средств, предназначенная обеспечивать выполнение транспортных функций сети связи по передаче (приему) сообщений с установленными параметрами качества. В рамках МСЭ-Т разработана концепция TMN - Telecjmmunication Management Network – сеть управления телекоммуникациями. Функциональная схема взаимодействия сети TMN и сети электросвязи

к др. TMN

Управление сетями электросвязи

МСЭ-Т принял концепцию сетевого управления, которая изложена в рекомендациях М.3000, содержащих общие принципы планирования, функционирования и технического обслуживания сети управления телекоммуникациями - TMN -Telecommunications Management Network.

TMN - наиболее оптимально использует существующие сети электросвязи, проектирование перспективных сетей с точки зрения предоставления сервиса электросвязи пользователям, эффективности капитальных вложений и эксплуатационных затрат.

TMN - предназначена для сокращения сроков простоя оборудования в случае повреждений, оперативного резервирования, а также сбора статистической информации о состоянии отдельных элементов сети (АТС, УК, систем ПД и др.).

39

TMN

Сеть передачи данных (СПД)

Телефонная сеть общего пользования (ТфОП)

АТС

Системы передачи АТ

С

Системы передачи

ПК

Операционные системы

TMN – самостоятельная сеть, имеющая точки (интерфейсы) подключения к элементам сети электросвязи (телекоммуникационной сети).

Операционные системы TMN выполняют функции управления: -автоматического анализа состояния оборудования сети электросвязи; -контроля поврежденных участков сети; -выбора обходных направлений для нагрузки в случае неисправности сети; -оповещения персонала о нарушениях в работе сетевых элементов; -сбора статистических данных и др.

Рабочая станция (персональный компьютер - ПК) взаимодействует с TMN.TMN строится на основе низкоскоростных каналов (например, 9,6 кбит/с) и протоколов взаимодействия с ЛВС (локально-вычислительных сетей, или локальных компьютерных сетей - ЛКС), с сетью коммутации пакетов, например, Х.25.

Оборудование современных сетей электросвязи должно выпускаться с устройствами для подключения TMN (SDH, ATM, сотовой сети связи GSM и др.). Эти устройства представляют собой специализированные микро-ЭВМ и называются контроллерами.Каждый контроллер имеет интерфейс (для подключения к TMN), программное обеспечение ( для сбора, запоминания и отображения информации о состоянии сетевых элементов), а также компьютер (для изменения программы контроллера, осуществления управления сетевыми элементами - переключение групповых и линейных трактов в системах передачи, определение неисправностей, оценки качества передаваемого по сети электросвязи сообщения, сигнала и т.д.).

Благодаря TMN можно управлять сетевыми элементами, которые расположены на расстоянии десятков, сотен и даже тысяч километров от центра управления.

.

40

Службы и услуги электросвязи.

Пользователи взаимодействуют с системой связи (коммуникаций), или коммуникационной системой (КС) не напрямую, а через приложения, которые в свою очередь взаимодействуют друг с другом, используя коммуникационные системы. Коммуникационная система (КС) не работает с каждым приложением отдельно, так как это привело бы к ее непрерывному изменению. Каждая КС разрабатывается для конкретного набора служб (услуг) и обеспечивается соответствующими интерфейсами пользователя.Понятия "служба" и "услуга" в разной технической литературе трактуется по-разному. Сформулируем эти понятия следующим образом: Служба электросвязи - это комплекс организационных, технологических и программно-аппаратных средств, обеспечивающих предоставление услуг потребителям.Услуга электросвязи - позиционируется как применение к конкретной службе.ОГСТфС - общая осударственная система телефонной связи - предназначена для удовлетворения пользователей в услугах электросвязи внутри страны и за ее пределами.

ОГСТфС предоставляет пользователям два вида услуг:

Услуги доставки (передачи, обмена) информации, услуги электросвязи: -электронная почта (электронный почтовый ящик); -факсимильная связь; -документальная связь, в т.ч. - телеграф, "Видеотекс"; -видеотелефонная связь; -мобильная связь; -пейджинговая связь; -твейджинговая связь; -радиорелейная связь;-спутниковая связь;-спутниковая навигация; -индивидуальные каналы связи; -услуги ИСС (IN) - интеллектуальных сетей (платформ) связи; -услуги (службы) передачи данных; -широковещательные телекоммуникационные услуги (службы); -услуги (службы) телерадиовещания;-Internet-услуги;-услуги IP-телефонии. Специальные услуги: Например:-услуги Операторских центров (Call-center), с доступом в интерактивном режиме или через операторов (телефонистов) и другие.К службам сервиса (основным и бесплатным) Минсвязи РФ относит:-службы "01", "02", "03", "04", "05", "911" (США), "112" (Европа), "08", "09", "100";-службы абонентского сервиса.К дополнительным видам обслуживания (ДВО) - услугам, относятся все остальные услуги, предоставляемые пользователям, как правило, на коммерческой основе.

41

Перспективы развития услуг электросвязи.

"Скажи мне, - спросил своего учителя, греческого философа Анаксимена, юноша, - почему у тебя, умудренного знаниями и жизненным опытом, так много неясных вопросов?" Учитель начертил на земле один большой круг и один маленький и сказал:"Все, что за пределами этих кругов - неизвестность, и чем шире круг знаний, тем протяженнее его граница с неизвестностью, тем больше будет возникать неясных вопросов".

Классическая телефония с ее традиционными услугами - POTS (Plain Old Telephone Servce) - это малый круг, большой круг - это IP-технологии, являющиеся результатом конвергенции (взаимопроникновения) телекоммуникационных и информационных услуг и технологий в условиях бурного роста трафика передачи данных (30% в год) по сравнению с ростом речевого трафика (3% в год). Ежегодный прирост абонентов IP-сетей составляет 5%, в основном за счет Интернет (а именно, использование протокола и технологий IP, обеспечивающих качественную передачу речевой информации в сетях пакетной коммутации).

Эволюция развития телекоммуникационных услуг

Телефонные Широкополосные Услуги IPv4 , Телефонные Широкополосные Услуги IPv6,услуги ТфОП услуги (ТВ) Wi-Fi, WMAN услуги ТфОП услуги (ТВ) Wi-Fi, WMAN,

моб.связь, др. моб.связь, др.

Ситуация сегодня Прогноз на будущее где:

технологияWi-Fi - узкополосных служб

стандарт беспроводный доступ к сетямWMAN - широкополосных служб

В течение многих лет ТфОП и IP-сети будут взаимодействовать и дополнять друг друга.

42

Сигналы электросвязи и их спектры Все сигналы подразделяются: периодические и непериодические.

Периодическим называется сигнал, значения которого повторяются через определенные равные промежутки времени, или периоды (Т).Простейшим периодический сигнал это - гармоническое колебание:

S(t) = S cosΩt, где: S – амплитуда, Ω - угловая частота колебанийs(t)

S t

Ω = 2 / Т Т

Непериодический сигнал легко получить из периодического, увеличивая

период колебания вплоть до Т = . При этом спектр непериодического сигнала является в общем случае не дискретным, а непрерывным.

Спектр речевого сигнала:Частота основного тона речи находится в пределах от 50,0 - 80,0Гц (самый низкий мужской) до 200,0 - 250,0Гц (самый высокий женский или детский). Частотный спектр речи лежит в пределах: от 50,0 – 100,0Гц до 8000,0 – 10000,0ГцМСЭ - Т определил верхние и нижние границы спектра речевого сигнала: 300,0 – 3400,0Гц, в качестве эффективного спектра речи, передаваемого по каналам электросвязи.

Спектр речи Мембрана форманты

Угольный порошок

Линия

Звук Микрофон Батарея

0 300 3400 Частоты 7000

Гц

Для передачи речевой информации требуются заметно меньшие скорости и частоты. Звуки речи различных людей отличаются количеством формант (спектральных областей резонирования при произношении звуков речи) и их частотами. Отдельные звуки могут иметь до шести формант, которые большей частью сосредоточены в диапазоне частот 300,0...3400,0 Гц.

МСЭ-Т установил: качество речи удовлетворительное, если передаются шесть формант, т. е. спектр частот может быть ограничен диапазоном 300,0- 3400,0Гц.. Именно эти частоты приняты Международным союзом электросвязи, сектор телефонии (МСЭ-Т), и именно они используются для передачи речи в мире.

43

Наряду с формантами имеются менее мощные составляющие звуковых частот, которые и придают голосу каждого человека индивидуальность, позволяющую безошибочно узнать говорящего. Спектр этих частот простирается от десятков герц до 7,0кГц и выше, при этом тесты по различению звуков (артикуляции) убедительно показывают, что понятность и разборчивость речи улучшаются с увеличением ширины полосы частот. Для слогов в полосе 0,3-3,4кГц точность составляет около 75%, а в полосе 7,0кГц превышает 95%.Скорость нормальной речи может достигать около 120 слов в минуту. При сжатии полосы спектра до 3,4кГц может быть 40 неоднозначно принятых слов в минуту, а до 7,0кГц - меньше четырех, что близко к точности речи. Если слово не понятно, мозг, используя речевой и смысловой контекст, пытается автоматически устранить неоднозначности, поэтому мы достаточно терпимо относимся к качеству имеющейся телефонии. Тем не менее, субъективные оценки усредненного качества речи позволяют сделать вывод, что разница между традиционной и широкополосной телефонией, составляет около 20%.Проблемы распознавания отдельных звуков ("п" и "т", "ф" и "с", "м" и "н") усугубляются при использовании систем распознавания речи, все более востребованных при создании интерактивных голосовых меню.

Спектр звукового сигнала (музыка и пение, включающие в себя и спектр речи) имеет общую полосу частот 20...20 000 Гц и зависит от класса вещания:-1-ый класс – 50,0...10 000,0Гц; высший класс – 30,0...15 000,0Гц и т.д.

Спектр факсимильных сигналов обычно имеет полосу частот 1500,0 – 3000,0Гц. Ширина спектра факсимильного сигнала зависит от скорости развертки изображения и размеров светового пятна. Например, на стандартном листе бумаге форматом А 4 в одной строке помещается примерно 1000 черно-белых элементов изображения при ширине светового пятна 0,2мм. Если скорость развертки составляет 60 строк в минуту, т.е. каждая строчка считывается за 1 с, то за эту секунду 500 раз будет осуществлен переход с черного на белое и наоборот, а, следовательно, максимальная частота чередования импульсов – 500,0Гц.Для передачи газет применяются высокоскоростные факсимильные аппараты с шириной светового пятна 0,05мм (в обычном случае 0,1 - 0,2мм). Это требует повышенную скорость развертки (в обычном режиме – 60 строк в минуту) и позволяет передавать одну полосу газеты за 2,0 – 3,0мин. Таким образом, спектр факсимильного сигнала при передаче газетных полос расширен до 180,0кГц.

Спектр телевизионных сигналов на примере электронно-лучевой трубкиЛюбое подвижное изображение – это, как правило, смена через каждые 40,0мс одного неподвижного изображения другим. Т.е. 25 кадров в 1,0с. За время между сменой кадров "просматривается" все неподвижное изображение (625 строк, 833 элемента в каждой строке), содержащее полмиллиона элементарных площадок, или элементов. Элемент просматривается в течение полумиллионной доли от отведенных на просмотр всего кадра 40,0 мс (две десятимиллиардных доли секунды). При этом человеческий глаз "видит" то, чего уже нет на экране, еще 0,1с.

44

На самом деле никакого изображения нет на экране, есть только светящаяся точка, бегущая по строкам (экрану) с невероятной скоростью. Светящуюся точку перемещает электронный луч, который сфокусирован с помощью специальных электрических линз и способен отклоняться под действием магнитного поля и развертывать изображение.Конструкция электронно-лучевой трубки иммитирует глаз: объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, искусственная сетчатка из серебряно-цезиевого сплава – сетчатка глаза, но в очень примитивном виде, т.к. она содержит всего 0,5 млн. фоторецептеров, а это намного меньше, чем у глаза. На основании вышесказанного ширина спектра телевизионного сигнала: -625 строк Х 833 элементов в строке = 520 625 элементов в кадре;-25 кадров Х 520 625 = 13 015 625 элементов,следовательно, переход с черного на белое, или наоборот, происходит примерно 6,5 млн. раз в секунду, т.е. 6,5 мГц – верхняя граница ширины спектра телевизионного сигнала, нижней принято считать нижнюю границу звукового сигнала – 50,0Гц.Ширина спектра сигналов электросвязиВид сигнала Ширина спектра (средняя), ГцТелеграфный сигнал 0............100Телефонный сигнал (речевой) 300.........3 400 (300………….7000)Звуковое вещание (музыка, пение) 20......20 000 Факсимильный при скорости 120 строк/мин

сигнал при передаче газет

0.........3 000 0.....180 000

Телевизионный сигнал 50...6 500 000...

HDTV - High Dfinition TeleVision — телевидение высокой четкости представляет собой набор стандартов цифрового телевидения, которые обеспечивают лучшее качество изображения по сравнению с существующими аналоговыми и цифровыми телевизионными стандартами. HDTV предполагает разрешение 1920х1080 точек на дюйм, тогда как в используемом российскими телекомпаниями стандарте вещания SECAM разрешение составляет 625 строк. При этом формируемое сейчас изображение имеет размер 720х576 точек на дюйм, что примерно в пять раз меньше, чем в формате телевидения высокой четкости. Высокому техническому качеству изображения HDTV соответствует и более совершенное качество звука – ширина спектра речевого сигнала -7,0кГц.

Принципы передачи сигналов электросвязиВ качестве сред передачи сигналов электросвязи используются:-электромагнитное поле в проводах (проводная связь);-электромагнитное поле в открытом пространстве (радиосвязь);-световой луч (оптическая связь).

Источник сообщения Получатель сообщения

a(t) s(t) v(t) v΄(t) s΄(t) a΄(t)

45

Преобраз. сообщен. в сигнал

Преобраз. сигнала

Среда распростр.

Обратное преобраз. сигнала

Преобраз. сигнала в сообщен.

Сообщение на приемном конце должно соответствовать сообщению на передающем конце. При этом для разных сообщений качество передачи оценивается по-разному, например:-для телефонных сообщений важны разборчивость и узнаваемость;-для телевизионного сообщения есть стандарт – таблица, по которой оценивается качество.Устанавливается норматив на ошибки: КО – коэффициент ошибок (отношение числа ошибочно принятых элементов сообщения к общему числу принятых). Для каждого вида и типа связи свой КО, который всегда значительно меньше единицы, т.е.: чем ближе КО к нулю, тем лучше связь.

Использование шкалы частот в электросвязи

Лучи

Переменный ток Инфракр. лучи

101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

46

Проводн. вещание

Радиосвязь

Радио-релей. связь

Оптич. связь

Спутнико-вая связь

Видимыелучи

Ультрафио-летовые

Рентгеновск.

Проводная (кабельная) связь

Инфразвук 0-25Гц

Радио-волны

.Телекоммуникационные сети

ТерминыСеть - это объединение переключаемых коммуникационных звеньев (communication links), обеспечивающих возможность соединения между терминалами (оконечными устройствами). Звено (link) - это понятие используется в телекоммуникационной сети для организации коммуникационного пути между двумя смежными объектами, (терминалами или промежуточными переключателями, последние могут быть коммутационными системами или узлами коммутации). Узел (Node) - конечная (или промежуточная) точка сетевого соединения или перехода, общего для 2-х и более каналов (линий) связи. В качестве узлов могут использоваться процессоры, контроллеры, рабочие станции - персональные компьютеры в ЛВС, а также системы коммутации телекоммуникационных сетей. Так часто называется любой элемент, обеспечивающий доступ к сети. В узлах коммутации осуществляется маршрутизация информации, коммутируются соединительные линии (каналы) в требуемом направлении и другие функции. Административный, территориальный и технологический принцип деления телекоммуникационных сетей.

Административно-территориальный принцип деления сетей:федеральные сети;зоновые сети;местные сети;корпоративные (ведомственные) сети;локальные сети.Технологический принцип деления сетей:аналоговые;цифровые;интеллектуальные;транзитные;проводные (кабельные) и беспроводные (мобильные, или сети подвижной связи: сотовые, спутниковые, радиорелейные, пейджинговые, твейджинговые, транкинговые и т.д.).

Структура телекоммуникационных сетей. Телефонные сети России практически все аналоговые. Доля цифровых АТС в городах не превышает 20%, а в сельской местности - 5%. Межстанционные и межузловые линии связи, как правило, цифровые. Поэтому местные телефонные сети РФ относятся к типу аналого-цифровых.

Структура телекоммуникационной сети в большой степени определяется размерами обслуживаемой территории и количеством абонентов (пользователей): глобальные, региональные, локальные сети.

47

Федеральные округа администрации связи.

Центральный федеральный округ ОАО "Белсвязь",ОАО "Воронежсвязьинформ",ОАО "Ивтелком",ОАО "Липецксвязь",ОАО "Электросвязь" Московской области (ОАО "Центртелеком"),ОАО "Электросвязь" Рязанской области,ОАО "Смоленсксвязьинформ",ОАО "Тамбовэлектросвязь",ОАО "Яртелеком",ОАО "Ростелеком",Северо-западный федеральный округ ОАО "Ленсвязь",ОАО "Электросвязь" Псковской области,Южный федеральный округ ОАО "Каббалтелеком",ОАО "Кубаньэлектросвязь",ОАО «Электросвязь» Ростовской области,Приволжский федеральный округ ОАО "Связьинформ" Республики Мордовия,ОАО "Удмурттелеком",ОАО "Уралсвязьинформ",ОАО "Связьинформ" Самарской области,Уральский федеральный округ ОАО "Уралтелеком",ОАО "Тюменьтелеком",ОАО "Ямалэлектросвязь",ОАО "Связьинформ" Челябинской области,Сибирский федеральный округ ОАО "Электросвязь" Республики Бурятии,ОАО "Электросвязь" Красноярского края,ОАО "Электросвязь" Иркутской области,ОАО "Электросвязь" Кемеровской области,ОАО "Электросвязь" Новосибирской области,Дальневосточный федеральный округ ОАО "Электросвязь" Приморского края,ОАО "Электросвязь" Хабаровского края,ОАО "Камчатсвязьинформ".

48

При проектировании телефонной сети выбирается один из следующих принципов построения: - радиальный (сельские телефонные сети - СТС и городские телефонные сети - ГТС в малых городах);- радиально-узловой (ГТС средних городов, сельские сети); - каждый с каждым (соединяются между собой узлы коммутации - УК); смешанный (радиально-узловой и "каждый с каждым") - на ГТС крупных городов, в территориально-крупных регионах.

Фиксированная связьСети фиксированной (стационарной) электросвязи являются для всех телекоммуникационных сетей базовыми. С 1876 г, когда был оформлен патент на изобретение А.Г.Беллом телефонного аппарата, до настоящего времени, сети фиксированной связи претерпели кординальные изменения. Сначала, когда емкость этих сетей была незначительна, телефонные станции (ручного обслуживания - коммутаторы и электромеханические – АТС машинной и декадно-шаговой системы) соединялись между собой по принципу: "каждая с каждой".

С ростом емкости АТС и бурным ростом населения, торговли, промышленности и инфраструктуры городов и, как следствие, городских телефонных сетей возникла необходимость строить эти сети наиболее рациональным и экономичным способом, который называется:"радиально-узловой".

49

АТС2

АТС1

АТС3

АТС5

АТС2

АТС4

АТС 1

УК1

АТС3

УК 2

АТС6

Структура систем телекоммуникаций.

Основные характеристики телекоммуникционных сетей.

Задержка (время передачи и обработки) информации должна соответствовать норме и быть минимальной. Ресурсы сети (ширина полосы) должны использоваться эффективно, сеть или любая ее часть не должны простаивать. Стоимость сети (капитальные затраты и эксплуатационные расходы) должны быть минимальны.

Сетевые конфигурацииСамая простая сеть представляет собой соединенные через некую передающую среду (например, медные провода, радиоканал, оптическое волокно) между собой напрямую два коммуникационных устройства (звено).

Одиночное двухточечное звено (звено "точка-точка")

Передающая среда: медная пара, коакс. кабель, оптич. волокно (ВОЛС), радиоканал...

Звено соединение по стандарту (например, RS-232)

В качестве терминального оборудования, например ЛВС, используются:-компьютеры;-принтеры;-сканеры;-электронные дверные замки;-охранное и противопожарное оборудование и т.д. Обычно в системе имеется больше двух устройств, которые используют общую среду передачи.

50

ПК ПК

Первичные сети электросвязи

Вторичные сети электросвязи

Службы

Услуги

Существуют две конфигурации телекоммуникационных сетей: а) широковещательные сети б) коммутируемые сети

Коммутационный узел

Разделяемое звено Звено ЗвеноЗвено

В широковещательной сети каждый В коммутируемой сети каждый терминал совместно используют терминал имеет выделенное звенообщую среду передачи в тот момент к узлу коммутации, который и времени, когда другие ее не используют. соединяет его с терминалом, с Термин "широковещательный" означает которым он поддерживает связь или совместное использование среды всеми напрямую, или через другие узлы. терминалами совместно. В отличие от широковещательной Отправляемые сообщения принимаются сети, сообщения от узла коммутациивсеми терминалами и каждый из них коммутируемой сети принимаются исследует полученные сообщения и только коммутационным узлом на проверяет кому они предназначены. приемной части канала, а не всеми Это подводит к концепции: остальными узлами."Управление доступом к среде передачи" В такой сети коммутационные узлы (MAC - Media Access Control) являются посредниками и обеспечивают

ретрансляцию или коммутацию речи и данных от других узлов, в целях нахождения адресата.

Сетевая топология

Сеточная топология (mesh-топология)

Сеточная топология - это такая топология, в которой коммутационные узлы напрямую соединены друг с другом.

Сети с полной сеточной Сети с частичной сеточнойтопологией топологией

.

.

.

51

Сравнительные характеристики сеточных сетевых топологий

В сети с полной сеточной топологией все узлы соединены друг с другом

В сети с частичной сеточной топологией не все узлы соединены друг с другом, некоторые из них должны связываться через промежуточные узлы

В полной сеточной топологии никакие переключения не используются, поскольку каждый узел имеет выделенные связи со всеми остальными. Такая сеть очень непрактична с точки зрения стоимости, поскольку с добавлением новых узлов в сети резко возрастают затраты на дооборудование остальных и строительство новых узлов.

Частичная сеточная топология является практичной и наиболее общей сетевой конфигурацией. Узлы, имеющие большой трафик соединяются напрямую, а остальные - через промежуточные узлы.

Центральная базовая сеть некоторых крупных сетей строится по принципу полной сеточной топологии.

Звездообразная топология (топология "звезда" - в локальных сетях), или топология "радиально-узловая" - в телекоммуникационных сетях

Это самая простая топология, в которой все коммутационные узлы соединяются напрямую с общим центральным узлом, который осуществляет связь между узлами.

Центральный узел должен обслуживать большой трафик, поэтому он довольно сложный и дорогой.

Схема ненадежна, т.к. выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть.

Кольцевая топология

В кольцевой топологии все коммутационные узлы соединены друг с другом двухточечными звеньямитаким образом, формируя замкнутый контур.Информация передается от узла к узлу, пока не достигнет адресата.Недостаток: выход из строя одного узла приводит к нарушению работы всей сети. На практике за счет усложнения оборудования эта проблема успешно решена - передача может осуществляться в обоих направлениях. Эта схема применяется, как правило, в телекоммуникационных сетях на транспортном (4-м) уровне ЭМ ВОС.

52

Шинная топология УК УК

Шины ПовторителиЭта топология - пример - полностью распределенной сети. УККаждый узел напрямую подсоединяется к кабелю или шине, используя соответствующие интерфейсы и оборудование. УКСхема позволяет расширение за счет использования взаимоувязанных шин, формируя УК УКдревовидную структуру (древовидную сеть).В отличие от кольцевой топологии, в шинной и древовидной сети не требуется замкнутая среда передачи. Как и в кольцевой сети, все узлы совместно используют общее звено передачи данных - шину. В каждый момент времени только одно устройство может передавать данные. При этом требуется управление доступом: когда узлы могут передавать свои данные на шину. Наиболее распространенный способ доступа в шинной топологии - множественный доступ с контролем несущей (CSMA - Carrier Sense Multiple Access), который используется в сетях типа Ethernet.

Типы (размеры телекоммуникационных сетей):

Глобальные сети (WAN -Wide-Area Networks, Area - зона, набор сетевых сегментов и присоединенных к ним устройств) - это сети передачи данных, которые охватывают очень большую географическую территорию (более 100кв.км.). Такие сети, как правило, организуются на каналах (арендуемых) ТфОП (телефонных сетей общего пользования), однако в последнее время крупные коммерческие компании строят высокоскоростные (порядка 10,0гбит/с) сети передачи данных общенациональных и даже глобальных масштабов. Глобальные сети принадлежат сетевому провайдеру (или арендуются) и обслуживают пользователей в платном режиме. Провайдеры несут ответственность за использование своих (арендуемых) сетей. Для глобальных и региональных сетей предпочтение отдается иерархическому принципу построения их структуры. Региональные сети (MAN – Metropolitan Area Networks) - это сети передачи данных, обслуживающих так называемую "зону метро" (десятки кв. км.), т.е. обслуживают густонаселенные регионы типа городов. Скорости передачи данных в региональных сетях электросвязи (в соответствии сMAN-стандартом) аналогичны скоростям, допускаемым в WAN-сетях. Локальные сети (LAN – Local Area Network) - как правило, это высокоскоростные компьютерные сети передачи данных или УАТС, действие которых ограничивается географическим размером (до нескольких км.), обычно LAN располагаются в одном здании или на небольшой территории. Владельцы локальных сетей не несут никакой ответственности за их использование. Локальные и региональные сети похожи друг на друга, но в региональных сетях могут использоваться арендуемые каналы на основе несущих частот.

53

Требования к телефонным сетям.

-прозрачный физический канал от источника информации до получателя (адресата) информации на все время связи; -последовательное объединение нескольких звеньев в узлах коммутации (УК); -образование звеньев каналами тональной частоты (КТЧ) систем передачи (СП) в коммутационных системах с частотным разделением каналов (ЧРК) или каналами СП в коммутационных системах с временным разделением каналов (ВРК); -каналы сетей с коммутацией каналов (КК) общего пользования являются общим ресурсом для всех пользователей; -длительность обмена информацией должна зависеть исключительно от пользователей; -сеть должна обеспечивать целостность физического канала от источника информации до получателя (адресата) на все время связи; -сеть должна обеспечить обмен сигнализацией (абонентской, внутристанционной, межстанционной) по принципу "от звена к звену" (в состав сигналов системы сигнализации входят линейные, адресные, или регистровые, информационные); -сеть должна обеспечить качество предоставляемых пользователям сетевых ресурсов, т.е. обеспечить норматив на количество внешних и внутренних блокировок, а также норматив на допустимое время ожидания обслуживания вызова.

Каналы связи предоставляются сетями не только для речевых сообщений, но и для передачи данных - массивов больших объемов (файлов), факсимильных сообщений, цифровых видеосигналов. При этом время задержки передачи информации не должно превышать 10,0-25,0с, которое определяется временем набора номера и установления соединения к вызываемому абонентскому устройству.

Пользователи взаимодействуют с системой связи (коммуникаций) не напрямую, а через приложения, которые в свою очередь взаимодействуют друг с другом, используя коммуникационные системы.

54

Функциональная схема телекоммуникационной сети (общий вид)

АТС УИВСМ1 - 10 1 - 6 АМТС

10,0 100,0

АТС УИВСМ ЭАТС1 -10 1 – 6 100,0

УИВС 10,0 100,0 1 - 6

1000,0

АТС УИВСМ1 – 10 1 - 610,0 100,0

УИС 1 - 6 1000,0

АТС УИВСМ1 –10 1 - 610,0 100,0

55

Аналоговые телефонные сети

Иерархия аналоговой телефонной сети, как и других телефонныхсетей России, Европы и США, имеет несколько уровней коммутации (в каждой стране количество уровней коммутации различно):•1-ый уровень – региональные узлы (центры) коммутации;•2-ой уровень – междугородные узлы (центры) коммутации (АМТС);•3-ий уровень – оконечная АТС (районная АТС – РАТС).

Иерархическая (древовидная) структура аналоговой телефонной сети с тремя уровнями коммутации

3-й уровень

3-й уровень

2-ой уровень1-й уровень

2-ой уровень

3-й уровень

В приведенной иерархии изображен один региональный центр коммутации (ЦК). Однако на практике таких центров может быть несколько (в США – 12).Главный недостаток иерархической (древовидной) структуры сети, по которой строились аналоговые телефонные сети - высокая чувствительность сети к повреждениям на соединительных линиях и в центрах коммутации (АТС, узлах), что приводит к отсутствию связи в конкретных направлениях. Для устранения этого недостатка приходится между парами коммутационных центров (АТС, узлах) прокладывать избыточное число соединительных линий, в том числе в обходных направлениях.Иерахическая древовидная структура сети связи используется только в аналоговых телефонных коммутируемых сетях общего пользования. Нагрузка (поток вызовов, поток сообщений, речевой поток и т.д.) всегда направляется через ближайший центр коммутации (АТС) самого низкого уровня из имеющихся в наличии уровней иерархии. Это позволяет сэкономить на оборудовании сети, а также повысить качество связи за счет использования более короткого пути и наименьшего числа точек коммутации. Таким образом, центры коммутации, обслуживающие местные вызовы (междугородные и международные вызовы не ослуживаются), между двумя оконечными станциями (АТС), выполняют функцию транзитного узла коммутации.

56

ЦК

Часть телефонной сети, в состав которой входят транзитные узлы коммутации (узлы коммутации исходящего, входящего сообщений или смешанные), называется узловым телефонным районом, в пределах которого все вызовы рассматриваются как местные.

Функции коммутации местной и междугородной (международной) связи Разделение функций коммутации в случае местной и междугородной связи объясняется, главным образом, удобствами расчетов за телефонные переговоры, передачу данных, а также различными требованиями к технической эксплуатации сооружений связи. Местные соединения, как правило, короткие и осуществляются лишь через несколько центров коммутации (АТС, узлов). Междугородные соединения проходят через большое число коммутационных центров (АТС, узлов) при использовании довольно длинных междугородных соединительных линий между ними.

Характеристики аналоговой телефонной сети

Одним из самых трудных моментов при проектировании аналоговой телефонной сети является установление норм на качество передачи по отдельным системам сети. Эти нормы уточняются с учетом экономических оценок и зависят от разновидности, а также типов оборудования и линий связи.При установлении норм качества передачи на аналоговой телефонной сети учитываются следующие основные факторы: - Затухание сигнала (норматив на потерю мощности звукового сигнала при установлении телефонного соединения: 8,0 дБ, который никогда не выдерживается на практике); - Шум (стандартный эталон шума: – 90,0 дБ.). Качество аналоговых каналов при передаче сообщений не оценивается классическим соотношением "сигнал-шум", т.к. уровни шума в них сравнительно низкие, шум ощущается только в паузах, когда нет сигнала. Норматив на уровень шума на местных сетях: – 28,0 дБ, а на зоновых: – 34,0 дБ. -Помехи: Помехи называются переходными, если сигнал помехи воспринимается как информационный сигнал. В аналоговых сетях переходные помехи регулировать очень трудно. Они проявляются в паузах, когда нет сигнала, т.е. уровень мощности полезного сигнала равен нулю;- Искажения:

нелинейные искажения вызываются нелинейными элементами: угольными микрофонами, усилителями сигналов в том числе - усилителями тональной частоты;

линейные искажения бывают следующих типов: амплитудные искажения возникают при передаче сигнала на длинные расстояния через катушки пупинизации, фильтры, которые должны пропускать частоты разговорного диапозона 0,3 – 3,4 кГц, но на практике отсекаются частоты свыше 3,0 кГц. - фазовые искажения при передаче речи практически не ощутимы и обусловлены задержками, зависящими от конкретных частот, составляющих спектр сигнала. Для каждой частоты - своя задержка.

57

- Эхо и самовозбуждение возникают в результате того, что передаваемые сигналы из-за несогласованности полных сопротивлений диффсистем на стыке двухпроводных цепей с четырехпроводными цепями. Сигнал эха, затухает в два раза сильнее полезного сигнала. Если информационный (полезный) сигнал отражается многократно, особенно на коротких линиях, возникает явление самовозбуждения, или генерации, т.е. усиление сигнала в цепи обратной связи значительно больше единицы. Для устранения явления "местного эффекта", или эха, устанавливают приборы -эхокомпенсаторы. - Мощность речевых сигналов Уровень мощности речевого сигнала в период активного разговора составляет в среднем: 16,0 дБ. - Полоса разговорных частот: 0,3 – 3,4 кГц.

Электрические параметры аналоговых телефонных сетей: -Rшл. = RL - сопротивление шлейфа;-Wиз = Rиз/L сопротивление изоляции;-Cраб = CL рабочая емкость;-a = L собственное затухание

кабель/провод диаметр жилы, провода мм

сопротивление цепиОм/км

рабочая емкость нФ/км

сопротивление изоляции Мом/км

коэффициент затухания дБ/км (кГц)

кабель ТГ 0,5 190 50 4000 1,37 (0,8)

кабель ТПП 0,5 190 50 7000 1,26 (0,8)кабель МКС 1,2 31,7 24,5 20 000 5,17 (1024)провод ТРП, ТРВ

0,5 296 - 500 -

Максимальная длина абонентской линии при затухании 4,3 дБ для кабеля:

- ТГ (диаметр жилы 0,4) – 2,57 км; - ТГ (диаметр жилы 0,5) – 3,18 км- ТПП (диаметр жилы 0,4) – 2,75 км; - ТПП (диаметр жилы 0,5) – 3,4 км.

Примечание: 1,0Нп = 8,7 дБ.

.

58

Системы коммутации

В системах связи можно выделить три основных элемента:

-системы коммутации; -системы передачи; -оконечные устройства.

Основной функцией любой системы коммутации является установление и разъединение соединений (при коммутации речевых каналов три основных категории соединений: местные, транзитные, распределение вызовов). Системы коммутации подразделяются: -коммутационные станции (КС); -узлы коммутации (УК). -центры коммутации (ЦК) В коммутационных станциях и узлах (КС и УК) реализуются следующие функции: -сигнализация (наблюдение за состоянием линий связи, их активностью и трансляция этого состояния или управляющей информации в устройство управления КС, а также выдача управляющих сигналов на исходящие линии при поступлении соответствующих команд из управляющих устройств КС); -управление (устройства управления обрабатывает поступающую информацию, и устанавливает соединение в конкретном направлении); -коммутация (сама схема коммутации реализуется структурой, образованной точками коммутации, которые используются для установления соединения между входящими в КС линиями и исходящими).

Функциональная схема системы коммутации (КС) аналоговой сети

Нормы на затухание полезного сигнала: 4,5дБ 1,0дБ 1,2дБ 1,2дБ 1,0дБ 4,5дБ

17,0дБ (на частоте 800,0Гц)

30,0дБ – для междугородной связи; 28,0дБ – для внутризоновой (местной) связи

.

59

Коммутационная система

Сигнализация Управление Сигнализация

ТА

АТС

УИС

УВС

АТС

ТА

Электромеханические системы коммутации

В настоящее время в мире существует два основных типа электромеханического комутационного оборудования: -декадно-шаговое (изобретатель – Э.Б. Строуджер);

ПИ IГИ ДГИ IIГИ IIIГИ IVГИ ЛИ

абонент "А" "а" "в" "х1" "х2" "х3" "х4 х5" абонент "В"РАТС-1 УИС УВС РАТС-2

АВС ав ххххх – максимальная монтированная емкостьтелефонных сетей, находящихся в одной зоне "АВС" – 10,0 млн. номеров.

Пример:-Вызывающий абонент "А" 126-74-50 снимает телефонную трубку со своего телефонного аппарата, получает зуммер "ответ станции" (4,0-6,0В, 450,0Гц) из приборов декадно-шаговой АТС (АТСДШ) и набирает номер вызываемого абонента "В" местной (внутризоновой) сети 126-74-59. При этом, щетки шагового искателя (предискатель - ПИ) находят свободный декадно-шаговый прибор IГИ (1-й групповой искатель), который принимает импульсы набора первой цифры номера телефона вызываемого абонента "В" - "1", поднимает свои щетки на первую декаду. Щетки, скользя по ламелям в свободном вращении, отыскивают свободный выход к следующей - 2-й - ступени группового искания (в нашем случае миллионное направление, или УИС – узел исходящего сообщения первой миллионной зоны), устанавливают соединение к декадно-шаговому прибору ДГИ. ДГИ принимает вторую цифру номера телефона вызываемого абонента - "2" и, аналогично IГИ, устанавливает соединение ко IIГИ (УВС – узел входящего сообщения - стотысячное направление, или стотысячный узловой район). IIГИ принимает третью цифру номера (десятки тысяч) телефона вызываемого абонента – "6" набираемого номера телефона абонента "В", устанавливает соединение к IIIГИ конкретной АТСДШ (в нашем примере к АТСДШ с индексом "126". lllГИ принимает 4-ю (тысячный знак) цифру номера телефона вызываемого абонента - "7" и устанавливает соединение к IVГИ. IVГИ принимает 5-й (сотенный) знак номера телефона вызываемого абонента - "4" и устанавливает соединение к ЛИ (линейному искателю). ЛИ отличается от всех предыдущих декадно-шаговых искателей ступеней группового искания (ГИ) тем, что он устанавливает соединение непосредственно к вызываемому абоненту "В" и для этого использует не одну, как ступени ГИ, а две (последние) цифры номера телефона вызываемого абонента (десятков и единиц). ЛИ, принимая цифру десятков номера вызываемого абонента - "5", устанавливает (поднимает) свои щетки на декаду (5-ую), соответствующую цифре десятков набираемого номера телефона. Принимая цифру единиц номера телефона вызываемого абонента, ЛИ вращает свои щетки по ламелям выбранной декады, устанавливая их в положение, соответствующее цифре единиц номера - "9".Таким образом, установилось соединение от вызывающего абонента "А": 126-74-50 к вызываемому абоненту "В": 126-74-59.

60

ТАТА

Из декадно-шагового прибора ЛИ в телефонный аппарат вызываемого абонента (абонента "В") передается индукторный сигнал посылки вызова (ПВ): 25,0Гц; 90,0-110,0В, длительностью 1с, с интервалом 4с. В сторону телефонного аппарата вызывающего абонента "А" (126-74-50) из ЛИ передается зуммерный сигнал "контроль посылки вызова" (КПВ): 450,0Гц, 4-6В с той же периодичностью, что и сигнал ПВ.В АТСДШ используется принцип непосредственного управления установлением соединения: соединение в коммутационной системе устанавливается постепенно, по мере поступления каждой цифры набираемого абонентом номера от одного участка коммутации к другому.

При непосредственном управлении установлением соединения управляющие элементы объединяются с коммутационной системой. Эта особенность КС очень полезна при внедрении коммутационных станций (АТСДШ) разной емкости или при расширении (уменьшении) емкости станции.

Коммутационная система с непосредственным (прямым) способом управления имеет ряд существенных недостатков: -большая вероятность блокировки вызова в связи с незначительным (не более 10) числом выходов из предыдущей ступени искания, доступных данному конкретному входу следующей ступени искания (прибора); -отсутствие возможности организовать обходные пути при установлении исходящих соединений; -отсутствие возможности использовать способы сигнализации, которые отличаются от передачи импульсов набора номера декадно-шаговым способом (линейная сигнализация), осуществляемая по разговорным проводам "а" и "в"; -отсутствие возможности трансляции всего номера или его части.

Указанные выше недостатки устранены в другом типе электромеханических коммутационных систем – координатном.

В координатных системах используется централизованное (общее) управление при выборе соединительных путей. При установлении соединения управляющее устройство коммутационной системы сначала принимает весь номер вызываемого абонента, и только после этого начинается его обработка. Главнейшим преимуществом коммутационных систем с централизованным (общим) управлением является разделение функции коммутации и функции управления, которые реализованы в отдельных устройствах.В конструкции координатного многократного соединителя (МКС) используется пересечение горизонтальных и вертикальных шин с точками коммутации (контактами), которые осуществляют коммутацию (установление соединения).

Все современные коммутационные системы используют принцип централизованного управления, независимо от типа коммутационного оборудования (электромеханического или электронного).

61

Функциональная схема АТС координатной системы (АТСК)

"А" АИ "В" "А" IГИ "В" "0" к УСС-0

100 60 20 80 120 "8" 400 к АМТС

20 к УИС1 -7, 9

20 РИ 5

"С" АИ "D" "В" IIIГИ "А" 200 40 400 120

от др. АТС и УВС к др. АИ-АВ 80

30

где:МКС – многократный координатный соединительАК – абонентский комплект АИ-АВ - ступень абонентского искания (блок АИ-АВ - сотенная абонентская группа) 100х60х40 содержит:-100 – количество АК, включаемых в поле МКС зв. А, ступени искания АИ-АВ-60 - количество промежуточных линий (ПЛ) между звеньями А и В-40 – количество выходов из каждой ступени искания АИ-АВ (звено В), в которые включаются соответственно 20 исходящих шнуровых комплектов (ИШК) и 20 промежуточных линий между ступенями искания АИ-СD (звено С), АИ-АВ (звено В) МАВ – маркер абонентской ступени искания АИ-АВ, не принимает и не передает информацию в другие управляющие системы (приборы) многочастотным способом (кодом 2 из 6). Для тысячной абонентской группы (1000 номеров телефонов) необходимо установить: -10 стативов АК (1 статив – 100 номеров),-10 стативов АИ-АВ (1 статив – 100 абонентских номеров),- 5 стативов ИШК (1 статив – 40 исходящих шнуровых комплектов),- 4 статива АИ-СD (1 статив – 30 входящих шнуровых комплектов - ВШК и с.л.),- 5 стативов ВШК (1 статив – 48 входящих шнуровых комплектов, в т.ч. 8 ВШК междугор.)-АИ-СD – ступень абонентского искания (блок АИ-СD), предназначена для коммутации (установлении соединения) к ступени АИ-АВ -Ступень абонентского искания АИ-СD (блок АИ-СD) 30х40х200 содержит:-30 – число входов в каждую ступень искания АИ-СD (звено D), в которую включаются входящие шнуровые комплекты (ВШК, ВШКМ), -40 – количество промежуточных линий между звеном "D" и звеном "С" ступени искания АИ-СD, -200 – количество промежуточных линий (п.л.) между звеном "С" и звеном "В" (для 1000-ой абонентской группы – 10 сотенных направлений, по 20 п.л. в каждом направлении).- МСD – маркер ступени АИ-СD

62

ИШК

МАВ МГИ IГИ

МСD МГИ IIIГИ

АК

АР

ВШК

ВШКМ

МРИ

- ИШК – исходящий шнуровой комплект обслуживает исходящие соединения- РИ – регистровое искание, однозвенная схема 20х5 (20 ИШК обслуживают 5 АР)- МРИ – маркер ступени регистрового искания- АР – абонентский регистр - ГИ – ступень группового искания- МГИ – маркер ступени группового искания- ВШК – входящий шнуровой комплект - обслуживает местные (городские, внутризоновые) каналы связи- ВШКМ - входящий шнуровой комплект - обслуживает междугороные каналы связи

Примеры установления соединения:

1) Пример установления соединения (только для Москвы!) Абонент "А" (вызывающий абонент) 978-65-43, который имеет код зоны "АВС" - "499" набирает сначала префикс "8", затем три цифры кода зоны "АВС", а именно: "495", затем 7-значный номер телефона абонента "В" (вызываемого абонента) - 971-05-64, находящийся в другой зоне нумерации "495" 971-05- 64 = 10 знаков.Всего: "+" (префикс, не входящий в нумерацию), "АВС" "abx1-x2 x3 -x4 x5 " всего: 10 знаков.При снятии телефонной трубки с телефонного аппарата абонента "А", в АТСК "срабатывает" линейное реле в АК, которое своими контактами подключает МАВ. В свою очередь, МАВ определяет цифры десятков и единиц номера телефона вызывающего абонента - абонента "А" (для маркера это – номер входа), находит свободную линию к ИШК, проключает промежуточную линию между звеньями "А" и "В" ступени АИ-АВ, устанавливая соединение от АК к ИШК. При подключении ИШК к АК, в АК срабатывает разделительное реле и своими контактами отключает маркер - МАВ, который освобождаясь, готов к обслуживанию следующего вызова. Каждый ИШК закреплен за конкретным входом IГИ. ИШК подключает МРИ, который определяет номер ИШК (номер входа ступени РИ), находит свободный, доступный данному ИШК, АР, проключает промежуточную линию ступени РИ, тем самым, осуществляя соединение ИШК с АР, после чего МРИ освобождается, и готов к обслуживанию следующего вызова.Из АР в АК, закрепленный в АТСК за абонентом "А", передается зуммер "ответ станции". Услышав сигнал "ответ станции", абонент "А" набирает номер телефона вызываемого абонента "В" (в примере: 971-05-64) с учетом нахождения этой АТСК в другой зоне нумерации, а именно: "495".АР принимает номер телефона вызываемого абонента "В". Затем многочастотным способом (кодом 2 из 6), по запросам маркеров, соответствующих станций и узлов коммутации (ступеней группового искания), направляет информацию о цифрах: префиксе и 10-ти цифрах номера телефона вызываемого абонента "В". Префикс "8" определяет связь к системам коммутации АМТС через ступени группового искания IГИ в исходящей АТСК "978" (цифра "8" -префикс), далее коммутационные системы ГИ - в АМТС (цифры "495" - код зоны и "97" - стотысячный узловой район), далее в коммутационные системы IIГИ УВСМ ("1" - цифра десятков тысяч номера телефона вызываемого абонента "В"). Четыре последние цифры (тысячный, сотенный знаки номера телефона вызываемого абонента "В", а также цифра десятков и цифра единиц) передаются во входящую АТСК "971" из систем АМТС в приборы: МГИ ступени IIIГИ (цифра тысяч) , МСД ступени AИ-CD (цифры сотен, десятков и единиц).

63

В приведенном примере: после фиксирования номера телефона абонента "В", набранного абонентом "А", к регистру АР подключается МГИ IГИ, который определяет вход (номер ИШК), и направляет в АР запрос - частотным сигналом 01 ("передай первую цифру частотным способом"). Приняв запрос, АР выдает многочастотным способом (код 2 из 6) первую цифру полученную из телефонного аппарата вызывающего абонента (f1,f7 - цифра "8" - префикс). Примечание:Для обеспечения коммутации МГИ IГИ может принимать из АР 1, 2 или 3 цифры зафиксированного абонентским регистром номера телефона вызываемого абонента "В":-при связи с АМТС или узлом спецслужб (УСС) МГИ IГИ устанавливает соединение по одной цифре: в настоящее время в России соответственно "8" или "0";-при связи с узлами исходящего (входящего) соединения МГИ IГИ устанавливает соединение по одной или двум цифрам;-при внутристанционном соединении АТСК (или соединении внутри стотысячного узлового района) МГИ IГИ (исключение - связь в Москве!) коммутирует соединение по первым трем цифрам внутризонового 7-значного номера абонента "В". В связи с организацией в Москве двух зон нумерации "АВС": "495" и "499", внедрены новые схемы коммутации соединений: в коммутационных системах АТСК все внутризоновые соединения осуществляются через узлы исходящего и входящего соединения (УИС, УВС ), а при переходе из одной зоны нумерации в другую зону нумерации соединения осуществляются через коммутационные системы АМТС. Внутристанционные соединения в АТСК ТфОП г. Москва исключены.

а) Пример - продолжение (краткий итог):связь осуществляется в Москве от АТСК "978", находящейся в зоне нумерации "499" к АТСК, индекс которой "971", а зона нумерации: "495". Следовательно, МГИ IГИ принимает не три первые цифры набранного абонентом "А" 7-ми значного номера телефона (как это организовано во всех других регионах России), а 10-значного номера телефона вызываемого абонента "В", перед которым набирается дополнительно к нумерации префикс (в РФ - "8"). Сначала передается из абонентского регистра АР в маркер IГИ префикс "8", который не входит в нумерацию сети. IГИ коммутирут соединение к АМТС.Далее в АМТС передаются три цифры кода зоны "АВС" - в конкретном примере: один из двух кодов зон нумерации, организованных в Москве (АТСК - 971 в зоне нумерации "495"). Коммутационные системы АМТС по этим цифрам определяют направление к ТфОП МГТС.Далее в АМТС передаются две цифры стотысячного узлового района "97", определяющие номер УВС (М) - узла входящего сообщения междугородного (коммутационная система - IIГИ) МГТС "97"-го узлового стотысячного района, в который включаются 10 АТСК, каждая емкостью 10 000 номеров телефонов.Далее передается в УВС(М) одна цифра (десятки тысяч), определяющая номер одной из 10 АТСК в "97" стотысячном узловом районе - в нашем примере: АТСК "971"

64

Затем передаются последние 4 цифры внутризонового номера телефона вызываемого абонента в КС АТСК "971" (IIIГИ - цифра тысяч, AИ-CD - цифры сотен, десятков и единиц номера телефона вызываемого абонента "В" 05-64).

Таблица соответствия частотных кодов цифрам и служебным запросам:

комбинация частот цифра служебный сигнал (из регистра в маркер) (из маркера в регистр или из маркера в регистр)

01 1 передать первую цифру частотным способом02 2 передать следующую цифру частотным способом

12 3 передать предыдущую цифру частотным способом

04 4 окончание установления соединения14 5 разъединение устанавливаемого соединения24 6 повторить сигнал, переданный из регистра, если

в маркере он принят с искажением

07 7 отсутствие свободных, доступных данному входу,линий, приборов

17 8 передать первую цифру, а затем остальные цифры батарейным способом27 9 передать следующие цифры батарейным способом

47 0 повторить предыдущую цифру, а затем остальные цифрыбатарейным способом

f1f11 нет подтверждение регистром принятого из маркера сигнала

211 нет повторить сигнал в регистр, если в регистреслужебный сигнал из маркера принят с искажением

f0=700Гц, f1=900Гц, f2=1100Гц, f4 =1300Гц, f7 =1500Гц, f11=1700Гц

2) Пример установления внутристанционного соединения для всех регионов России (кроме Москвы!):вызыввающий абонент "А" 178-65-43, вызываемый абонент "В" - 178-65-44:Приняв из АР первую цифру ("1"), которая не является достаточной для установления соединения к следующей ступени искания, т.к. индекс АТСК, в направлении к которой устанавливается соединение, может быть не только "178", но и "175", "156" и др. МГИ IГИ фиксирует первую цифру и направляет в АР следующий запрос: "передай следующую цифру частотным способом" (см. табл. соответствия).АР, получив следующий запрос, передает в МГИ IГИ следующую, вторую, цифру номера телефона абонента "В" ("7").МГИ IГИ, приняв вторую цифру,фиксирует ее и анализирует ситуацию: достаточна ли информация о принятом номере для однозначного принятия решения по выбору конкретного направления и установления соединения. Поскольку с цифр "17" начинается индекс у десяти РАТС стотысячного узлового района, для МГИ IГИ данных для принятия решения недостаточно, и МГИ IГИ направляет в АР следующий запрос: "передай следующую цифру частотным способом" (см. таблицу соответствия).АР, получив запрос, передает в МГИ IГИ следующую, третью (знак десятков тысяч), цифру номера телефона абонента "В" – "8" (см. таблицу соответствия).МГИ IГИ, приняв третью цифру, фиксирует ее. Информация о первых трех цифрах номера телефона достаточна для МГИ IГИ, который осуществляет выбор конкретного, направления - к АТСК "178".

65

В этом примере первые три цифры набираемого номера телефона абонента "В" - "178", т.е. аналогичны первым трем цифрам номера телефона абонента "А" - "178". В этом случае МГИ IГИ, используя три первые цифры набираемого номера телефона к абоненту "В", устанавливает внутристанционное соединение от выхода прибора ИШК, зв. "А" IГИ, вход ступени IГИ, промежуточная линия, зв. "В", выход ступени IГИ, вход следующей ступени искания, IIIГИ на этой же АТСК (в приведенном примере: АТСК "178"), минуя ступени искания ДГИ (УИС), IIГИ (УВС) и коммутационные системы АМТС, т.к. соединение осуществляется внутри одной и той же зоны нумерации. После установления соединения (коммутации) через свою ступень искания, МГИ IГИ освобождается и готов к обслуживанию следующих вызовов.После занятия МГИ IIIГИ и определения им номера входа, который закреплен за конкретным выходом предыдущей ступени искания (IГИ) МГИ IIIГИ направляет в АР запрос: "передай следующую цифру частотным способом" (см. таблицу соответствия).АР, получив запрос, передает в МГИ IIIГИ следующую, четвертую (тысячный знак) цифру номера телефона абонента "В" – "6" (см. таблицу соответствия).МГИ IIIГИ, приняв цифру тысяч (6), фиксирует ее и устанавливает соединение к шестой тысячной группе ступени абонентского искания (зв. "А" - вход IIIГИ – промежуточная линия – зв. "В" – выход ступени IIIГИ). Таким образом, АК вызывающего абонента (178-65-43) через ИШК, ступень IГИ, ступень IIIГИ подключен ко входу ВШК требуемой 6-ой тысячной абонентской группы. Установив соединение через свою ступень, МГИ IIIГИ освобождается и готов к обслуживанию следующих вызовов.Конкретный ВШК соответствует конкретному входу звена "D" ступени абонентского искания АИ-СD.После занятия ВШК подключает к себе МСD ступени абонентского искания АИ-СD, из которого в АР направляется запрос: "передай следующую цифру частотным способом" (см. таблицу соответствия).АР, получив запрос, передает в МСD цифру сотен номера телефона вызываемого абонента "В" – "5" (см. таблицу соответствия). Цифра сотен фиксируется в маркере, после чего МСD направляет в АР следующий запрос: "передай следующую цифру частотным способом".АР, получив запрос, передает в МСD цифру десятков номера телефона вызываемого абонента "В" – "4" (см. таблицу соответствия). Цифра десятков фиксируется в маркере, после чего МСD направляет в АР следующий запрос, получив который, АР выдает маркеру последнюю цифру – цифру единиц – "4" (см. таблицу соответствия).МСD, после фиксации последних трех цифр номера телефона вызываемого абонента, подключает к себе МАВ ступени абонентского искания АИ-АВ конкретной сотенной группы и передает ему данные о цифрах десятков и единиц номера телефона вызываемого абонента (в примере соответственно "4" и "4"). МАВ, получив информацию о цифрах десятков и единиц номера телефона абонента "В", проключает свои звенья "А" и "В" и устанавливает соединение к конкретному АК, соответствующему номеру телефона вызываемого абонента "В" (178-65-44). МСD осуществляет пробу подключенного к нему АК на занятость.

66

АК может быть в следующих состояниях:-абонент свободен - в этом случае МСD выдает в регистр сигнал "об окончании установления соединения", получает из регистра сигнал "подтверждение принятого из маркера сигнала" (см. таблицу соответствия), получив который МСD проключает звено D, освобождается сам и освобождает МАВ для обслуживания следующих вызовов.-абонент занят - в этом случае МСD выдает в регистр сигнал "разъединение устанавливаемого соединения" (см. таблицу соответствия), принимает из регистра сигнал "подтверждение принятого из маркера сигнала", получив который MCD не устанавливает соединение к АК, освобождается сам и освобождает МАВ для обслуживания следующих вызовов.

АР, выдав свой последний сигнал в маркер ("сигнал подтверждения..."), освобождается для обслуживания следующих вызовов.Из ВШК в сторону телефонного аппарата вызываемого абонента поступает сигнал посылки вызова (90,0-110,0В, 25,0Гц) периодичностью: 1с – сигнал, 4с – пауза. В сторону телефонного аппарата вызывыющего абонента идет сигнал контроля посылки вызова (4,0-6,0В, 425,0-450,0Гц) с такой же периодичностью.

В Примере в) - установления внутристанционного (АТСК) соединения для всех регионов России, кроме Москвы в разговорном тракте участвуют следующие системы и приборы:

-АК вызывающего абонента "А", ступень абонентского АИ-АВ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. "А" и зв. "В"), ИШК, ступень группового искания IГИ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. "А" и зв. "В"), ступень группового искания IIIГИ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. "А" и зв. "В"), ВШК, ступени абонентского искания АИ-СD, АИ-АВ (свободно выбранный соединительный путь через МКС зв. "А", зв. "В", зв. "С", зв. "D"), АК вызываемого абонента "В".

Абонентский доступ в аналоговых телефонных сетях

67

В коммутационных системах с централизованным управлением (в аналоговых телефонных сетях), использующих многочастотный способ передачи информации при установлении соединения, применяется так называемый "метод челнока", т.е. всегда на свой запрос (или служебный сигнал) управляющее системой коммутации устройство (маркер), должен получить "ответ" из регистра:- цифру - в виде комбинации из 2-х частот или служебный сигнал - в виде комбинации из 2-х частот.

Под сетью абонентского доступа (Access Network) понимается часть телекоммуникационной сети на участке от АТС до абонентского устройства (терминала, пункта, телефона).В настоящее время абонентский доступ базируется в основном на медножильных кабелях, соединяющих абонентские устройства с АТС. Например, в США на сети абонентского доступа используется около ста миллионов медножильных абонентских линий. Оптимальным, но достаточно дорогим решением для сельской местности, где нет кабельной абонентской сети, является абонентский доступ по радиоканалу. Основной точкой, в которой организуется абонентский доступ к станционным сооружениям, является кросс – главный распределительный щит, который находится в здании АТС и откуда осуществляется распределение кабеля стандартными пучками от 40 до 600, 1200 медножильных пар по магистральным распределительным шкафам (МРШ), а затем по абонентским распределительным коробкам (АРК) до помещений, где установлены абонентские устройства (терминалы, в т.ч. и телефонные аппараты).

Функциональная схема аналогового абонентского доступа ТфОП

300,0м 1,0-2,0км 3,5км

абонентские линии АТС

Главный распределительный щит (кросс)

Магистральный распределительный шкаф(МРШ)

Абонентская распределительная коробка (АРК)

Помещение, в котором установлено абонентское устройство

Емкость стандартного пучка

Стандартное расстояние до кросса

Емкость стандартного пучка

Стандартное расстояние до распред. шкафа

Емкость стандартного пучка

Стандартн. расстояние до абонентск. коробки

Стандартн. количество медных пар

400 - 600 ~3,5 км 40 – 60 медных пар в пучке

1 – 2 км Индивидуальная пара

300 м одна пара или2 пары (для 30% аб-ов)

Сеть абонентского аналогового доступа обеспечивает главным образом доступ к традиционным услугам телефонной сети – POTS - Plain Old Telephone Services, а также к службам передачи данных через аналоговые модемы для обмена данными по медным парам ТфОП. При передаче данных с помощью обычных аналоговых модемов достигаются скорости до 64,0кбит/с. В частности такие же скорости достигаются и при доступе в Интернет, если не установлено специальное оборудование.

68

АРК МРШ кроссПомещение с абонент-скими устрой-ствами

Современные технологии с применением модемов, такие, например, как: асимметричные цифровые абонентские линии - ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line позволяют абонентам квартирного сектора, а также малых офисных АТС иметь доступ к службам передачи данных на довольно высоких скоростях, используя аналоговый абонентский доступ по кабелям с медными жилами.Корпоративным абонентам требуются более высокие скорости обмена данными, еще более высокая полоса пропускания, симметричный вход, высокие требования к надежности. Такие абонентские устройства обеспечиваются, например портом стпндарта ISDN (цифровых сетей с интеграцией услуг), который обеспечивает своим абонентам единый сетевой узкополосный интерфейс (особое сетевое окончание – интерфейс типа "U"), поддерживающий одновременную передачу речевых сообщений и передачу данных. ISDN предоставляет своим абонентам по одной медной паре возможность обмена данными со скоростью 144,0кбит/с (т.е. организует 3 канала: 2В+D, где: "2В" – два канала 64,0кбит/с каждый и "D" – один канал со скоростью передачи данных 16,0кбит/с).Поставщики предлагают Операторам связи огромный выбор различного типа и назначения оборудование и кабели связи для абонентского доступа. От названного выше ISDN до мультиплексоров с дистанционным вводом каналов, систем волоконно-оптических абонентских линий – FITL (Fiber in the Loop), гибридных линий абонентского доступа (оптическое волокно/коаксиальный кабель), концетраторов и др., обеспечивающих скорость передачи информации 2,0мбит/с и выше, а также радиорелейные системы абонентского широковещательного доступа: "точка – много точек". Основные затраты на техническое обслуживание аналоговых телефонных сетей связаны с физическим износом медножильного кабеля и поддержанием аналоговых АТС (АТСШ и АТСК) в работоспособном состоянии. Внедрение и широкое развитие множества новых услуг (интерактивные, различные услуги развлекательного характера, услуги с доступом к ним в режиме On-line, Интернет и др.) создают такие нагрузки, на которые не рассчитаны аналоговые АТС и аналоговый абонентский доступ. Классическая телефонная сеть прошлого включала телефонные столбы с траверсами и стеклянными изоляторами (и незначительным затуханием полезного сигнала, равным 0,01дБ на один километр) которые и сегодня можно увидеть в сельской местности. Сегодня 90% всех линий связи на сетях абонентского доступа – кабели: многопарные – на участке от АТС до абонентской распределительной коробки (АРК), однопарные – на участке от АРК до помещения, в котором установлены абонентские устройства (терминалы, телефонные аппараты). Диаметр жилы обычного кабеля, как минимум, в 5 раз меньше, чем воздушного провода, следовательно, в 25 раз меньше требуется меди на строительство линий связи.

69

Группообразование в аналоговых системах электросвязи. ПРК - пространственное разделение каналов;ЧРК - частотное разделение каналов; АМ - амплитудная модуляция, ЧМ - частотная модуляция и ФМ - фазовая модуляция, как частный случай угловой модуляции; ИМ - импульсная модуляция.

Введение кабельных систем в качестве линейных сооружений (вместо воздушных линий связи) - пример применения группообразования на телефонной сети в т.ч., на сетях абонентского доступа. Этот вид группообразования называется группообразованием с пространственным разделением каналов (ПРК). Главным среди всех видов группообразования при передаче аналоговых сигналов, которые используются до настоящего времени, является группообразование с частотным разделением каналов (ЧРК). Таким образом, используя группообразование с ЧРК можно по одной паре кабеля (в т.ч. и по абонентской линии) организовать несколько речевых каналов. Затухание полезного сигнала, связанное с переходом на более высокие частоты, компенсируется усилителями, устанавливаемыми в трактах на определенных расстояниях.

1 1

1 2 n N каналы N

Рисунок выше показывает однозначное соответствие между абонентскими линиями (устройствами) и каналами в устройстве группообразования с ЧРК. Поскольку каналы сети абонентского доступа загружены мало из-за малой активности абонентов квартирного сектора, их можно сочетать с функцией концентрации, например, установить цифровой абонентский мультиплексор.Группообразование с частотным разделением аналоговых каналов (ЧРК)В системах с ЧРК вся имеющаяся в наличии полоса частот среды передачи разделяется на более узкие полосы, или каналы. Отдельные речевые сигналы передаются по отдельным каналам с помощью модуляции несущей частоты, которая выбирается соответственно для каждого канала.В качестве стандартной полосы частот речевого сигнала МСЭ-Т выбрал полосу частот шириной 4,0кГц. Это - компромисс между желанием организовать как можно больше речевых каналов в одной системе передачи – с одной стороны, и качеством воспроизведения речи – с другой стороны. Фактическая полоса, эффективно передаваемая по каналам связи менее 4,0кГц и ближе к 3,0кГц, что обусловлено необходимостью введения защитных промежутков между полосами частот отдельных каналов в следствии неидеальности характеристик канальных фильтров, используемых в системах с ЧРК.

70

апп-ра ЧРК

апп-ра ЧРК

ТА

ТА

Аналоговые сигналы – это сигналы периодические.Простейший периодический сигнал – это гармоническое колебание:s(t) = S sin ωt, или s(t) = S cosωt, где: S - амплитуда, - угловая частота

АТС

Если при передаче речевого сигнала используются обе боковые полосы частот, образуемые при амплитудной модуляции АМ, то ширина полосы частот канала становится равной 8,0кГц, а соответствующие несущие частоты располагаются в середине частотного спектра, отведенного для каждого канала. Модуляция сигнала с двумя боковыми полосами требует дополнительных затрат на оконечное оборудование, которые не всегда экономически оправданы, поэтому используется модуляция с одной боковой полосой (ОБП). В системах передачи с ОБП несущая частота может располагаться либо в верхней, либо в нижней части спектра соответствующего канала, в зависимости от того, какая из боковых полос выбрана для передачи: нижней или верхней.На практике в системах передачи речевых аналоговых сигналов применяется способ модуляции с использованием нижней боковой полосы.

Иерархия систем с частотным разделением каналов (ЧРК)

Уровень группообразования

Число речевых каналов

Группообразование Спектр частот, кГц

Речевой сигнал 1 нет 0 - 4Первичная группа 12 12 речевых каналов 60 - 108 Вторичная группа 60 5 групп 312 - 552Основная группа 600 10 вторичных групп 564 - 3 084Основная группа х N 1200 - 3600 различное число 312 - 17 548Сверхгруппа 3600 6 основных групп 564 - 17 548Сверхгруппа х 3 10800 3 сверхгруппы 3000 - 60 000

Системы группообразования в иерархии с ЧРК строятся с учетом передачи сигналов с ОБП (нижней боковой полосой частот), т.е. каждый речевой канал занимает полосу частот шириной 4,0кГц.

Стандартный блок самого нижнего уровня иерархии – это оборудование первичной группы, образуемой 12 каналами тональной частоты (ТЧ) и занимающей полосу частот: 4,0кГц х 12каналов = 48,0кГц.

Функциональная схема оборудования первичной группы ЧРК Входы каналов ТЧ fнес108,0кГц

0 4 104 112 104 108108

fнес104кГц 100 108 100 104 60 108

104

Выход 12-канальной первичной группы fнес64кГц

60 68 60 6464

где:М – модулятор, ПФ - полосовой фильтрНа рис. приведен наиболее распространенный каналообразующий блок типа А, используемый на первом уровне группообразования – первичная группа.

71

ПФ

ПФ

ПФ

1 2 12

М

М

М

12 модуляторов, в которые подаются 12 несущих частот: 64, 68, 72, 76,..., 104 и 108,0кГц, формируют 12 сигналов с двумя боковыми полосами частот: 60-68, 64-72,..., 68-76, 72-80,..., 100-108 и 104-112кГц.Далее модулированный сигнал поступает через 12 полосовых фильтров (ПФ), которые пропускают из двух боковых полос только одну - нижнюю.Далее групповой сигнал, образованный из сигналов отдельных каналов, получаемых на выходе полосовых фильтров (ПФ), поступает в групповой тракт. На приемном конце происходит обратное преобразование, только вместо модуляторов устанавливаются демодуляторы (ДМ).Как уже отмечалось ранее, ПФ не только подавляют верхнюю боковую полосу, но и ограничивают нижнюю, поэтому к частотным характеристикам ПФ предъявляются строгие требования. Второй уровень иерархии группообразования образует 60-канальная группа (5 х 12), которая называется вторичной группой.

Функциональная схема оборудования вторичной группы Входы 12 канальных групп

60 108 552 504 552 600 504 552

60 108 408 360 408 456 360 408 312 552 Выход 60-канальной

вторичной группы

60 108 312 312 360 408 312 360

Вторая ступень иерархии систем ЧРК, представляющая собой вторичную группу, формируется путем объединения пяти 12-канальных первичных групп. Выходной аналоговый сигнал 60-канальной группы идентичен сигналу, который можно было бы получить путем индивидуального преобразования сигналов отдельных каналов, занимающих полосу частот шириной 4,0кГц и последующей передачей их в полосе от 312 до 552 кГц. Однако для этого понадобилось бы 60 несущих частот, 60 модуляторов (М) и столько же полосовых фильтров (ПФ), позволяющих передавать одну боковую полосу (ОБП). На приемном конце количество демодуляторов (ДМ), ПФ и несущих – столько же. Иерархический принцип позволяет построить многоканальную систему, используя дополнительно к первичной 12-канальной группе, всего пять групповых преобразователей второй ступени, т.е. осуществлять двухуровневое преобразование аналогового сигнала и получить 60 речевых каналов на основе 12 + 5 = 17 несущих частот, а не 60 - без группообразования. Системы передачи по кабелю парной скрутки (медножильному) используются, как правило, в районе действия одной АТС.Системы передачи с ЧРК могут обеспечить передачу речевых сигналов на большие расстояния при большом числе каналов.Максимальное количество речевых каналов, которое можно организовать по одной медножильной кабельной паре – 24, если используется аналоговая каналообразующая аппаратура. По одной трубке коаксиального кабеля диаметром около 0,95 см - можно организовать передачу до 13 200 речевых сообщений. Амплитудная модуляция

72

М ПФ

М ПФ

М ПФ

Модуляция – это процесс преобразования первичного сигнала, заключающийся в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания (гармонического колебания высокой частоты), т.е. наделение несущего колебания признаками первичного сигнала.

Несущее колебание можно записать в следующем виде:

v0 ( t ) = V cos ( t + ) (1)

где: V – амплитуда, - частота, - начальная фаза

Модуляцию можно осуществить изменением одного из этих трех параметров по закону передаваемого сигнала: V, ω, φ.

1. Изменение во времени амплитуды несущего колебания пропорционально первичному сигналу s(t):

v ( t ) = V + k АМ s ( t ) , (2)

где: kАМ – коэффициент пропорциональности, или амплитудная модуляция.

Несущее колебание (1) с модулированной по закону первичного сигнала амплитудой равно:

v(t) = V cos ( t + ) (3)

Если в качестве первичного сигнала используется то же гармоническое колебание, но с более низкой частотой :

s ( t ) = S cos t , (4)

то модулированное колебание запишется в следующем виде (для упрощения формулы = 0):

v(t) = ( V + k AM S cos t ) cos t (5)

Эту формулу можно записать в другом виде:

v(t) = V ( 1 + М AM cos t ) cos t (6)

где: V - вынесено за скобки;

V = kAM S;

MAM = V/ V – глубина амплитудной модуляции.

s(t) S

73

0 t Первичный сигнал -S

При: МАМ = 0 – модуляции нет, есть - немодулированное несущее колебание: v(t) = v0(t)

v0(t) V 0 t Несущее колебание

-V

Как правило, амплитуда несущего колебания выбирается больше амплитуды первичного сигнала, т.е. МАМ = 1

v(t)

0 t Модулированный сигнал

Произведя в формуле (6) модулированного несущего колебания преобразования, получаем следующую формулу амплитудно-модулированного колебания:

v(t) = V cos t + (MАМ V/2) cos ( + ) t + (MАМ V/2) cos ( - ) t, (7)

которое состоит из трех гармонических составляющих:, - + - частотные составляющиеV, MАМ V/2, MАМ V/2 - соответствующие амплитуды

Таким образом, спектр амплитудно-модулированного колебания (АМ-колебания) состоит из частоты несущего колебания и двух боковых частот с одинаковыми амплитудами, симметричными относительно несущей частоты. Если первичный сигнал сложный и его спектр ограничен частотами min и max, то спектр АМ-колебания будет состоять из несущего колебания, заключающего в себе максимальную мощность, но не содержащего полезной информации и две боковые полосы, симметричные относительно несущей, которые несут одинаковую информацию и имеют более низкую мощность, чем несущая.

Амплитудная модуляция представляет собой пример линейной модуляции.

74

Спектр синусоидального Спектр синусоидального сигнала модулированного сигнала s(t) v(ω) V

S MAM V/2 MAM V/2

- ω + ω

Спектр сложного Спектр модулированного первичного сигнала сложного сигнала s(t) v(ω) V

t ω min max -max -min +min +max

На рисунке – спектры синусоидального (слева) и сложного (справа) сигналов и модулированных ими по амплитуде несущих колебаний.Основная мощность АМ-колебания заключена в несущем колебании, которая не содержит полезной информации.Нижняя и верхняя боковые полосы несут одинаковую информацию и имеют более низкую мощность.

Частотная и фазовая модуляции, как частный случай угловой модуляции.

75

Частотная модуляция

Можно изменять во времени пропорционально первичному сигналу s(t) не амплитуду, а частоту несущего колебания. Такой вид модуляции называется частотной модуляцией:

(t) = + kЧМ s(t) = + cos t , (2.1)где: kЧМ – коэффициент пропорциональности, называется частотной модуляцией;S – амплитуда первичного сигнала: s(t) = S cosΩt;ω = 2π/T = kЧМ S – девиация частоты, т.е. максимальное отклонение частоты модулированного сигнала от частоты несущего колебания. / = МЧМ – индекс частотной модуляции

s(t) Первичный сигнал

St

-Sv(t) Несущее колебание

v(ω) Частотно-модулированный сигнал

Vω

-V

Частотно-модулированное колебание можно сформулировать:

v(t) = V cos ( t + M ЧМ sin t + ) (2.2)

Фазовая модуляция - это изменение фазы несущего колебания

(t) = + kФМ s(t) = + cos t (2.3)где: kФМ – коэффициент пропорциональности; = kФМ s(t) = MФМ – индекс фазовой модуляции.Между частотной и фазовой модуляциями существует тесная связь.

Фазовая модуляция

76

Фазово-модулированное колебание можно сформулировать:

v(t) = V cos ( t + M ФМ cos t + ) (2.4)

Сравнение формул (2.2) и (2.4) показывает, что по их внешнему виду трудно различить, какая модуляция использована: частотная или фазовая (разница только в том, что в скобках в формуле частотно – модулированного колебания - sinΩt, а в формуле фазово-модулированного – cosΩt), поэтому оба эти вида модуляции называются угловая модуляция.Несущее гармоническое колебание, подвергнутое угловой модуляции (формулы 2.2 или 2.4), можно представить в виде бесконечного множества гармонических колебаний.

Модуляция гармонического несущего колебания первичным сигналом s(t) называется непрерывной, если в качестве несущего колебания используется непрерывный периодический сигнал v(t).

Сравнение различных видов модулированных сигналов показывает, что при амплитудной модуляции (АМ) ширина спектра модулированного сигнала, как правило, значительно меньше, чем при угловой (частотной или фазовой) модуляции. Это свидетельствует об экономии частотного спектра АМ, что очень важно при организации многоканальных систем передачи. Однако сигнал с АМ имеет существенные недостатки: неэффективное использование мощности т.к. максимальная мощность приходится на несущее колебание, которое не содержит полезную информацию (полезную информацию содержат боковые полосы). Кроме того, сигнал с АМ имеет множество уровней, что приводит к чувствительности АМ к нелинейным искажениям сигнала (типа насыщения), при которых сокращается расстояние между уровнями амплитуды. Сигналы с угловой модуляцией (ЧМ и ФМ) нелинейным искажениям не подвержены, т.к. имеют постоянную амплитуду несущего колебания. Следовательно, сигналы с ЧМ и ФМ могут передаваться с бóльшими уровнями мощности, чем сигналы с АМ.В общем случае:М - индекс угловой модуляции, который в случае ЧМ принимает значение Мчм, а при ФМ – значение Мфм, поэтому эти индексы часто называют индексами угловой модуляции.

Несущее колебание, подвергнутое угловой модуляции, можно представить в виде суммы гармонических колебаний:

v(t) = V I0 (M) cos ωt + + I1 (M) cos (ω + Ω)t + I1 (M) cos (ω - Ω)t + + I2 (M) cos (ω + 2Ω)t + I2 (M) cos (ω - 2Ω)t + + I3 (M) cos (ω + 3Ω)t + I3 (M) cos (ω - 3Ω)t +...

Таким образом, спектр модулированной несущей при угловой модуляции (даже в случае, если первичный сигнал – гармоническое колебание s(t) ), состоит из бесконечного числа дискретных составляющих, образующих нижнюю и верхнюю

77

боковые полосы спектра, симметричные относительно несущей частоты и имеющие одинаковые амплитуды.

В случае, если первичный сигнал s(t) имеет форму, отличную от синусоидальной, и занимает полосу частот от Ωmin до Ωmax, то спектр модулированного колебания при угловой модуляции будет иметь еще более сложный вид.

Спектр частотно-модулированного сигнала I1 I1

I0

v(ω) I3 I3

I2 I2

ω ω-3Ω ω-2Ω ω-Ω ω ω-Ω ω-2Ω ω-3Ω

В случае если первичный сигнал - дискретный и имеет вид:

s(t) 1 0 1 1 0 0 1

t

Несущее колебание, модулированное дискретным периодическим сигналом по амплитуде: v(t)

AM t

Несущее колебание, модулированное дискретным периодическим сигналом по частоте: v(t)

ЧМ t

Несущее колебание, модулированное дискретным периодическим сигналом по фазе:

v(t)

ФМ t

Модуляцию гармонического несущего колебания первичным сигналом s(t) называют непрерывной, если в качестве несущего сигнала взят непрерывный периодический сигнал v(t).

Импульсная модуляция

78

В качестве несущей частоты можно использовать периодическую последовательность узких импульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака v0(t) характеризуется следующими параметрами: амплитудой импульсов V, шириной импульсов tимп, тактовой частотой (частотой следования импульсов) ƒТ = 1 / Т, где: Т – период следования импульсов (ωТ = 2πƒТ); Т / tимп – скважность импульсовПо закону первичного сигнала можно преобразовывать (модулировать) любой из вышеназванных параметров импульсной последовательности: V или fТ. Такая модуляция называется импульсной.

В зависимости от того, какой параметр модулируется первичным сигналом s(t), различают: -амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), когда по закону передаваемого сигнала изменяется амплитуда импульсов V; -широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), когда изменяется ширина импульсов tимп;-частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ), когда изменяется частота следования импульсов fT;-фазово-импульсную модуляцию (ФИМ), когда изменяется фаза импульсов, т.е. временное положение относительно тактовых точек (точек отсчета).Аналогично ЧМ и ФМ, объединяющихся под общим названием "угловая модуляция", ФИМ и ЧИМ объединяются под общим названием "временно-импульсная модуляция" (ВИМ).

s(t) v(t) Т tимп

t t

первичный сигнал периодическая последов. узких импульсов

v(t)

t АИМ-сигнал v(t)

t ШИМ-сигнал

v(t)

t ЧИМ-сигнал

Импульсные последовательности, изображенные выше, называются последовательностями видеоимпульсов, которые передаются по кабелю без преобразования, но по беспроводной среде видеоимпульсы передать невозможно без дополнительного преобразования - модуляциии второй ступени.Модулируя с помощью видеоимпульсов гармоническое несущее колебание высокой частоты, получают радиоимпульсы, которые способны распространяться в эфире (сигналы, полученные в результате сочетания первой и второй ступеней модуляции: АИМ-АМ, ШИМ-ЧМ и т.д.). Демодуляция сигнала

79

Демодуляция АМ-сигнала осуществляется с помощью амплитудного детектора. При линейном детектировании на вход детектора с линейной вольтамперной характеристикой подается АМ-сигнал и последовательность импульсов тока детектора оказывается промодулированной по амплитуде. Высокочастотные составляющие отфильтровываются RC-цепью (падение напряжения на резисторе R создает только постоянная составляющая тока). Так как в модулированном колебании амплитуда медленно меняется по формуле:

v(t) = V(1 + MАМ cosΩt),следовательно, амплитуда, выделяемая на резисторе R постоянной составляющей тока, также будет медленно меняться во времени.Таким образом, выходное напряжение амплитудного детектора пропорционально первичному (модулирующему) сигналу

i i

0 v t

VD v

+ vАМ(t) vАМ(t) R C

vвых(t)

t Схема амплитудного детектора

ЧМ-сигнал перед демодуляцией сначала преобразуется в АМ-сигнал, а затем демодулируется вышеописанным способом.

v(ω) v(t)

ω0 ω t ω(t) = ω + ∆ω cos Ωω

∆ω t Демодуляция ЧМ-сигнала

Способы многоканальной передачи

80

~

Поскольку подавляющая часть капитальных затрат приходится на линейные сооружения и лишь незначительная часть - на аппаратуру, проблема эффективного использования линейных сооружений стоит очень остро. Техническим решением этой, прежде всего экономической, проблемы является одновременная передача по одной цепи большого числа первичных сигналов от разных источников сообщений, т.е. создание в одной цепи большого количества независимых каналов.

s1(t) s'1(t)

s2(t) s'2(t)

sn(t) s'n(t)Многоканальная система передачи

Первичные Выходныесигналы сигналы

Одним из способов разделения канальных сигналов (каналов) является частотное разделение каналов (ЧРК), при котором в качестве несущих сигналов используются гармонические колебания с различными частотами.

В результате преобразования (частотной модуляции) каждый первичный сигнал размещается в канале в своей полосе частот.

Схема частотной модуляции (ЧМ) первичных сигналов в канальные:

Первичные сигналы Канальные сигналы v(t)s(t) Канал 1 Канал 2 Канал "n"

ω1-Ωн ω1 ω1+Ωв ω2–Ωн ω2 ω2+Ωв ωn–Ωн ωn ωn+Ωв

Ωн Ωв

Ωн Ωв

Ωн Ωв

На рис. - модуляция несущих частот для n первичных сигналов s(t) преобразующими устройствами - модуляторами (М).

Полученные на выходе модуляторов несущие колебания v(t) называются канальными сигналами, которые в отличие от первичных сигналов, имеют общий спектр.

81

Преобразователь речевых сигналов

Среда распространения

Обратный преобразователь речевых сигналов

М 1

М 2

М n

На приеме канальные сигналы выделяются из группового сигнала с общим спектром при помощи полосовых (разделительных) частотных фильтров, пропускающих только спектры своего канала и подавляющих остальные частоты.

Восстановление первичных сигналов s(t) из канальных производится с помощью демодуляторов.

Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются в неперекрываемых частотных полосах, называются системами передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).

Функциональная схема многоканальной системы передачи с ЧРК

sn(t) vn(t) v(t) v'(t) v'n(t) s'n(t)

s2(t) v2(t) v'2(t) s'2(t)

s1(t) v1(t) v'1(t) s'1(t)

где:М - модулятор ДМ - демодуляторУО - устройство объединения сигналов ПФ - полосовой фильтр

Цифровые телекоммуникационные сети

82

М

М

М

УО

Линия связи

ПФ

ПФ

ПФ

ДМ

ДМ

ДМ

50-е годы - впервые речевой сигнал был представлен в цифровой форме и передан по телефонному каналу.70-е годы - начало использования цифровых систем передачи (США), разработана и запущена в эксплуатацию первая в мире цифровая СВЧ радиосвязь (Япония).80-е годы - начало внедрения систем цифровой коммутации и внедрение их на телефонной сети общего пользования (Франция).С бурным развитием микроэлектроники фирмы, производящие телекоммуникационное оборудование, ориентируются на активное развитие цифровой телефонии. Качество цифровой телефонной связи значительно выше аналоговой, поскольку цифровые сигналы не подвержены нелинейным искажениям и устойчивы к помехам.

Преимущества цифровых телефонных сетей:

-простота группообразования;-простота сигнализации;-интеграция систем передачи и систем коммутации;-слабая чувствительность к помехам, в т.ч. - к малым значениям отношения сигнал / шум;-регенерация сигнала;-возможность засекречивания информации.-низкая стоимость оборудования;-высокие качественные показатели, в т.ч. отсутствие внутренних блокировок в коммутационных системах.

Недостатки цифровых телефонных сетей:

-более широкая, чем в аналоговых сетях, полоса частот речевого сигнала;-несовместимость с аналоговым оборудованием, необходимость аналогово- цифрового и цифро-аналогового преобразования;-необходимость временнόй синхронизации;-топологические ограничения группообразования.

Основное внимание при разработке цифровых систем передачи уделяется выбору конечного семейства дискретных электрических сигналов (импульсов) для кодирования информации (не путать с управляющей, информацией, используемой для установления, соединения и контроля соединений, т.е. сигнализацией).

В терминологии теории связи под обработкой сигнала понимаются: фильтрация, формирование и преобразование электрических сигналов, но не обработка управляющих сигналов процессором центров коммутации (коммутационных систем: станций, узлов, центров).

Цифровая передача включает в себя установление определенных временных соотношений между передаваемыми сигналами. Передающее оконечное

83

устройство осуществляет передачу отдельных сигналов с использованием заранее установленных временных соотношений (тактов) таким образом, чтобы на приемном конце можно было бы опознать каждый дискретный сигнал по мере его поступления.На коротких расстояниях (например, в пределах одной станции) тактовая частота распространяется отдельно (независимо, не в составе) от информационных сигналов.При передаче сигналов на большие расстояния более экономично вводить тактовую частоту в формат самого цифрового сигнала. В любом случае для передачи хронирующей информации (тактовой частоты) требуется увеличить пропускную способность канала, т.е. или полосу, или скорость передачи, или кодовое пространство. Далее рассматриваются наиболее распространенные способы передачи цифровых сигналов в системах связи.

Цифровые сигналы

Цифровой сигнал - это последовательность импульсов.

84

Импульс - 1, отсутствие импульса - 0, последовательность импульсов представляет собой чередование цифр: 1 и 0, т.е. цифровой сигнал.

1 0 1 0 1 0 1 0 1Импульсный сигнал при tимп = tпаузы

Телеграфный сигнал (поток импульсов)

Регулярная составляющая сигнала

Случайная составляющая сигнала

Изображение импульсного потока

Число, принимающее только значения 0 и 1, называется двоичным числом (двоичной цифрой), или: бит - binary digit - bit. Одна позиция в цифровом сигнале и есть один бит, а именно:либо 0, либо 1.

Восемь позиций в цифровом сигнале объединяются понятием байт (октет).

Пример кодирования чисел:

Имеем число 789 - в десятеричном коде, которое можно представить как:7х102 + 8х101 + 9х100

Это число можно записать и в виде формулы:М = аnх10n + an-1x10n-1 + ... +a1х101 + а0х100

или, опуская степени числа 10, являющегося основанием системы счисления, формула запишется:М = an ап-1... a1 а0, где:а0- число единиц;a1- число единиц второго разряда, т.е. - десятков;а2- число единиц третьего разряда, т.е. - сотен и т.д.Так как в нашем примере число 10 является основанием десятеричной системы счисления (в 1665 году Б. Паскаль доказал, что за основание системы счисления можно взять любое число), то коэффициенты а могутпринимать числовые значения, не превышающие числовые значения основания системы счисления. В нашем примере; от 0 до 9. Ни одна система счисления, отличающаяся только основаниями, не имеет друг перед другом преимуществ.

Число "2" - наименьшее из чисел, которое можно принимать за основание системы счисления, поэтому в двоичной системе счисления всего две цифры: "0" и "1".

Число в двоичной системе записывается в следующем виде: М = anх2n + аn-1х2n-1 + ... + a1х21 + а0х20

Число 789 в двоичной системе счисления запишется в следующем виде:

85

(789)10 = 1х29 + 1х28 + 0х27 + 0х26 + 0х25 + 1х24 + 0х23 + 1х22 + 0х21 + 1х20 =(1100010101)2

При записи числа в двоичной системе счисления каждая позиция занята двоичной цифрой, или битом.

C помощью одного бита можно записать только числа "0" или "1", двух бит - числа от 0 до 3, трех бит - числа от 0 до 7, четырех бит - числа от 0 до 15 и т.д.

Имеем ряд чисел в десятичной системе счисления:

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, ..., 15, 16 и т.д.

Запись этих чисел в двоичной системе счисления в том же порядке:

0, 1, 10, 11, 100,101, 110, 111,1000,1001,1010, 1011, ...,1111, 10000 и т.д.,

В двоичной системе счисления даже малое число занимает много позиций.Чтобы, например, записать числа от 0 до 1000, требуется 10 бит.

Запишем значения чисел с основанием два в порядке возрастания степеней:

212=4096, 211=2048, 210=1024, 2 9=512, 2 8=256, 27=128, 2 6=64, 25=32, 24=16, 23=8, 22 =4, 21=2, 2°=1

Продолжим рассмотрение примера и в обратном порядке определим десятичное число по его записи в двоичной форме:На входе декодера имеется число 789, записанное в двоичной форме:(1100010101)2. Для наглядности число запишем с большими интервалами:

1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 - двоичный код числа 789

1х29 1х28 0х27 0х26 0х25 1х24 0х23 1х22 0х21 1х20

512 256 0 0 0 16 0 4 0 1 - десятичный код числа 789

Сумма чисел и составляет исходное число 789.

Кодированию, как правило, подвергается только целое, отсчетное, значение числа, дробные значения определяют искажения, называемые ошибкой квантования. Однако ошибки квантования до 0,125мкс устраняются, и современные технологии (интегральные микросхемы - аналогово-цифровые преобразователи - АЦП - выпускаются с 8-, 10-, 12-, 16-... разрядными двоичными кодами) позволяют это делать успешно.

Скорость передачи данных – это количество бит, передаваемых в единицу времени (как правило, единица времени это - секунда). Любой непрерывный сигнал (процесс) можно описать его значениями через определенные, очень короткие промежутки времени (например, - через 1,0с). Этот процесс называется дискретизацией непрерывного сигнала.

86

s(t) Звук s(t)

Микрофон Линия

0 tд 2tд 3tд 4tд 5tд t Батареягде: tд - интервал дискретизации;

Величина, обратная интервалу дискретизации, 1/tд = fд - называется частотой дискретизации.

Для исключения искажений интервалы дискретизации (частота дискретизации) подбираются таким образом, чтобы при восстановлении первичного сигнала на приемном конце информация не была бы потеряна.Первичный сигнал не является синусоидальным, т.к. звук излучается не одним источником, а более, например, двумя. Для того, чтобы отследить все изменения результирующего звукового колебания, необходимо отсчетные значения брать с частотой, как минимум, вдвое превышающей частоту колебаний источника звукового колебания с наивысшей частотой.В 1928г. Гарри Найквист (США), работая в AT&T, сформулировал, а в 1933г. В.А. Котельников доказал теорему, которая стала основополагающей в теории и технике цифровой связи. Суть теоремы состоит в следующем: "непрерывный сигнал, у которого спектр ограничен максимальной частотой - F, может быть однозначно (корректно) восстановлен по его дискретным отсчетам, взятым с частотой:fд = 2F , т.е. через интервалы времени t д = 1/fд = 1/2F" . Если сигнал - речевой, то его эффективный спектр по рекомендации МСЭ-Т составляет 300,0 - 3400,0Гц. При преобразовании аналогового сигнала в цифровой сигнал максимальную частоту спектра речевого сигнала 3400,0Гц МСЭ-Т округляет до 4000,0Гц. Следовательно, отсчетные значения необходимо брать с частотой в два раза выше, а именно: 8000,0Гц (8,0кГц), т.е. 8000 измерений амплитуды аналоговой волны для ее корректного представления в цифровом виде. Такое наложение двух потоков (аналоговой волны и импульсов) называется дискретизацией (процессом дискретизации).В этом случае период дискретизации равен: 1/8000,0Гц = 0,000125с, или 125,0мкс.Чем больше частота дискретизации, тем легче восстановить непрерывный исходный сигнал с помощью простейшего фильтра нижних частот (ФНЧ).

.Коммутация в цифровых телекоммникационных сетях

87

Организация связи в распределенных телекоммуникационных сетях основана на принципах коммутации и реализуется в узлах коммутации (УК) и коммутационных станциях (КС). УК и КС обеспечивают установление, поддержание и разъединение соединений между абонентскими устройствами (терминалами) пользователей. Каждому терминалу (телефонному аппарату, компьютеру и др.) присваивается адрес.

Существуют два основных принципа коммутации:

-непосредственное соединение, при котором в коммутационной системе (УК, КС) осуществляется физическое соединение входящих в коммутационную систему каналов (линий связи) с соответствующими адресу (номеру) исходящими каналами (линиями связи) - такие системы называют системы с отказами; -соединение с накоплением информации, при котором информация, поступающая от входящих в коммутационную систему каналов (линий связи), сначала записывается в запоминающем устройстве (ЗУ), а затем при наличии свободных исходящих каналов (линий связи) передается далее - такие системы называют системы с ожиданием.

Системы с отказами, предусматривающие хранение (из-за отсутствия в УК, КС исходящих каналов) информации в абонентском устройстве, а не в ЗУ коммутационных систем, - это децентрализованные системы коммутации.

Системы с ожиданием, предусматривающие хранение информации в ЗУ коммутационных систем, - это централизованные системы коммутации.

Телефонная сеть общего пользования - ТфОП с коммутацией каналов (КК) мало приспособлена для обслуживания трафика передачи данных при работе в режиме диалога (интерактивном режиме), поскольку она принципиально проектируется для обслуживания речевых нагрузок с большими средними значениями времени занятий линий связи (3,0-4,0мин).

Сеть с коммутацией пакетов (КП) очень похожа на сеть с коммутацией сообщений (КС).В сети с коммутацией пакетов сообщение в цифровом виде "разрезается" на пакеты для последующей передачи. Каждый пакет снабжается заголовком, содержащим адрес, маршрут следования и другую управляющую информацию, и пересылается по сети с промежуточным накоплением (как на сети с коммутацией сообщений). В пункте назначения (в центре, узле коммутации или коммутационной станции) все пакеты собираются в исходное состояние, и сообщение доставляется устройством вывода данных по коммутируемому или некоммутируемому каналу связи (линии связи) в абонентский пункт. Главная особенность режима коммутации пакетов состоит в совместном использовании линий (каналов) связи, поэтому тарифы на услуги сети с коммутацией пакетов для пользователей в перспективе должны быть значительно ниже тарифов на услуги сети с коммутацией каналов и ниже тарифов на услуги сети с коммутацией сообщений.Основные недостатки сетей с коммутацией пакетов:-задержки, связанные с накоплением информации и сборкой пакетов;

88

-в сетях с коммутацией пакетов не обеспечивается хранение сообщений для более поздней доставки, кроме случаев переприема пакетов с одного узла на другой. Основные достоинства сетей с коммутацией пакетов:-простота эксплуатации, обусловленная фиксированной длиной блоков данных, которые нужно хранить, обрабатывать и передавать;-переход к пакетам открывает возможность передачи коротких сообщений в линию связи без ожидания в очереди обслуживания вслед за длинными сообщениями, что имеет место в сетях с коммутацией сообщений;-малая вероятность ошибок, т.к. фиксированная длина пакетов в большинстве случаев меньше средней длины сообщений в сетях с коммутацией сообщений.Принцип передачи информации способом КП используется и в локальных компьютерных сетях.

Основные различия способов коммутации

Способкоммутации

Достоинства Недостатки Сети, Системы

Коммутацияканалов (КК)

-задержка сообщений минимальна, в основном определяется временем установления соединения

-невозможно изменить полосу пропускания канала,-не возможна интеграция в одной сети служб с разными скоростями передачи

АМ, ЧМ, ИКМ

Коммутация сообщений (КС)

-очень высокие скорости передачи, -очень высокое использование каналов связи

-задержки из-за обработки информации в центрах (узлах) коммутации,-сложность передачи сигналов с разными скоростями

SDH, SONET

Коммутация пакетов (КП)

-динамическое изменение скорости передачи пакетов,-высокое использование каналов связи

-задержка речевого сообщения может быть недопустимо велика - (норма 25,0мс) до 50,0-100,0мс,-сложность обработки пакетов в центрах (узлах) коммутации

АТМ, Интернет,IP-телефония, LAN, WiFi, WiMAX, СПС (в т.ч. и ССС), СПД

Типовой формат пакетов

89

Заголовок Текст сообщения Дополнительные символы

Поля заголовка

Заголовок пакета обычно содержит ряд дополнительных полей помимо обязательного адресного поля (адреса назначения).Код вида работы указывает, является ли этот пакет пакетом сообщения или управляющим пакетом.Адрес источника используется для восстановления или идентификации пакета на узле назначения.Последовательный номер пакета используется при "сборке" сообщения в пункте назначения для исключения ошибок и облегчения процедуры восстановления сообщений.Код длины пакета используется в случае, если длина пакета меньше стандартной. Однако вместо кода длины пакета некоторые протоколы содержат специальные ограничители (флажки) в конце пакета, поэтому не применяют подсчет длины пакета.

Сравнение способов коммутации сообщений и коммутации пакетов

АВ В В В А С А

В С Коммутация сообщений

С

А АВ В В А В С В

С Коммутация пакетов С

В системах с коммутацией сообщений каждое сообщение передается полностью по принципу: "первым пришел - первым обслуживается".

В системах с коммутацией пакетов сообщения разделяются на пакеты, допуская чередование пакетов разных источников, поэтому короткие сообщения никогда не выстраиваются в очередь за длинными сообщениями, такими как передача файлов.

Основные методы маршрутизации в сетях коммутации пакетов:

-динамическая маршрутизация;

90

Адрес назначения

Код вида работы

Адрес источника

Номер пакета Код длины пакета

УКУК

УК УК

-маршрутизация по виртуальным каналам;-маршрутизация по фиксированному пути.

Динамическая маршрутизация применяется на малых и средних сетях (а также на военных сетях) и строится на распределенной основе, когда в узлах сети анализируется адрес назначения каждого принимаемого пакета и с учетом пути, обеспечивающего минимальную задержку доставки в пункт назначения, определяется соответствующая исходящая линия связи. Маршрут доставки пакетов постоянно и быстро корректируется в зависимости от топологии сети или нагрузки. Это приводит к тому, что рядом расположенные пакеты одного сообщения могут передаваться в пункт назначения разными путями и не в той последовательности, в которой передавались изначально.Выбор маршрута доставки пакетов процесс довольно длительный, в результате чего может оказаться ситуация, когда в незагруженный узел коммутации (транзитный или узел коммутации - получатель информации) в момент принятия решения о маршруте может прийти большая нагрузка, на которую данный узел не рассчитан, и в этом случае возможен возврат пакета узлу-отправителю.Процесс "сборки" пакетов в сетях с коммутацией пакетов сложный, т.к. пакеты, принадлежащие одному сообщению, могут передаваться различными путями. В пункт назначения пакеты могут прибыть не в той последовательности, в какой эти пакеты передавались, либо задержаться, либо потеряться частично или полностью, о чем не знает пункт (узел коммутации) назначения.

Динамическая маршрутизация имеет два режима:-дейтаграммный режим передачи пакетов - без предварительного уведомления узла коммутации о необходимости резервирования для объема передаваемого пакета;-дейтаграммный режим передачи пакетов - с предварительным уведомлением узла коммутации о необходимости резервирования для объема передаваемого пакета.

Пример дейтаграммного режима доставки сигнала (пакетов) из узла коммутации 1 (УК-1) в узел коммутации 3 (УК-3)

91

УК 2

Сигнал А УК 3 Сигнал А

УК 1

Сигнал В Сигнал В

УК 4

Маршрутизация по виртуальным каналам

Виртуальный канал - ВК - это понятие логическое, поэтому виртуальный канал называют логическим каналом - ЛК (не физический канал), создаваемым только на время передачи цифровых данных. ВК (ЛК) определяют адреса и указатели на узлах коммутации сети без закрепления средств передачи. По окончании передачи информации виртуальный канал (логический канал) освобождается по сигналу "разъединение", передаваемому по сети.Каждый раз виртуальный канал образуется в начальной фазе установления соединения в зависимости от нагрузки.

Виртуальные каналы организуются, используя либо распределенное, либо централизованное управление.

Сеть с виртуальными каналами объединяет в себе черты сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов. Пропускная способность сети распределяется динамически, но при этом все пакеты одного многопакетного сообщения всегда следуют в сети по одному маршруту, который устанавливается еще до того, как начнется передача информации (данных), и все узлы коммутации "знают" о маршруте следования пакетов.

Преимущества сети с виртуальными каналами:-более упорядоченное управление доставкой пакетов, чем в сети с коммутацией пакетов, т.к. виртуальный (логический) канал устанавливается заранее и поэтому последовательность передачи-приема пакетов не нарушается;

92

УК

УК

УК

УК

-низкие требования к адресации отдельных пакетов, т.к. после организации виртуального канала нет необходимости указывать в пакетах полный адрес пункта назначения, поскольку идентификаторы виртуального канала являются и указателями адресов памяти управляющих устройств на узлах коммутации. Недостаток сети с виртуальными каналами:-возможность длительных задержек при передаче сообщений с фиксированной маршрутизацией из-за больших нагрузок и пребывания в очереди обслуживания, а также из-за повреждений и плановых ремонтов узлов коммутации и линий связи.

Маршрутизация по фиксированным путям

Сеть с фиксированными путями строится на тех же принципах, что и сеть с виртуальными каналами. Различие заключается лишь в том, что установление соединений между двумя оконечными пунктами организуется всегда по одному и тому же пути (маршруту). Фактически сеть с маршрутизацией по фиксированным путям - это сеть, в которой закрепляются на постоянной основе виртуальные каналы за каждой парой оконечных пунктов, в отличие от сети с виртуальными каналами, в которой маршруты между двумя окончными пунктами могут быть выбраны произвольно.

Амплитудно-импульсная модуляция - АИМ (PAM-Pulse Amplitude Modulation)

Входной сигнал Дискреты АИМ-сигнала Выходной сигналs(t) s'(t)

93

Амплитудная модуляция Фильтр нижних частот (последовательность импульсов, или дискреты)Если частота дискретизации меньше удвоенной величины верхней частоты спектра исходного сигнала, первичный сигнал не может быть восстановлен без искажений.Возникает явление наложения спектров (рис. "г").

а) Спектр входного сигнала

б) Спектр импульсной последовательности

-2tд -tд tд +tд +2 tд

в) Спектр выходного сигнала без искажения, при fд ≥ 2F

г) Спектр выходного сигнала с искажением, при fд < 2F

Наложение спектровКак показано на рис. г), искажения в выходном сигнале возникают вследствие того, что боковые полосы частоты дискретизации попадают в выходной фильтр, но не могут быть выделены из него путем фильтрации. Примером возникновения таких искажений в системах дискретизации являются старые кинофильмы, в которых колеса автомобиля или телеги вращаются в обратном направлении (колесо поворачивается на 355°, а выглядит это на глаз так, если бы оно повернулось на 5°).Аналогичная ситуация происходит с процессом возникновения помехналожения спектров в речевых (звуковых) сигналах, когда сигнал с частотой 5,5кГц дискретизируется с частотой 8,0кГц, при необходимойдля этого примера частоты дискретизации: 5,5,кГц х 2=11,0кГц - в соответствии с теоремой Котельникова (Найквиста). В этом примере на выходе восстанавливающего фильтра нижних частот на приемном конце возникает сигнал помехи с частотой 2,5кГц, который не поступал от источника, т.е. сигнал помехи из-за наложения спектров в речевых сигналах.

Пример преобразования речевого сигнала с частотой 5,5кГц в сигналпомехи с частотой 2,5кГц.

94

АМ ФНЧ

Речевой сигнал 5,5кГц Частота помехи 2,5кГц

Фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза 4,0кГц устанавливается на передающем УК (КС)и предназначен для ограничения спектра непрерывного речевого сигнала перед дискретизацией для того, чтобы можно было удалить из него составляющие с частотой выше F - верхней частотой разговорного спектра (МСЭ-Т рекомендует: 0,3 - 3,4кГц округлять верхнюю частоту спектра до 4,0кГц) даже, если этими составляющими можно было бы пренебречь, как неслышимыми.

Без входного ФНЧ, который также предназначен для подавления очень низких частот, чтобы удалить фон частоты 50,0Гц - 0,0Гц, проникающий из сетей электропитания, невозможно устранить помехи вследствие наложения спектров.

Функциональная схема системы с амплитудно-импульсной модуляцией

s(t) Дискреты АИМ-сигнала s'(t)

Источник Устройство Устройство Выходнойсигнала (речь) дискретизации ступенчатой сигнал

апроксимации

За счет использования апроксимации дискретизированного сигнала, уровень мощности сигнала на выходе выходного фильтра (ФНЧ) практически не снижается по сравнению с уровнем мощности входного сигнала.

Шаблон для входного фильтра (рекомендован МСЭ-Т, или ITU-T)

дБ -10 -20 -30 3,4 4,0 кГц

.

.

.

Импульсно-кодовая модуляция

95

ФНЧ 4,0кГц

УД УСА ФНЧ 4,0кГц

АИМ-сигнал, как отмечалось ранее, представляет собой последовательность узких импульсов.

Подвергнем АИМ-сигнал квантованию по уровню:

s(t) Δi - -шаг квантования, где i = 0,1,2,3,4,5,6,7,8

tд – период дискретизации (шаг квантования)

Границы шагов квантования являются точками разрешения для передачи значений амплитуд импульсов, которые приближенно равны мгновенным ближайшим значениям первичного (речевого) сигнала. Такое преобразование называется квантованной АИМ (КАИМ). Число квантов большое, но конечное - 256 = 28.

Если шаги квантования одинаковые, квантование называется равномерным, при разных величинах шагов квантования - неравномерным.

Ошибки, возникающие при КАИМ, называются шумом квантования, который представляют собой случайную последовательность импульсов. Максимальное значение амплитуд импульсов шума квантования не должно превышать половины шага квантования. Чем меньше шаг квантования и период дискретизации (квантования), тем меньше шумы квантования.

Преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, или: импульсно-кодовая модуляция - ИКМ

Преобразование аналогового, в т.ч. речевого сигнала в цифровую форму осуществляется в 4 этапа (имеет место четыре процесса):-фильтрация - к преобразованию допускаются стандартные звуковые частоты;-выборка (АИМ) - дискретизация (samplinq) - формирование дискрет - отсчетов амплитуды речевого сигнала (для речи амплитуда сигнала измеряется 8000 раз/ с, т.е. частота дискретизации равна 8000,0Гц);-квантование, т.е. корректировка амплитуды полученных отсчетов (каждого импульса АИМ сигнала) вдоль вертикальной оси - всего 256, или 28 уровней. При этом сигнал компрессируется (сжимается).-кодирование амплитуды каждого импульса конечным двоичным числом.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) является развитием АИМ.

Функциональная схема системы с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ)

96

Входной Стандартные Дискреты АИМ- Дискреты, закодированные Дискреты Аналоговыйаналоговый голосовые сигнала в цифровую форму АИМ-сигнала выходнойсигнал частоты сигнал s'(t)s(t)

канал

(битовый поток)

Импульсы дискретизации кодированный сигнал

где:АЦП – аналого-цифровой преобразовательЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

Дискретизация Квантование

Процесс аналого-цифрового преобразования сигнала называется импульсно-кодовой модуляцией - ИКМ.

Частота дискретизации при аналого-цифровом преобразовании речевого сигнала равна 8,0кГц.

Частота дискретизации речевого сигнала 8,0кГц используется во всех телефонных сетях мира.

В системах с ИКМ с равномерным квантованием дискретная амплитуда сигнала кодируется 12/13-ти разрядным двоичным числом (12-13 битами) по линейному закону. Размер шага квантования не зависит от сигналов с малой или большой амплитудой, что создает избыточное качество для сильных сигналов, вероятность появления которых очень мала. По этим причинам в системах с ИКМ с равномерным квантованием кодовое пространство используется очень неэффективно.

Более эффективна процедура кодирования при неравномерном квантовании, когда применяется нелинейный (логарифмический) закон квантования. В этом случае квантованию подвергается не амплитуда сигнала, а ее логарифм (шаги квантования увеличиваются пропорционально увеличению значениям дискретов). Эти схемы значительно сложнее и дороже схем кодирования при равномерном квантовании. В данном случае имеет место процесс "сжатия" (компрессирование) динамического диапозона сигнала с 12-13 бит до 8 бит (одного байта). Пропускная способность канала ИКМ определяется арифметически:

97

ФНЧ АИМ АЦП ЦАП ФНЧ

4,0кГц (максимальная частота спектра речевого сигнала) х 2 = 8,0кГц (частота дискретизации) х 8бит = 64Кбит/с - составляет основу всей цифровой телефонии и является всемирным стандартом для цифровых сетей всех типов (т.к. обеспечивает высокое качество передачи речи).

Типовая характеристика компрессирования

Шаги равномерного квантования Δi (компрессированные значения дискретов)(8-ми разрядное двоичное число - байт, октет) Входной сигнал s(t) 8 7 6 5 4 3 3 с 9-го по 13-й шаг, или квант - 21 данные избыточны для ИКМ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Шаги неравномерного квантования

Процесс, при котором с помощью специально рассчитанных нелинейных - устройств (например, диодов) сначала осуществляется процесс неравномерного квантования, а затем равномерного квантования (с использованием равных шагов), называется компрессированием. На приемном конце, в ИКМ-декодере при неравномерном квантовании на передаче компрессированные величины восстановливаются до исходных значений дискрет, т.е. осуществляется экспандирование.

Процесс, при котором сначала осуществляется компрессирование, а затем экспандирование, называется компадированием.

Функциональная схема процесса ИКМ с компандированием

Входной сигнал Аналого-цифровое Цифро-аналоговое преобразование (ИКМ-кодер) преобразование (ИКМ-декодер)

Выходной сигналs(t) ФНЧ линия связи s'(t)

Компрессирование Цифровые Экспандированиекодовые комбинации

При преобразовании аналоговых сигналов в цифровую форму компадирование - эквивалентно приданию малых шагов квантования дискретам малой величины и больших шагов квантования дискретам большой величины.

Таким образом, при использовании систем с ИКМ выполняются следующие преобразования аналогового сигнала:

98

АЦП ЦАП

-в пункте передачи – фильтрация; дискретизация, илиамплитудно-импульсная модуляция (АИМ); квантование; кодирование;-в пункте приема - декодирование и демодуляция квантованного АИМ (КАИМ)-сигнала.На приеме аналоговый сигнал отличается от сигнала на передаче, т.к. он формируется из квантованных импульсов, амплитуды которых равны не мгновенным значениям передаваемого речевого сигнала s(t), а, как отмечалось выше, ближайшим разрешенным его значениям.Процесс квантования вносит искажения, которые тем меньше, чем меньше шаг квантования.

Функциональная схема декодера ИКМ-сигнала (на примере числа "789")Преобразователь Сумматорпоследовательного (напряжение возрастаеткода в параллельный пропорционально 2n)

а8 1ИКМ-сигнал а7 11100010101 а6 0вход декодера а5 0 КАИМ-сигнал

а4 0 (пропорц. числу) а3 1

а3 0а2 1а1 0а0 1

На выходе преобразователя каждая единица (токовый импульс) поступает на вход сумматора, в котором все значения токовых импульсов суммируются, т.е. увеличиваются в 2n paз. На выходе сумматора появляется импульс, амплитуда которого определяется кодовой комбинацией на входе ИКМ-декодера. В приведенном примере единицы кодовой комбинации 1100010101 поступают на нулевой, второй, четвертый, восьмой и девятый входы сумматора, где напряжение увеличивается пропорционально 2л раз. В итоге на выходе сумматора возникает напряжение, пропорциональное сумме вышеназванным числам, значение которых в десятичной системе равно 789 т.о.,на выходе сумматора имеется квантованный АИМ-сигнал (КАИМ-сигнал), которыйпреобразуется в непрерывный сигнал с помощью специального устройства (в простейшем виде это - конденсатор небольшой емкости, который, получая импульсы тока, т.е. отсчетного значения, мгновенно заряжается, удерживает заряд до поступления следующего токового импульса). При этом кривая непрерывного тока, полученная с помощью специального устройства, незначительно отличается от исходного речевого сигнала и имеет плоские ступеньки между отсчетными значениями, т.е. имеют место незначительные искажения.

Аналогово-цифровое преобразование - довольно дорогое, но необходимое действие, имеет место до тех пор, пока существует аналоговое

99

Последоват. код

Параллельн. код

∑98765 43210

окружение, но в процентном отношении к общим сетевым затратам затраты на аналого-цифровое преобразование будут постоянно снижаться.

Функциональная схема канального вокодера (кодер + декодер) Полосовые Выпрямители Блок объединения Блок разъединения фильтры потоков потоков

Генератор Генератор импульсов шума

Линия связи

Кодер Декодер

Данный кодер с низкой скоростью передачи информации (2,4кбит/с) и "синтетическим" характером речи. Есть кодеры со скоростью 6,0-16,0кбит/с.Вокодеры - Voice codinq - кодеры речевого сигнала, или спектральные канальные вокодеры (иногда их называют вокодеры с возбуждением основного тона), более сложное, чем просто кодер устройство, состоит из: кодера - на передающем конце и декодера - на приемном.

Вокодеры кодируют только речевую информацию, они не могут применяться на телефонной сети общего пользования (ТфОП).

Вокодеры применяются в ограниченной полосе частот, например в автоинформаторах, в т.ч. "Службы времени", для передачизасекреченного речевого сигнала по аналоговым каналам тональной частоты, формирования речевого сигнала на выходе компьютера, в компьютерных играх и т.д.

Вокодер включает в себя следующие устройства:-Полосовые фильтры, разделяющие речевой сигнал на узкие полосы;-Выпрямители, осуществляющие двухполупериодное выпрямление и фильтрацию узких полос сигнала;-Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), кодирующие каждую полосу сигнала;

100

ПФ

ПФ

ПФ

В

В

В

АЦПn

АЦП2

АЦП1

ЦАПn АМ ПФ

ЦАП2

ЦАП1

АМ

АМ

ПФ

ПФ

Определение звука: гласный, согласный

Измерение основного тона

ГИ ГШ

-Устройство определения характера возбуждения речи, определяющее гласный или звонкий согласный звук в отличие от глухого, а также частоту основного тона для гласных и звонких согласных звуков.

Возбуждение гласных звуков и звонких согласных звуков имитируется для синтеза речевого сигнала на приемном конце в декодере генератором импульсов. Возбуждение глухих звуков имитируется генератором шума. Определить основной тон гласных и звонких согласных звуков процесс наиболее сложный, но речь на приеме разборчива, но имеет синтетическое звучание, даже на малых скоростях.Эффект фазового сдвига одной из компонент основного сигнала, осуществляемый вокодерами, ухом не воспринимается.

Резюме:

Замена непрерывного (аналогового) сигнала кодированной комбинацией импульсов называется импульсно-кодовой модуляцией - ИКМ - PSM - Pulse Code Modulation (стандарт G.711).

В системах ИКМ-30 используются общие АЦП (АЦО – аналого-цифровое оборудование) и ЦАП (ЦАО – цифро-аналоговое оборудование) на 30 информационных каналов и два служебных канала - всего32 канала. При этом запоминающее устройство ЗУ не используются.

Один АЦП (аналого-цифровой преобразователь) обслуживает по очереди все каналы системы ИКМ-30, а на приемном конце используется общий ЦАП, который восстанавливает отсчеты и распределяет их по своим каналам.Таким образом, системы ИКМ-30 не только простые, но и не дорогие.АЦП и ЦАП должны работать синхронно!

Другие методы кодирования сигнала DM - дельта-модуляция:Метод дельта-модуляция (фазовая модуляция) основан на том, что идет сравнение двух соседних амплитуд аналогового сигнала. В этом случае нужен не один байт, как в ИКМ, а один бит (0 или 1):-если в сигменте амплитуда аналогового сигнала возрастает, дискрете дается значение "1"; -если амплитуда аналогового сигнала убывает, дискрете дается значение "0". При этом шаг дискретизации должен быть очень малым - 32,0кГц (31,25мс).

Математическое прогнозирование

Этот метод требует для оценки тенденции изменения амплитудных значений дискрет частоту дискретизации (измерений в секунду) 16,0кГц или 32кГц, при этом для кодирования сигнала требуется не 8 бит (1 байт), как в ИКМ, и не 1 бит, как в устройствах с дельда-модуляцией, а 3 или 4 бита.

101

Цифровые многоканальные системы передачи

Многоканальные системы с временным разделением каналов (ВРК)

Пример:В качестве переносчика первичного сигнала s(t) использована периодическая последовательность узких импульсов. В результате модуляции этой последовательности первичным сигналом по амплитуде, на выходе модулятора получается АИМ-сигнал - канальный сигнал v(t). Канальные импульсы второго и т.д. каналов должны быть сдвинуты во времени относительно импульсов первого канала и остальных каналов. Это правило распространяется на канальные импульсы любого из образованных каналов.АИМ-сигналы получить очень просто: в качестве АИМ-модуляторов можно использовать обыкновенные электронные ключи - ЭК, через которые передаются первичные сигналы и которые управляются импульсными переносчиками (периодическими последовательностями импульсов) из генераторов тактовых импульсов - ГТИ.

Функциональная схема многоканальной системы передачи с ВРК

sn(t) 4,0кГц АИМ-сигнал мультиплексированный сигнал

s1(t) v1 (t) Σ v(t) Σ v(t) v'1(t) s'1(t)

s2(t) v2(t) v'2(t) s'2(t)

sn(t) vn(t) v'n(t) s'n(t)

где:ГТИ - генератор тактовых импульсовРИК – распределитель импульсов по каналамСС - схема синхронизацииФНЧ - фильтр нижних частотМ - мультиплексор - устройство объединения канальных сигналов в групповой сигнал - v(t)

102

~

~

~

ФНЧ ЭК

ФНЧ

ФНЧ

ЭК

ЭК

М

Линия связи

ЭК

ЭК

ЭК

ФНЧ

ФНЧ

ФНЧ

ССРИК

СС РИК

искажения, помехи

ГТИ

ГТИ

АИМ-модулятор работает следующим образом: импульсы переносчиков (ГТИ, РИК) поочередно открывают ключи, на выходах которых появляются канальные сигналы. РИК обеспечивают сдвиг во времени последовательностей импульсов, подаваемые на ЭК1 - ЭКn друг относительно друга. Таким образом, АИМ сигналы (импульсы каждого канала, несущие в своей амплитуде информацию о первичном сигнале) передаются в линию только в определенные отрезки времени.На приеме канальные сигналы разделяются с помощью ЭК, выполняющих роль канальных селекторов, которые работают синхронно и синфазно с ЭК на передаче, что обеспечивается с помощью схемы синхронизации (СС).

Демодуляция канальных сигналов (т.е. восстановление из них первичных сигналов s'(t)) на приеме осуществляется по дискретным (импульсным) значениям v'(t).

S(t) Первичный сигнал S (ω) Спектр первичного сигнала

t Ωмах ωV(t) Импульсный переносчик V(ω) Спектр импульсного переносчика

V0 V1 V2

t ωд 2ωд

VАИМ (t) Канальный АИМ-сигнал V(ω) Спектр канального АИМ-сигнала

t Ωmах ωд 2ωд

Первичный сигнал легко выделить с помощью ФНЧ. Такие фильтры включают в каждый канал, они практически являются демодуляторами. При этом необходимо выполнять условие:частота следования импульсных последовательностей (переносчиков), как это утверждается в теореме Котельникова (Найквиста), должна быть не ниже удвоенной максимальной частоты спектра первичного сигнала (2Fmax), в противном случае первичный сигнал выделить с помощью фильтра будет невозможно.

Таким образом: Системами передачи с временным разделением каналов (ВРК) называются системы передачи, в которых канальные сигналы передаются по линиям связи в не перекрывающиеся промежутки времени.

103

Современные электронные системы регистрации могут "ловить" чрезвычайно короткие (узкие) импульсы, что говорит о высокоскоростной передаче сигнала: сотни мегабит в секунду (мбит/с), т.е. передача должна быть широкополосной.

Объединение цифровых потоков (сигналов) по принципу "чередования битов" заключается в следующем:-сначала передается бит одного потока, -затем - бит второго потока,-затем – бит следующего и т.д., до тех пор, пока не будут пропущены в линию по одному, первому биту каждого потока. Затем все повторяется сначала, но для второго бита и т. д.

В качестве быстродействующих устройств, обеспечивающих сбор, объединение и передачу битов в канал связи, используются мультиплексоры.

Мультиплексоры управляются тактовыми импульсами, которые вырабатываются генераторами тактовых импульсов (ГТИ).

Пример мультиплексирования четырех цифровых потоков: На вход мультиплексора поступают речевые сообщения или числа в виде двухразрядных кодовых комбинаций.

В случае, если передача битов на входы мультиплексора из каждого цифрового потока осуществляется непрерывно требуется установка в каждом канале устройства памяти - запоминающего устройства (ЗУ), в котором биты кодовой комбинации (цифровой информации) будут накапливаться до тех пор, пока мультиплексор не "откроет" свой выход для их пропуска в линию связи.

Пока цифровой (двоичный) код (буква, число) одного потока пропускается через мультиплексор в линию связи, коды (буквы, числа) других потоков записываются в свои ЗУ и "ждут", когда для них мультиплексор "откроет" свой выход. В нижеприведенном примере в качестве линии связи используется одно из волокон в оптическом кабеле (ВОЛС).

С помощью светодиода в волокно ВОЛС вводится луч света, светопотоком которого управляют сами передаваемые импульсы. Если на выходе мультиплексора импульс есть, светодиод излучает свет ("1"), если импульса на выходе мультиплексора нет, светодиод свет не излучает ("0").

В приведенном примере мультиплексор имеет 4 входа, т.к. в нашем примере рассматриваются всего четыре двухразрядные кодовые комбинации (4 цифровых потока). Это означает, что для управления "открыванием" входов мультиплексора требуется всего 2 управляющих шины - по числу разрядов двоичного числа.

104

Мультиплексор (М) Среда передачи Демультиплексор (ДМ)Входящие Светодиод Фотодиодцифровые потоки

1 00 оптическая 1 связь

2 01 (одно волокно ВОЛС) 2

3 10 3

4 11 4

для 4-х двухразрядных цифровых потока, поступающих из АЦП через ЗУ на входы мультиплексора:-первый поток "00" поступает на 1-й вход (управляющую шину);-второй поток "01" - на 2-й вход (управляющую шину);-третий поток "10" - на 3-й вход (управляющую шину);-четвертый поток "11" - на 4-й вход (управляющую шину).В данном примере для "перебора" всех 4-х входов мультиплексору достаточноиспользовать 2-х разрядный двоичный код, дающий 4 комбинации цифр:00, 01, 10, 11, и, следовательно, два управляющих входа со стороны счетчика (два разряда счетчика - Q0, Q1). Двоичные счетчики под управлением тактовых импульсов из ГТИ "умеют считать" двоичные числа:-от 0 - до 3; от 0 до 7; от 0 до 15 и т. д (соответственно: двух-, четырех – восьми - и т.д. разрядные счетчики),.Счетчик "выдает" следующую цифру только при получении очередного, "разрешающего" тактового импульса из генератора тактовых импульсов.На приеме аналогично осуществляется демультиплексирование.

При передаче речевых сигналов, их сначала кодируют в цифровую последовательность "0" и "1", для чего после ФНЧ на передающем конце подключается АЦП - аналого-цифровой преобразователь, а на приеме ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь.

Разрядность АЦП и ЦАП в ИКМ системах равна 8 битам (1 байт).

105

D1 Q

D2

D3

D4

Q0 Q1 Двоичный счетчик 2-х разрядный

Генератор тактовых импульсов - ГТИ

Q D1

D2

D3

D4

Q0 Q1Двоичный счетчик2-х разрядный

Генератор тактовых импульсов - ГТИ

Функциональная схема цифровой системы речевых сообщений (АИМ, квантование, Линия (декодирование) и кодирование) связи

ВОЛС

8-ми разр. Тактовая частотапередатчика8,0кГц

8,0кГц

Тактовая частота ГТИ передатчика управляет ГТИ приемника, вынуждая его выдавать тактовые импульсы синхронно, что и ГТИ передатчика.

Пример мультиплексирования цифровых потоков по принципучередования байтов (кодовых комбинаций): (Пример: 2 канала, 2 сигнала по 2 слова в каждом) 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1

Сигнал Аслово 1 слово 2

Мультиплексированный сигналЛиния связи

слово А1 слово В1 слово А2 слово В2 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1

Сигнал В

слово 1 слово 2

Из примера видно, что система даже при двух мультиплексированных сигналах, каждый из которых содержит всего два слова, оказалась сложной. В 1939г. была разработана более удачная для передачи непрерывных (речевых) сигналов по каналам связи - система передачи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), или ИКМ-система. Потребовалось более 20 лет (1962 год), чтобы ИКМ-системы нашли свое коммерческое применение. Первыми такими системами были системы США - ИКМ-24, (где: 24 - число информационных каналов) в которых 24 исходящих потока объединяются на выходе системы в общий цифровой поток со скоростью передачи 1,536 мбит/с. С 1968 года выпускаются унифицированные системы, одобренные МСЭ-Т (ранее - МККТТ), - ИКМ - 30, затем ИКМ-60, ИКМ-120, ИКМ-480 и ИКМ-1920, которые были технологически доведены до почти идеального состояния и стали широко применяться на местных и зоновых телефонных сетях.Необходимо иметь в виду, что городские телефонные кабели (медножильные) пригодны для передачи цифровой информации со скоростью около 2,0 мбит/с (2,048 мбит/с). При более высоких скоростях между парами кабеля возникают помехи - электромагнитные влияния.

106

ФНЧ

ФНЧ ФНЧ

ФНЧАЦП

АЦП ЦАП

ЦАПЗУ

ЗУ ЗУ

ЗУ

М ДМ

Сч. Сч.

ГТИГТИ

ТА

ТА

ТА

ТА

ПФ УС огр.

Синхронизация

Синхронизация - synchronization - процесс обеспечения временнóй одновременности действий параллельных процессов, например, при передаче-приеме информационных или управляющих битов (или пакетов данных) в цифровых сетях передачи данных.

Если, например, АЦП выдает в канал связи 8-разрядные кодовые слова (кодовые комбинации): 10011100 / 11100111 / 11000111 / 01111001 ,где каждый бит появляется через строго определенные интервалы времени (такты), то ЦАП, чтобы расшифровать именно эти кодовые комбинации, должен выбирать биты из последовательности в те же такты, в которые осуществляется их передача.

fТ =fд n Nк = 8,0кГц · 8(разрядов, или битов) · 1(Nк число каналов) = 64,0 · NК кГц

Синхронизация по тактам (тактовая синхронизация)

Генераторы тактовых импульсов (ГТИ) установлены на передающей и на приемной сторонах. ГТИ управляют тем моментом, когда АЦП передает, а ЦАП соответственно принимает очередной бит. Работа ГТИ на передаче и ГТИ на приеме должна быть синхронизирована на каждом такте, т.е. частота следования тактовых (управляющих) импульсов на передаче и частота следования тактовых импульсов на приеме должны быть одинаковыми и не зависящими от колебаний напряжения в сети, действий персонала и т.д.

Выделение тактовых импульсов из цифрового потока

Случайная составляющая Тактовые импульсыцифрового потока 1 0110011

Тактовые импульсыПередатчик Приемник

Цифровой поток можно представить в виде суммы регулярной и случайной последовательностей, т.е. можно увидеть тактовые импульсы в явном виде.

В спектре тактового сигнала присутствуют основная частота и высшие гармоники тактовой частоты, а это означает, что с помощью полосового электрического фильтра можно выделить из цифрового потока колебание тактовой частоты, а затем сформировать из него тактовые импульсы (см. рисунок выше). Полосовой фильтр, заранее настроенный на частоту тактовых колебаний, подключают к линии связи на приемной станции, параллельно приемнику, чтобы он не мешал цифровому потоку попадать в приемник и в то же время сам мог анализировать частотную (тактовую) составляющую этого потока.

107

ПФ УС Огр.

Полосовой фильтр выделяет из поступающего на его вход цифрового потока колебание (которое всегда является синусоидальным колебанием) именно данной тактовой частоты. Для каждого сигнала (речь, текст, звук, факс, ТВ, данные…)- своя тактовая частота - ft.

С помощью усилителя и ограничителя это колебание преобразуется в последовательность тактовых импульсов, которые управляют генератором приемной станции, вынуждая его выдавать тактовые импульсы с точно таким же интервалом. Этот процесс называется синхронизацией по тактам, или тактовой синхронизацией.

Казалось бы, что можно отказаться от генератора тактовых импульсов (ГТИ) на приемной станции, но этого делать нельзя, т.к. сбой в системе синхронизации приводит к тому, что тактовые импульсы пропадают и связь нарушается по всем каналам.Сбои в синхронизации возникают в случаях, когда в часы наименьшей нагрузки в подавляющем большинстве каналов информация не передается, и в цифровом потоке появляются очень длинные последовательности нулей.Устранить такие "белые пятна" в цифровом потоке можно с помощьюприбавления к двоичным символам цифрового потока двоичнойпоследовательности:

-Имеется некий цифровой поток 01110000000000000000011,

к потоку прибавляется скремблер - двоичная последовательность, а именно: "0" и "1":

-скремблер 10101010101010101010101

в результате сложения двоичных чисел имеется:

-суммарный цифровой поток в линии 11011010101010101010110

Из переданного в линию цифрового потока исчезают длинные последовательности нулей.Чтобы вернуться к исходному потоку, перед тем, как направить его в приемник, необходимо сложить эту двоичную последовательность по законам двоичной арифметики с той же двоичной последовательностью, что и на передаче.

Для вышеприведенного примера такой последовательностью является

скремблер: 10101010101010101010101

В результате сложения с суммарным цифровым потоком: 11011010101010101010110

получается исходный цифровой поток: 01110000000000000000011

108

Подобная операция называется скремблирование (от английского слова - scramble - перемешивать). Скремблеры - это сумматоры по модулю 2 (микросхемы). Перед тем, как отправить цифровой поток в линию, на один из входов этого сумматора подают цифровой поток, а на другой его вход - некую двоичную последовательность заданной структуры. В результате суммирования (скремблирования) этих двух цифровых потоков, в линию направляется "скремблированный" цифровой поток, который не содержит длинных последовательностей нулей. На приемном конце устанавливается точно такой же сумматор (скремблер), через который пропускается выходящий с линии цифровой поток и та же двоичная последовательность, что и на передаче. Происходит дескремблирование, и восстановленный в первоначальном виде цифровой поток обрабатывается приемником. Тактовые импульсы выделяют из цифрового потока до процедуры его восстановления (дескремблирования)!

Цикловая синхронизация

В современных цифровых системах передачи применяется так называемая цикловая синхронизация. Это означает следующее: перед тем как объединить цифровые потоки различных каналов, в приемник посылается сигнал о начале цикла. Приемник, получив этот сигнал, открывает вход для приема цифрового потока первого канала, а затем, под управлением тактовых импульсов, поочередно - для второго, третьего и остальных каналов. С приходом следующего синхронного сигнала, означающего начало следующего цикла, все повторяется сначала, начиная с первого канала (т.е., приемник открывает вход для приема цифрового потока первого канала, затем - второго и т.д.).Синхронный сигнал (синхросигнал) необходимо отличать от других принятых кодовых комбинаций. Для этого ему присваивают определенную кодовую комбинацию из двоичных чисел 0 и 1. Например, в системе передачи ИКМ-30 для синхросигнала принята семиразрядная кодовая комбинация 0011011, которая передается только в четные циклы (0,2,4...)

Цикл передачи в системе ИКМ-30

0011 011 11010011

Синхросигнал Кодовая комбинация в каналеСлужебный канал синхронизацииСлужебный канал сигнализации (управления)

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 1 15 17 31 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 0 2 .................. 16 ............... 30 0

Цикл передачи кодовой комбинации 125,0мкс время(t), с Цикл сигнализации 2000,0мкс (2,0мс) - каждые 16 циклов

Цикл передачи синхронного сигнала 250,0мкс - каждый четный цикл

109

Кодовая комбинация 0011011 (синхросигнал) может встретиться в цифровом потоке одного из каналов, но вероятность этого события очень мала, а синхросигнал поступает в линию связи (приемник) с периодом 250,0 мкс (125,0 мкс х 2 - т.е. каждый четный цикл).

Свойство синхросигнала повторяться через строго определенные промежутки времени - 250,0мкс используется для управления.

Специальное устройство в приемной станции системы ИКМ-30 контролирует наличие синхросигнала.

Если сигнал с вышеназванной кодовой комбинацией приходит через каждые 250 мкс, следовательно, это синхросигнал (решение принимается обычно после нескольких его повторений).

Цикловая синхронизация включается в работу не сразу - через несколько миллисекунд. Это время называется вхождением в синхронизм.

При случайной потере синхронизма может произойти сбой - разъединение устанавливаемого соединения. Поиск состояния синхронизма (синхросигнала) осуществляется путем сравнения кодовых групп группового сигнала с эталоном синхросигнала, вырабатываемого генераторным оборудованием (ГО) на приемном конце. Если кодовая группа не соответствует эталону (кодовой группе синхросигнала, вырабатываемого ГО на приеме), приемник синхросигнала осуществляет "торможение" (сдвиг) последовательности управляющих импульсов на один период тактовой частоты и так до тех пор, пока не установится однозначное соответствие, фиксирующее состояние синхронизма в системе.Как отмечалось выше, кодовая комбинация синхросигнала имеет семь разрядов (бит), а не восемь, как в других цифровых сигналах ИКМ. Следовательно, кодовую комбинацию синхросигнала можно дополнять до "стандартного" числа разрядов -8, передавая в "пустом" промежутке времени биты, например, от персонального компьютера (со скоростью передачи - 8,0кбит/с). Таким образом: С вводом сигнала синхронизации в цифровой системе передачи практически организуется еще один "стандартный" канал, в котором скорость передачи битов (вместе с битом компьютерных данных) достигает 64,0кбит/с и который фактически ничем не отличается от основных, или информационных, каналов. Этот канал является служебным (31-м каналом), в системе передачи ИКМ-30 и имеет нумерацию "0".

Есть еще один служебный канал (32-ой канал), по которому передаются сигналы управления установлением соединения, ответа, отбоя, занятости абонента, линий и т.д. Этот канал имеет нумерацию "16".Всего в системе передачи ИКМ-30 организовано 32 канала: 1-15, 17-32 - основные каналы, или информационные (стандартные, со скоростью передачи данных 64,0кбит/с), а также: -0-ой канал - служебный, для обеспечения синхронной (синфазной) работы одноименных каналов на передаче и приеме (стандартный, со скоростью передачи 64,0кбит/с);

110

-16-ый канал - служебный, для управляющей сигнализации (стандартный, со скоростью передачи 64,0 кбит/с), сверхцикловой сигнал передается в каждые 16 циклов (0, 16, 32 и т.д.), т.е. через 2000,0мкс, или 2,0мс.

Выше рассмотрен метод синхронизации, используемый в цифровой сети, оснащенной для конкретной системы цифровой передачи - ИКМ-30.

Кроме этого метода используется еще ряд способов синхронизации цифровой сети:-плезиохронный способ, при котором на всех узлах коммутации используются задающие генераторы (ЗГ), со стабильностью не ниже 1011 (при тактовой частоте 8,0мГц);-согласование скоростей на всей сети (линии спутниковой связи);-использование эталонного генератора для всей сети;-пакетная передача, в отличие от цифровых телефонных сетей с технологией коммутация каналов (например, системы передачи ИКМ-30), в сетях передачи данных – СПД с коммутацией пакетов (или коммутацией сообщений) в промежутках между пакетами данных передаются символы (не несущие информацию) или управляющие сообщения.

Принципы организации тактовой сетевой синхронизации - ТСС

С точки зрения организации синхронизации, сéти бывают:-полностью синхронные сети, управляемые одним первичным эталонным генератором (ПЭГ) тактовых импульсов;-полностью псевдосинхронные, или плезиосинхронные сети, когда на каждой коммутационной станции (коммутационном узле) имеется свой задающий генератор, сличающий или не сличающий свою тактовую частоту с эталонными частотами не только от одного ПЭГ, но и от других эталонных источников частоты, например, с навигационными сигналами или сигналами, передаваемыми по телевидению;-смешанные сети, в которых синхронные сети, управляемые ПЭГ, взаимодействуют друг с другом в псевдосинхронном режиме;-с принудительной синхронизацией сети, в которых происходит активное взаимодействие узлов и линий синхронизации по принципу: "ведущий-ведомый", т.е. эталонный сигнал тактовой частоты ведущего ЗГ (ВЗГ) доводится до других ЗГ, ведомых по отношению к этому ведущему ЗГ.

Основные понятия сетевой синхронизации:-первичный эталонный генератор - ПЭГ обеспечивает всю цифровую сеть или цифровую сеть большого региона эталонной тактовой частотой в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.811 и требованиями ETS-300 462-6;-вторичный задающий генератор - ВЗГ имеет запоминающее устройство для качественных характеристик сигнала тактовой частоты из ПЭГ, выполняет функции восстановления качества передаваемой из ПЭГ эталонной тактовой частоты, а при ее пропадании выполняет функции ЗГ;-задающие генераторы - ЗГ - обеспечивают стабильную и точную тактовую частоту;

111

-сеть синхронизации - Synchronization Network - обеспечивает сетевые элементы эталонными сигналами тактовой синхронизации, состоит из узлов и линий синхронизации;-синхронная сеть Synchronous Network - это сеть, на которой все ЗГ имеют долговременно одинаковую точность тактовой частоты;-всемирное (универсальное) координированное время - Universal Time Coordinated - UTC - шкала времени, поддерживаемая Международным бюро мер и весов (BIPM) и Международной службой земного вращения (LERS), которые формируют основу для скоординированного распространения стандартных частот и сигналов точного времени;ТСС обеспечивает эффективное взаимодействие цифровой аппаратуры, расположенной на большой территории.

ТСС не требуется в следующих системах передачи:-в системах передачи плезиохронной цифровой иерархии - СП ПЦИ -для сопряжения цифровых последовательностей с частотами 2,0мГц и выше;-в системах передачи синхронной цифровой иерархии - СП СЦИ;-мультиплексор (обычный) также не требует ТСС.

ТСС в СП СЦИ требуется только при передаче сигналов с очень большими скоростями и на линиях с очень большой протяженностью.Так как синхросигналы, как и информационные сигналы подвержены помехам, то на сети применяются вторичные задающие генераторы - ВЗГ, восстанавливающие тактовую частоту. В сетях передачи плезиохронной цифровой иерархии (PDH) для передачи синхросигналов используются цифровые потоки первичных групп 2048,0кбит/с. На линиях большой протяженности синхросигналы подвергаются большим искажениям, поэтому без применения ВЗГ невозможно поддерживать синхросигнал для его дальнейшей передачи по сети.

Линия передачи синхросигнала

Затухание 6,0дБ на f = 2,048мГц

В сетях PDH передача синхросигналов в цифровых потоках 2,048мбит/с не возможна, даже при наличии ВЗГ и блоков сетевой синхронизации (БСС), из-за недопустимо высоких уровней фазовых искажений. Поэтому синхросигнал (2048,0кбит/с) передается в составе тактовых частот линейного сигнала в сетях, например, в сетях синхронной цифровой иерархии - SDH (через синхронные транспортные модули - STM-N на передаче и на приеме STM-N). С помощью этого сигнала в специальных устройствах преобразования синхросигналов (ПСС), называемых ретаймерами, восстанавливается тактовая частота.На взаимоувязанной сети связи - ВСС РФ - для надежной синхронизации необходимо иметь не менее 7 ПЭГ (сегодня - 5), каждый из которых обеспечивает синхронизацию определенного региона.

112

Узел синхронизации Узел синхронизации

Не исключается возможность установки на сети дополнительных ПЭГ, что обеспечивает большую живучесть сети и дает следующие преимущества:-восстанавливаемость синхросигнала на сети ТСС;-выше надежность сети ТСС;-легче управление сетью ТСС;-легче развитие сетей из-за меньшей взаимосвязи. Наличие дополнительных ПЭГ в цепи передачи основной информации практически не ухудшает ее качество. Согласно рекомендациям МСЭ-Т G.822, качественной считается связь в случае, если число "проскальзываний" (Slip) - повторений или исчезаний блоков битов в цифровом потоке, не превышает 5 за сутки, а при псевдосинхронном режиме работы их не должно быть более одного за 5-8 суток, т.е. 4,0% от общего числа "проскальзываний". На практике количество "проскальзываний" бывают не более чем одно в 6 мес. Нецелесообразно иметь свой ПЭГ в пределах Москвы или другого крупного города, но возможно для сетей железнодорожного транспорта или "РАО ЕЭС", "Газпром" и т.п.Для повышения качества синхронизации в случае пропадания синхросигналов от первичных эталонных генераторов (ПЭГ), ВЗГ могут дооснащаться (лишь в качестве второго резерва) приемниками навигационных сигналов GPS (США). В настоящее время синхросигналы по спутниковым системам связи не передаются, а используется псевдосинхронное сопряжение. При этом на удаленных базовых станциях спутниковой системы могут устанавливаться ПЭГ, основанные на приеме сигналов "ГЛОНАСС".

Архитектура построения сети ТСС:

-топология в форме звезды;-топология в виде дерева (иерархический принцип), при которой имеются ЗГ высшего уровня и ЗГ низших уровней, причем трасса синхронизации может быть альтернативной. Так как узлы соединены между собой по принципу "каждый с каждым", а линия (одна или более) синхронизации, которая распределяет сигналы тактовой синхронизации от сети общего пользования через интерфейс сети пользователя, должна быть синхронизирована от ЗГ сетевого элемента (СЭ) синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

Функциональная схема ВЗГ Т1 Т4

Т2

Т3 Т0

где:Т0 - внутренний эталонный сигнал тактовой синхронизации сетевого элемента;Т1 - сигнал тактовой синхронизации (СТС), полученный из STM-N;Т2 - СТС, полученный из входного сигнала 2,0мбит/с;ТЗ - СТС, полученный из входного синхросигнала 2,0мбит/с;Т4 - внешний выход сигнала тактовой синхронизации.

113

Интерфейсы

ВЗГ

Внешний выход

Выбор

Память

Функциональная схема эталонной сети тактовой синхронизации

Первичный эталонный генератор

Задающие генераторы(ведущие и ведомые)

Базовой сетью тактовой сетевой сигнализации (ТСС) на взаимоувязанной сети связи (ВСС) РФ является, например, ТСС ОАО "Ростелеком". Сеть ТСС Операторов связи может использовать синхросигналы, получаемые от базовой сети ТСС непосредственно или через сети других Операторов связи, или от сетей ТСС, имеющих собственные ПЭГ.

Синхросигналы для сетей ТСС могут быть получены:-от ПЭГ (первичный эталонный генератор);-от ВЗГ (вторичный задающий генератор);-от БСС (от генераторов коммутационных центров, узлов, станций базовых сетой сигнализации);-от оборудования СП СЦИ (систем передачи синхронной цифровой иерархии);-от СП ПЦИ (систем передачи плезиохронной цифровой иерархии).

114

ВЗГ 1

ПЭГ

ВЗГ m

Ведо- мый 1ВЗГ

ВЗГ m

ВЗГ 1

Ведо-мый nВЗГ

Регенерация - восстановление - цифровых сигналов

Восстановление (регенерация) цифрового сигнала в случае искажения (норма МСЭ-Т: 1 щелчок в минуту, т.е. разрешается принять с ошибкой один символ старшего разряда одной из кодовых комбинаций, либо один символ, следующий по старшинству) длительности его импульсов на приемном конце осуществляется регенератором.

Простейший регенератор включает в себя схемы компаратора, принимающего решение ("0" или "1"), и мультивибратора, восстанавливающего ширину импульсов.Регенераторы устанавливаются во все цифровые системы передачи, работающие по электрическим и оптическим кабелям (через небольшие расстояния: 2,0-3,0км - на медножильных; 5,0км и более - на коаксиальных кабелях, 100,0км - на ВОЛС), радиорелейным и спутниковым стволам (на оконечных и промежуточных станциях). Это отражается на скорости передачи и уровне сигнала, понижает устойчивость его к помехам.Допустимая вероятность ошибки для одного регенератора 108, а для всех регенераторов в 100 раз меньше 106, т.е. на 100 млн символов допускается только одна ошибка!

Схема регенерации (восстановления) искаженного цифрового сигнала

1 0 1 0 1 Порог 1 0 1 0 1

t

ТактовыеСравнение сигнала Тактовые импульсы интервалыс порогом из схемы синхронизации

Компаратор принимает решение о том, какой символ был передан ("0" или "1") путем сравнения амплитуды входного сигнала с эталонным (пороговым) значением в данный такт. На выходе компаратора имеется импульс до тех пор, пока порог превышается. Ширина импульсов на входе и соответственно на выходе компаратора разная, поэтому мультивибратор, восстанавливает первоначальную (как на передаче) длительность импульса. Компаратор может ошибиться при принятии решения ("0" или "1"), поэтому применяют помехоустойчивое кодирование путем ввода избыточности (дополнительных контрольных битов кроме имеющихся) в цифровую информацию, представленную двоичными цифрами 0 и 1. Это влечет за собой снижение скорости передачи, но резко повышает устойчивость к помехам. На приемной станции легко подсчитать число ошибочно принятых компаратором решений, даже не зная, какой конкретно бит был принят неверно.

115

Компаратор Мультивибратор

Пример:Предположим, что передаются две кодовые комбинации: 10101110 и 01100011, в которых все биты информационные и нет избыточности. Введем дополнительно к восьми информационным битам девятый -контрольный бит, при этом сумма единиц в передаваемых кодовых комбинациях должна быть четной. Это означает, что в первой кодовой комбинации дополнительный контрольный бит должен быть равным 1, а во второй - 0. В линию поступят уже не 8-разрядные кодовые комбинации, а 9-ти. Если помеха исказит сигнал, один из битов будет принят неверно: вместо "0" "1" или наоборот, то независимо от разряда кодовой комбинации, в котором произошла ошибка, сумма единиц - нечетная и наличие ошибки фиксируется.Суммирование осуществляет специальная микросхема - сумматор и двоичный счетчик.

Одно из правил двоичной арифметики - суммирование по "модулю 2":0 0 = 0;1 0 = 1;0 1 = 1;1 1 = 0.

Знак означает, что это не обычное, а двоичное суммирование. При суммировании по "модулю 2" очередная цифра, поступающая на вход сумматора, складывается с результатом предыдущего суммирования. Если в приемной станции на выходе сумматора число единиц в кодовой комбинации четное, результат суммирования будет "0", а если нечетное – "1". Это означает, что регенератор (компаратор) принял ошибочное решение при восстановлении цифровой кодовой комбинации. Введение в кодовые комбинации столь малой избыточности, как один бит, не позволяет обнаружить все ошибки, например, замену двух "0" одновременно двумя "1" и т.п. Для этих целей нужны коды с бóльшей избыточностью, например:-код Хэмминга, в котором после 4-х информационных битов в линию передается 3 контрольных, что значительно снижает скорость передачи цифрового потока;-использование квазитроичных кодов (-1, 0, +1 - изобретен в 1952 г.), заранее закладывает избыточность, что позволяет обнаружить ошибки (не могут следовать друг за другом два импульса с одной полярностью), используется в некоторых ИКМ-системах. Разновидность троичных кодов - квазитроичный код, не соблюдает правила перехода из двоичной системы счисления в троичную систему.

Квазитроичные коды имеют достоинство в том, что избыточность в них заложена не за счет дополнительных символов, как это осуществляется в двоичных кодах, а за счет большего основания кода, что не снижает скорость передачи сигнала.

В квазитроичный код (код с чередованием полярности импульсов - ЧПИ) преобразовать двоичный код просто: нули остаются без изменения, а единицы изменяются поочередно: то на "+1", то на "-1".

116

Пример:имеется цифровая последовательность: 1 1 0 0 1 1 0 1,которая превращается в: +1 -1 0 0 +1 -1 0 +1Если в троичной последовательности, приведенной выше, был неправильно принят третий символ (вместо "0" "1"), то на выходе регенератораимеется последовательность: +1 -1 +1 0 +1 -1 0 +1Здесь нарушилось правило чередования полярностей импульсов: в соответствии с принятым алгоритмом формирования квазитроичного кода в нем не могут следовать друг за другом единицы с одинаковой полярностью.Следовательно, на приемной станции эта ошибка будет зафиксирована и с помощью отдельного компаратора, принимающего решение (или простого выпрямителя), "положительная" единица в третьем разряде меняется на "0". Есть еще много более сложных алгоритмов кодирования двоичных сигналов троичным кодом, которые здесь не рассматриваются.

Принципы синхронизации остаются неизменными для цифровых систем передачи всех ступеней иерархии.

Одинаково выделяются из цифрового потока импульсы тактовой частоты и, для обеспечения синхронной (точнее синфазной) работы мультиплексоров на передаче и демультиплексоров на приеме, направляются в линию комбинации импульсов цикловой синхронизации (синхросигнала). Практически это осуществляется следующим образом:На вход системы передачи приходят биты из 4-х информационных потоков и записываются в ячейки памяти ЗУ, затем считываются с них и направляются в линию. При этом за счет усложнения аппаратуры ЗУ (шины записи информации и считывания независимы друг от друга) скорость считывания информации выше скорости ее записи. В системе ИКМ-120 таким "пустым" интервалом, не несущим никакой информации, во всех 4-х потоках является каждый 33-й интервал. При объединении потоков на выходе в линию образуются "дырки" шириной в 4 интервала, в которые и вставляются синхроимпульсы, а также другая служебная информация.

Строгая периодичность синхросигнала - одно из важнейших свойств, используемых для его распознавания.

Формирование "пустых" временных интервалов в цифровом потокеТактовые импульсы

Биты в ячейках памяти (ЗУ) от 4-х информационных потоков

0 0 0Импульсы считывания "Лишний" импульс

Считываемый цифровой поток "Пустой" временной интервал (без информации)

0 0 0 ?

117

1 1

1

1

11

Чтобы не было смещения во времени "пустых" интервалов в каждом цикле передачи и не произошел бы полный сбой работы системы синхронизации и аппаратуры в целом, специальное устройство на микросхемах контролирует взаимное положение (интервал) импульсов записи и импульсов считывания.Если местный генератор тактовых импульсов (ГТИ) увеличит частоту следования импульсов считывания ("убежит вперед"), "пустой" интервал появится раньше времени (информационный импульс "потерян", рис. "а" ниже), а контролируемый интервал уменьшится до критической величины. Другое устройство вводит в этот "пустой" интервал ложный импульс, не несущий никакой информации (аналогично добавлению секунд во время подведения часов в ту или иную сторону). Такое согласование (выравнивание) скоростей записи и считывания цифровых потоков, называется согласованием скоростей.

Согласование скоростей цифровых потоков

а) "пустой" интервал появился раньше и потерян информационныйимпульс (считыание опережает запись)

б) Положительное согласование(вставлен "дополнительный" тактовый импульс)

в) "пустой" интервал не появился вовремя и "проскочил" тактовый импульс (запись опережает считывание)

г) Отрицательное согласование(исключен "лишний" тактовый импульс импульс)

Процедура согласования скоростей называется стаффинг(staffinq - в технической литературе, переводится как "вставка").Если в объединенном цифровом потоке на передающей стороне появляется, например, ложный импульс, в приемную станцию по служебному каналу. -В качестве первого служебного канала используется один из "пустых" интервалов и в линию передается синхроимпульс (единичный бит), посланный 3 раза подряд для надежности, сообщающий о том, что необходимо провести согласование скоростей. Приняв команду, даже, если вместо трех единиц подряд "111" из-за воздействия помех придет только один бит - "1", по первому, каналу приемник осуществляет стаффинг - согласование.Если в приемнике по первому служебному каналу объединенного цифрового потока появляется команда "000", то производить согласование скоростей не надо - все они информационные.Если в цифровом потоке уже должен появиться "пустой" интервал, а тактовые импульсы из-за малой их скорости до сих пор еще не считали из ЗУ приемника

118

предшествующий импульс ("часы спешат"), этот импульс исключается из цифрового потока и образуется временнóй интервал ("пустой" интервал).

Такое согласование называется отрицательным.Поскольку о виде согласования необходимо сообщить приемной станции, для этой цели вводят команду "вид согласования".

Команда "вид согласования" передается по второму служебному каналу, т.к. по первому служебному каналу передается "111" - "необходимо произвести согласование":-"111" (один бит три раза подряд) - согласование положительное, т.е. в объединенный цифровой поток вставлен "ложный" бит (импульс);-"000" (один бит три раза подряд) - согласование отрицательное, т.е. из объединенного цифрового потока "вырезан" информационный бит. -Второй служебный канал организуется точно также как и первый за

счет "пустых" интервалов. Исключенный на передаче информационный бит не пропадает совсем, он передается по третьему служебному каналу, при этом он, как и служебные биты, повторяется три раза. Таким образом: По первой команде, переданной по первому служебному каналу, приемник узнает о том, что надо произвести согласование (комбинация "111");По второй команде, переданной по второму служебному каналу, приемник решает:

- нужно ликвидировать ложный импульс (комбинация "111");- нужно восстановить пропущенный информационный, импульс (комб. "000");

По третьей команде, переданной по третьему служебному каналу, приемник определяет какой бит пропущен ("1" или "0"):-при получении комбинации "111" - пропущена "1"; -при получении комбинации "000" - пропущен "0".Объединение потоков с выравниванием скоростей называется плезиохронным. Иерархия скоростей передачи цифровых протоков с использованием систем передачиСистемы ИКМ называются PDH - Plesiohronous Digital Hierarhy

Общеканальная система сигнализации (ОКС)

119

Сигнализация – это совокупность сигналов, передаваемых между элементами сети для обеспечения процессов установления и разъединения соединений при обслуживании вызовов, а также для передачи различной служебной информации (МСЭ-Т рекомендует применение ОКС7 на телекоммуникационных сетях).

Существуют два способа сигнализации при обмене управляющих устройств сигналами внутри одной АТС (одного УК – узла коммутации) или между разными АТС (разными УК) сети электросвязи: -децентрализованный способ (линейная сигнализация) используется на аналоговых телефонных сетях, а также для передачи служебной информации внутри АТС и между АТС на цифровых сетях с малым числом линий в пучках;

-централизованный способ, при котором используется общеканальная система сигнализации (ОКС) между двумя управляющими устройствами коммутационных станций (узлов) телекоммуникационной сети для обмена управляющими сигналами (управление выбором маршрута, трафиком сигнализации, каналом, защитой от ошибок и т.д.). ОКС - это цифровой канал.

В настоящее время в ОКС могут передаваться не только сообщения сигнализации (передаются с высшим приоритетом) в телекоммуникационных сетях, но и цифровые данные в пакетной форме, телеметрическая информация, данные для целей технической эксплуатации (передаются с низшим приоритетом).

В ОКС передаются сигналы управления, линейные и информационные сигналы. В ОКС может передаваться и другая информация:-управление сетью сигнализации;-испытания правильного функционирования каналов сети сигнализации;-данные для учета стоимости оказанных пользователям услуг (данные для биллинга);-данные о нагрузке в каналах ОКС и в каналах передачи речи и данных;-данные из информационных баз данных. ОКС может использовать различные среды передачи:

120

Виды сигнализации

Абонентская Межстанционная Абонентская

ТА ТА

Внутри-станционная

Внутри-станционная

-кабельные линии электросвязи;-стандартные каналы связи: ИКМ, аналоговые.

Преимущества ОКС:-неограниченный состав сигналов;-малое время установления соединений за счет высокой скорости передачи сигнальной информации (от 2,4 до 64,0кбит/с);-отсутствие помех во время разговора при передаче данных сигнальной (управляющей соединением) информации.ОКС можно эффективно применять уже при 60-канальном тракте передачи речи (данных) на местных сетях.

ОКС строится двумя способами:

-связанный способ (на первом этапе внедрения);-несвязанный способ (на втором этапе внедрения). - узлы коммутации - пункты сигнализации (SP), STP- транзитный пункт SP

ОКСSP SP

STP

ОКС ОКС

Разговорные Разговорныеканалы ОКС каналы

SP SP

В ОКС сигналы передаются в виде пакетов, в SP и STP также используется способ коммутации пакетов, т.е. в каналах ОКС информация передается в виде сигнальных единиц (SU), которые имеют разное назначение и переменную длину.

Сигнальные единицы (SU) содержат следующую информацию:-адресную;-данные о номере канала в пучке;-данные о номере пучка;-сигнальную информацию об этапах установления соединения или его разъединения;-информацию для обнаружения ошибок в передаче полезной информации и др.

МСЭ-Т рекомендует применение ОКС 7 (рекомендации Q.700 - Q.705 – введение в ОКС 7, функции, структура, Q.707 – испытания и техобслуживание, Q.711 – Q.716 – подсистема SCCP, Q.730 – Q.737 – дополнительные услуги ISDN, Q.761 – Q.767 – подсистема ISUP, Q.771 – Q.775 – подсистема TСAP, Q.780 – Q.788 – спецификация тестирования).

где:

121

- ISDN - подсистема пользователя аналоговой сети (ТфОП) при организации доступа к цифровой сети с интеграцией обслуживания, например, к узкополосным службам - У-ЦСИО (см. раздел ЦСИО); - ISUP – подсистема пользователя цифровой сети с интеграцией обслуживания (ЦСИО); - ТUP – подсистема телефонного пользователя (обычный телефонный пользователь); - SCCP – подсистема управления соединением;- МАР – подсистема пользователей мобильной сети;- INAP – подсистема пользователей интеллектуальной сети (платформы);- МТР - подсистема передачи сообщений (база, фундамент). Система общеканальной сигнализации (ОКС 7) – это универсальная многофункциональная система межстанционной сигнализации, ориентированная на поддержку практически всех услуг связи. Широкомасштабное внедрение ОКС 7 обусловлено следующими причинами:-массовым внедрением цифровых систем коммутации с программным управлением на всех уровнях иерархии ТфОП;-созданием федеральных сетей подвижной связи (CПC) стандартов GSM-900 и NMT-450;-создание ведомственных и коммерческих сетей электросвязи с большим, чем у ТфОП спектром услуг;-внедрение услуг ЦСИО (ISDN) на ТфОП и других коммерческих телекоммуникационных сетях;Система ОКС 7 может быть использована: -на сети сигнализации, организованной по каналам систем передачи с ИКМ;-по физическим линиям или аналоговым каналам.Система ОКС 7 предназначена для использования в цифровых сетях электросвязи (ЦСИО, СПД с коммутацией каналов).Территория страны разбивается на географические районы, в каждом из которых устанавливается пункт сигнализации (SP).Один SP может обслужить до 16 зон нумерации. Чтобы удовлетворить требования МСЭ-Т к максимальной задержке сообщений по сигнальной сети, не допускается передача сигнальных сообщений по ОКС 7 более чем через 4 транзитных сигнальных пункта - STP.

Характеристики ОКС 7:-время простоя сигнального канала не более 10 мин. в год. -номинальная загрузка сигнального канала 0,2 Эрл.-вероятность ошибки в битах (МТР) должна быть не ниже 10-4

Функции сети сигнализации ОКС 7: -управление трафиком;-управление маршрутами сигнализации;-управление звеньями сигнализации.

.

122

Плезиохронная цифровая иерархия - PDH - Plesiohronous Digital Hierarhy

Как уже отмечалось ранее, цифровые потоки - это последовательности "0" и "1", передаваемые по линиям связи, которые могут нести речевую, текстовую информацию, изображения и т. д. При этом скорости цифровых потоков зависят не только от вида информации, но и способа ее передачи и вида синхронизации:-для речи - 64,0кбит/с;-для текста - 50,0 - 100,0бит/с;-для изображения (видео) - 100,0мбит/с и более и т.д.

Как построить цифровые системы передачи? Сколько цифровых потоковможно объединить и направить в одну линию связи (медножильный электрический провод, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель и т.д.)?Прежде всего, необходимо стандартизировать скорости передачи цифровых сигналов, а узлы различных систем передачи унифицировать.

МСЭ-Т рекомендует строить цифровые системы передачи по иерархическому принципу.

МСЭ-Т принята "элементарная" скорость цифрового потока - 64,0кбит/с (скорость передачи цифровой речи), единая для всех стран и фирм, выпускающих аппаратуру цифровых систем передачи, что позволяет измерять скорость суммарных цифровых потоков.

Канал, в котором данные передаются со скоростью 64 000,0бит/с, (64,0кбит/с) называется основным цифровым каналом, или стандартным цифровым каналом.

Возможности любой цифровой системы передачи оцениваются числом организованных с ее помощью стандартных (64,0кбит/с) цифровых каналов.

Чем выше ступень иерархии, тем больше организуется цифровых каналов, тем мощнее цифровой поток и его скорость.

К системам передачи, стоящим в самом низу иерархии, относятся системы ИКМ-30, скорость цифровых потоков, в которых около 2,0мбит/с (2048,0кбит/с), что позволяет использовать их для организации связи между коммутационными узлами и станциями по городским и сельским кабелям связи. Объединение цифровых потоков в этих системах осуществляется по принципу "чередования кодовых комбинаций" (байтов).Введение в цифровые потоки синхросигнала и служебных символов требует дополнительных каналов (в системах ИКМ-30 – 0-й и 16-й). В результате чего скорость объединенного цифрового потока становится больше суммы скоростей 30-ти объединяемых цифровых потоков полезной нагрузки. Скорость передачи по симметричным междугородным кабелям связи может быть увеличена до 8,0 (точнее - до 8,448) мбит/с. Каждая пара таких кабелей обеспчивает работу четырех систем ИКМ-30.

123

Для обеспечения одновременной работы четырех систем ИКМ-30 необходимо объединить их выходные потоки. Аппаратура, объединяющая потоки 4-х систем ИКМ-30, называется ИКМ-120 (по числу объединенных информационных каналов).

Скорость передачи суммарного цифрового потока на выходе системы ИКМ-120 - 8,448мбит/с

Более мощные потоки цифровой информации можно передавать по коаксиальным кабелям и ВОЛС.

Аппаратура, объединяющая потоки от 4-х систем ИКМ-120, называется ИКМ-480 (по числу объединенных информационных каналов 64,0кбит/с). Скорость передачи суммарного цифрового потока на выходе системы ИКМ-480 - 34,368мбит/с.

Объединение цифровых потоков четырех систем ИКМ-480 организует систему ИКМ-1920.

Скорость передачи суммарного цифрового потока на выходе системы ИКМ-1920 -139,264мбит/с.

Иерархия плезиохронных цифровых систем передачи ИКМ

ИКМ-1920 139,264мбит/с

4х34,368мбит/с ИКМ-480

34,368мбит/с

4х8,448мбит/с ИКМ-120

8,448мбит/с

4х2,048мбит/с ИКМ-30

2,048мбит/с

(1 - 32)х64кбит/с (1 - 32)х64кбит/с (1 - 32)х64кбит/с (1 - 32)х64кбит/с

Стандартные (основные) цифровые каналы 64,0кбит/с

124

ИКМ-30

ИКМ-30

ИКМ-30

ИКМ-30

ИКМ-120 ИКМ-120 ИКМ-120 ИКМ-120

ИКМ-480 ИКМ-480 ИКМ-480 ИКМ-480

Одна система ИКМ-480

Одна система ИКМ-120

Одна система ИКМ-1920

Пример объединения цифровых потоков по принципу чередования битов:

Сигнал 11 0 0 1 1 1 0 0

Мультиплексированный сигнал 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0

Сигнал 21 1 1 0 1 1 0 1

tд = 125,0 мкс

Чередование цифровых потоков происходит за счет уменьшения длительности передаваемых импульсов, т.е. за счет уменьшения времени передачи каждого из них, при этом цикл передачи остается неизменным (125,0 мкс).

Пример мультиплексирования цифровых потоков по принципучередования байтов (кодовых комбинаций): 2 канала, 2 сигнала по 2 слова в каждом сигнале 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1

Сигнал Аслово 1 слово 2

Мультиплексированный сигналЛиния связи

слово А1 слово В1 слово А2 слово В2 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1

Сигнал В

слово 1 слово 2125,0мкс

125

Пример выделения сигнала со скоростью 2,0мбит/с из плезиохронного (PDH) цифрового потока 140,0 мбит/с

ИКМ-1920 4ИКМ-480 4ИКМ-120 4ИКМ-30 ИКМ-30 ИКМ-120 4ИКМ-480

Мультиплексоры Демультиплексоры

126

140,0 мбит/с

140,0мбит/с

34

34,0мбит/с

8

8,0мбит/с

2

8,0мбит/с

2

34,0мбит/с

8

140,0мбит/с

34

Абоненское устройство, ПК

Синхронная цифровая иерархия - SDH - Synchronous Digital Hierarchy, Синхронная оптическая сеть - SONET - Synchronous Optical Network

Обе технологии появились одновременно как стандарты волоконно-оптических сетей (или просто: оптических сетей). Обе сети хорошо совместимы друг с другом

SDH - Синхронная цифровая иерархия - международный стандарт оптической сети

В SDH иерархии объединяются и разъединяются цифровые информационные потоки со скоростями передачи в синхронном режиме от 155,520 мбит/с и выше.

Так как иерархия SDH предназначается для транспортирования на больших скоростях больших объемов цифровых потоков, для этого используются синхронные (по способу объединения цифровых потоков) транспортные модули STM (Synchronous Transport Module).

SONET - синхронная оптическая сеть - Северо-Американский стандарт оптической сети В сетях SONET для транспортировки цифровых потоков используются синхронные транспортные сигналы - STS (Synchronous Transport Signal)Основной составляющий сигнал сети SONET - 51,84мбит/с. Более высокие скорости сети SONET обозначается как STS-n, где n - значение кратное 51,84мбит/с.

В сетях SDH STM-1, представляет собой фрейм - кадр (рамку), состоящуюиз 270байт х 9строк = 2430байт. STM-1 обеспечивает транспортировку цифрового потока со скоростью 155,520мбит/с (2430байт х 64кбит/с = 155 520кбит/с).

Структура фрейма (кадра, или рамки) - синхронного транспортного модуля STM-1

270байтов 9 байтов 261 байт

1-3строки4-аястрока

5-9строки

Всего Цикл передачи 125,0мкс9 строк

127

нагрузка(цифровой информационный поток)

RSON

PTR

MSON

Кроме передачи полезной нагрузки - цифрового информационного потока, в 4-ой строке STM-1 содержится указатель (Pointer - PTR), который определяет начальный момент записи цифрового потока: 1 строка х 9 байт = 9 байт.Верхняя, левая часть фрейма (рамки): 3 строки х 9 байт = 27 байтпредставляет собой секционный заголовок регенератора (RSON). RSON осуществляет восстановление цифрового потока и ошибок в нем, после воздействия помех.

Доставку (маршрут) цифрового информационного потока до мультиплексора, где STM-1 будет переформировываться, осуществляет нижний левый секционный заголовок мультиплексора (MSON), представляющий собой:5 строк х 9 байт = 45 байт. За один цикл 125,0мкс (fт - 8,0кГц) считывается весь STM-1.

Порядок считывания байтов аналогичен считыванию телефакса: слева направо и сверху вниз:

-каждая ячейка ("клеточка") STM-1 передает цифровой поток со скоростью: 8 бит х 8,0 кГц = 64,0 кбит/с-весь STM-1 передается со скоростью: 9 строк х 270 байт х 64,0 кбит/с = 155 520,0 кбит/с = 155,520 (155,0) мбит/с 2430 байт

Структура фрейма (кадра, или рамки) - синхронного транспортного сигнала сети SONET - STS-1

90 байтов скорость цифрового потока

STS-1: 90,0байт х 9строк х64,0кбит/с = 51,84кбит/с

9строк

4 байта 86 байтов служебная информация

Создание более мощных цифровых потоков в SDH- и SONET -системах осуществляется в соответствии с таблицей, приведенной ниже.

128

Полезная информация

Сети синхронной цифровой иерархии - SDH - уровни иерархииСинхронная оптическая сеть - SONET - уровни иерархии

Уровеньиерархии

Тип Тип STM STS SDH SONET

Скорость передачи мбит/с

Количество "ячеек"(каналов "В" - 64,0кбит/с)в STM (SDH) и STS (SONET)

0 STM-0 STS-1 51,840 540 1 STM-1 STS-3 155,520 2430 2 STM-4 STS-12 622,080 9720 3 STM-16 STS-48 2488,320 38880 4 STM-64 STS-192 9953,280 155520 5 STM-256 STS-768 39813,120 622080

Формирование STM-1

В сети SDH применяются принципы контейнерных перевозок, а именно: транспортируемые цифровые потоки (сигналы) сначала размещаются в стандартных контейнерах (Container-С), а затем транспортируются по заданным в указателях маршрутам. Этим достигается прозрачность сети SDH, т.е. способность транспортировать различные цифровые потоки (например: потоки PDH - плезиохронной цифровой иерархии).

Проще всего разместить в модуле STM-1 цифровой поток PDH со скоростью 139,264мбит/с, который образуется на выходе системы ИКМ-1920, т.к. его скорость ближе всего к скорости первого уровня синхронной цифровой иерархии (SDH) 155,520мбит/с. Для этого цифровой поток PDH, поступающий в SDH-сеть, сначала "упаковывают" в контейнер, который обозначается С-4.

Контейнер С-4 содержит 9 строк и 260 однобайтовых столбцов (9строк х 260байт х 64,0кбит/с = 149760,0кбит/с = 149,0мбит/с).

Добавление слева еще одного однобайтового столбца маршрутного (трактового) заголовка (РОH - Paith Over Head) преобразует контейнер С-4 в виртуальный контейнер VС-4.VC-4 снабжается указателем начала записи полезной нагрузки (PTR), образуя административный блок AU-4 (Administrative Unit), который размещается в STM-1 вместе с секционным заголовком (SON - Section Over Head), который определяет маршрут транспортирования цифрового потока PDH (маршрут транспортного модуля STM-1).

129

Пример размещения контейнеров с цифровыми потоками PDH в STM-1

9 строк

Синхронный транспортный модуль STM-1 можно загрузить также цифровыми потоками PDH со скоростями 2,048мбит/с, которые формируются на выходе системы ИКМ-30."Упаковка" потока 2,048мбит/с осуществляется в контейнере С-4 (поток: 32 канала ИКМ х 64,0кбит/с = 2048,0кбит/с).Добавление маршрутного транспортного (трактового) заголовка - РОН - Paith Over Head преобразует контейнер С-12 в виртуальный контейнер VC-12.Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов (транспортных узлах).

В STM-1 можно разместить 63 виртуальных контейнера VC-12, при этом каждый из этих виртуальных контейнеров снабжается указателем начала записи (PTR), образуя транспортный блок TU-12 (Tributary Unit).

Цифровые потоки разных транспортных блоков TU-12 объединяют в цифровой поток 155,520мбит/с следующим образом:-три транспортных блока TU-12 объединяются мультиплексированием в группу транспортных блоков TUG-2 (Tributary Unit Group); -семь групп транспортных блоков TUG-2 объединяются мультиплексированием в группы транспортных блоков TUG-3; -три группы TUG-3 объединяют и размещают в виртуальный контейнер VC-4.

Размещение объединенного цифрового потока на выходе группы из трех TUG-3 в контейнер VC-4 транспортного модуля STM-1 изложено ранее, т.е. добавляется: маршрутный заголовок - PON, начало записи - PTR, пункт регенерации сигнала - RSON, пункт мультиплексирования сигнала - MSON.Наличие в STM-1 большого числа указателей начала записей PTR (в 4-ой строке) позволяет четко определить местонахождение в нем любого цифрового потока со скоростями 2,048; 34,368; 139,264мбит/с. Мультиплексоры ввода-вывода ADM - Add Drop Multiplexer могут объединять, ответвлять и добавлять любые цифровые потоки.

130

9 байт 261 байт AU-4RSON

PTR

MSON

1 байт 260 байт VС-4POH

260 байт С-4 Полезная нагрузка

Ввод цифровых потоков PDH в STM-1

ИКМ-1920 (139,264мбит/с) 155,520мбит/с

ИКМ-480 (34,368мбит/с) 155,520мбит/с

ИКМ-30 (2,048мбит/с) х 3 группы 155,520мбит/с

х 3 группы х 7 групп х 3 группы

всего: 63 виртуальных контейнеров VС-12

Особенностью аппаратуры (STM-1, STM-4, STM-16, STM-64) сети SDH является создание в трактовых и сетевых заголовках помимо маршрутной информации дополнительной информации, позволяющей обеспечить: контроль и управление сетью в целом, дистанционные переключения в мультиплексорах по требованию абонентов (пользователей), эффективную эксплуатацию сети SDH.

Пример формирования модуля STM-16 (объединения потоков)

STM-1 (155,0мбит/с) STM-4 (622,0мбит/с) STM-16 (2488,0мбит/с) Мультиплексор

0 3 0 1 2 3 0 байты на 16 входов 4 STM-161 (16 STM-1) 9953,0мбит/с

2 STM-64 3 4 7 4 5 6 7 4 байты 5 6

7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 А Б В Г Д Е

8 Б 8 9 А Б 8 9 Мультиплексор на 4 входа

А (4 STM-4) Б В Г Е В Г Д Е В байты Д Е

131

С-4 VС-4

STM-1AU-4VС-4TUG-3

TUG-3 STM-1AU-4VС-4

STM-1AU-4

С-3

С-12 VС-12 TU-12 TUG-2

TU-3VС-3

STM1

STM1

STM1

STM1

м

М

Сначала четыре модуля STM-1 путем побайтового мультиплексирования (см. рис. выше) объединяются в один модуль STM-4, затем четыре модуля STM-4 объединяются в модуль STM-16. Эту же процедуру можно выполнить одним мультиплексором на 16 входов, с помощью которого объединяются цифровые потоки 16 модулей STM-1 в один модуль STM-16. С развитием микроэлектронных технологий, мультиплексоры и демультиплексоры смогут работать с 64-ю и более потоками (каналами)

Многоуровневая транспортная сеть SDH

Транспортная сеть SDH это, как правило, кольцевая схема с временным группообразованием, имеет конфигурацию замкнутой цепи, или транспортного кольца и значительно реже - конфигурацию "точка-точка".

Для "транспортировки" модулей STM-1, STM-4, STM-16, STM-64 организуются транспортные сети SDH с транзитными узлами.

В каждом транзитном узле транспортного кольца реализуются две основных функции:-каждый транзитный узел работает как регенератор, предназначенный для восстановления входящего цифрового потока (сигнала) и передачи его к следующему транзитному узлу или коммутационному узлу или АТС;-в транзитных узлах определяется структура цикла временнóго группообразования и осуществляется связь по кольцу посредством мультиплексоров ввода/вывода цифровых потоков в определенных канальных интервалах, приписанных каждому транзитному узлу.

Основным достоинством технологии SDH является хорошо отлаженное оборудование и сравнительно небольшая его стоимость.

Основным недостатком технологии SDH - статическое распределение полосы пропускания каналов связи.

В качестве оконечных мультиплексоров и мультиплексоров ввода/вывода, используемых на первом уровне иерархии сети SDH, применяется семейство оборудования, называемое системой передачи. Например:-система передачи (FOT-155 ,Франция), в которую входят:-оконечный мультиплексор (FOT-155 Т);-мультиплексор ввода/вывода (FOT-155 А);-регенератор (FOT-155 R).Технология транспортной сети SDH обеспечивает ввод/вывод потоков со скоростью передачи 2,048мбит/с непосредственно без дополнительных этапов мультиплексирования, как это имеет место в сетях PDH.В сочетании с низкоскоростными мультиплексорами других типов (например: RMX - для удаленного доступа или ВМХ 264, Франция) обеспечивается возможность сбора и передачи информации всех типов: речь, данные, видео и т.д. Расстояние между точками доступа без использования регенерационных секций (регенераторов) в STM - до 100,0км (ВОЛС, радиоканал).Первичный уровень сети SDH FOT-155 А (21 - 63 потока Е1, т.е. 2,0мбит/с)

132

STM-1

Оптический интерфейс(ВОЛС)

Функциональная схема многоуровневой транспортной сети SDH

Четвертый уровень иерархии (междугородный)STM-64 (9953,280мбит/с) Кросс-коннекторы

Третий уровень иерархии (зоновый)STM-16 (2488,320мбит/с) Кросс-коннекторы

ВОЛС, радиорел. ствол, спутниковый

Второй уровень иерархии (местный) стволSTM-4 (622,080мбит/с)

АDМ АDМ

ВОЛС, АDМ радиорел. ствол,

коакс. кабель АDМПервый уровень иерархии (местный)STM-1 (155,520мбит/с)

АDМ АDМ АDМ

Аналоговый узловой район Цифровой узловой район (в АDМ - интерфейс Е-1

УС 2,048мбит/с) ЭАТС ЭАТС

АТС АТС

где:УС-устройство сопряжения

Транспортные цифровые сети SDH

133

Как и другие транспортные сети, транспортные сети SDH подразделяются на три уровня:-местные сети - для транспортирования (маршрутизации) цифровых потоков со скоростью 155,520мбит/с (STM-1) и 622,080мбит/с (STM-4);-региональные (зоновые) сети - для транспортирования (маршрутизации) цифровых потоков со скоростью 622,080мбит/с (STM-4) и 2488,320мбит/с (STM-16);-глобальные (магистральные) сети - для транспортирования цифровых потоков со скоростью 9953,280мбит/с (STM-64).Как отмечалось выше, для маршрутизации модулей STM-1, STM-4, STM-16, STM-64, создаются транспортные цифровые сети - линии связи с регенераторами, мультиплексорами (устройствами ввода/вывода цифровых потоков в сеть SDH или из сети SDH) и коммутаторами обеспечивающих маршрутизацию цифровых потоков.Мультиплексоры ввода/вывода - ADM - Add Drop Multiplexer - вводят в транспортную сеть SDH или выводят из нее цифровые потоки, так называемые транспортные единицы и транспортные группы TU и TUG, со скоростями передачи: 2,0мбит/с; 34,0мбит/с; 140,0мбит/с; 155,0мбит/с через основные (главные) интерфейсы и дополнительные интерфейсы. Дополнительные интерфейсы ADM предназначены: -для подключения обычных мультиплексоров; -для подключения коммутаторов или оконечных устройств, которые поставляют транспортные единицы (TU) или транспортные группы (TUG) в сеть SDH.ADM подключают цифровые АТС (узлы) непосредственно к транспортному кольцу SDH (через свои главные интерфейсы), внутри которого организована транспортировка модулей STM-1 или STM-4 со скоростью передачи цифрового потока соответственно: 155,0мбит/с и 622,0мбит/с.ADM подключают аналоговые АТС через устройства сопряжения - АЦП (аналого-цифровые преобразователи), которые осуществляют аналого-цифровое преобразование сигнала, а также согласовывают сигналы управления.

Функциональная схема мультиплексора ввода/вывода - ADMSTM-1 STM-1

Главный интерфейс Главный интерфейс(для транспортиров. (для транспортированияцифровых потоков цифровых потоков по сети)по сети)

вывод потока ввод потока

Дополнительные интерфейсы (для подключения мультиплексоров, коммутаторов, оконечных устройств, поставляющих потоки из / в SDH-сеть)

Кросс-коннекторы используются в транспортных сетях SDH более высокого уровня: при использовании высокоскоростных транспортных модулей STM-16, STM-64 и т.д., включают в себя:

134

ADM

-коммутационное поле;-схему управления коммутацией;-интерфейсы для подключения линий связи (цифровые, аналоговые - через устройства сопряжения).Кросс-коннекторы выполняют следующие функции:-перераспределение транспортных единиц и групп из одних STM в другие, следующих по другим маршрутам;-коммутирование целиком STM из одних направлений в другие.Изменение маршрутов цифровых потоков в кросс-коннекторах осуществляется не в режиме on-line, а заранее, на основе служебной информации - ОАМ - Operation and Maintenance, которая поступает в сеть управления телекоммуникациями - TMN - Telecommuncations Management Network. TMN - самостоятельная сеть, которая через высокоскоростные интерфейсы Х.25 обеспечивает управление элементами сети электросвязи, в нашем случае - транспортной сети SDH. Часто функции коммутации и мультиплексирования объединяются в одном устройстве.

Функциональная схема кросс-коннектора (на примере местной сети с STM-1)

STM-1 Кросс-коннектор STM-1

STM-1 STM-1

STM-1 STM-1

Линия управления от сети и к сети управления телекоммуникациями (TMN)

.

.

Резервирование элементов транспортных сетей

135

Транспортная сеть должна быть надежной, т.е. работать безотказно длительное время, даже при наличии повреждений на отдельных ее участках.Для этого применяется резервирование регенераторов и мультиплексоров по схеме: "1 + 1" и "n + 1".Схема "1 + 1" означает 100-процентное резервирование рабочих трактов, а именно: их географическое разнесение (дополнительной линии связи и основной), при этом цифровой поток передается одновременно по двум линиям.

Основная линия связи

Резервная линия связи

Схема ("1 + 1") очень проста, применяется на магистральных транспортных сетях с большим трафиком и топологией "точка-точка" или "кольцо".

Схема ("п+1") предусматривает резервирование "n" рабочих трактов одним резервным - по которому в нормальных условиях ничего не передается. Такая схема резервирования применяется в топологиях однонаправленное "кольцо" с трафиком, меньшим, чем на магистральных транспортных сетях.

Резервирование не применяется в сетях с топологией двунаправленное "кольцо", в котором цифровой поток направляется в любом направлении по кратчайшему пути, а в случае повреждения линии связи - в обратном.

136

Мультиплексор, Кросс-коннектор

Мультиплексор, Кросс-коннектор

Методы асинхронной передачи - МАП - ATM - Asynchronous Transfer ModeРежим асинхронной передачи цифровых сигналов (в отличие от синхронной передачи данных, при которой цифровые сигналы передаются непрерывно с постоянной скоростью) состоит в раздельной передаче групп битов.Фактически режим АТМ - это технология коммутации пакетов (ячеек) - аналог технологии пакетов сетей Х.25; FrameRelay и др. Frame Relay - стандартный протокол коммутируемой передачи данных канального уровня эталонной модели (ЭМ) ВОС - модели ISO, который управляет несколькими виртуальными каналами между подключенными устройствами с помощью HDLC-инкапсуляции. Этот протокол более эффективный, чем Х.25 и обычно рассматривается как его замена. Инкапсуляция (туннелирование) – добавление к пакету служебной информации в виде заголовка или трейлера (информации в конце сообщения) с наибольшей гибкостью в сетях IP.HDLC - Hiqh Level Data Link Control - высокоуровневый протокол управления каналом. Бит-ориентированный синхронный протокол канального уровня эталонной модели ISO, основанный на протоколе SDLC.SDLC - Synchronous Data Link Control - синхронное управление передачей данных. Это - бит-ориентированный протокол обмена данными на канальном уровне в дуплексном режиме, имеющий множество производных протоколов, таких как HDLC и LAPB.LAPB - Link Access Procedure, Balanced - сбалансированная процедура доступа к каналу. Это бит-ориентированный протокол из стека Х.25, ведущий свое начало от HDLC. При передаче сигналов в режиме АТМ внутри отдельной группы для каждого сигнала используется специальный, заранее определенный временнóй интервал. Моменты передачи групп битов друг с другом не связаны, поэтому в приемном оконечном устройстве для приема каждой группы тактовая частота устанавливается заново.Между периодами передачи асинхронный канал (линия связи) находится в незагруженном (неактивном) состоянии. Корни АТМ происходят из широкополосной цифровой сети с интеграцией обслуживания (Ш-ЦСИО)Термин "широкополосный канал" предполагает скорость передачи данных в цифровом канале данных потока Т1 (стандарт США) 1,536мбит/с или потока Е1 (международный стандарт) 2,048мбит/с Начало передачи каждой группы информационных битов отмечается одним единственным (!) стартовым битом (бестоковым), ширина которого на приеме измеряется и определяется его середина.

Отсчеты информационных битов, следующих за стартовым битом, берутся с номинальной частотой, начиная с середины интервала второго бита.После передачи группы информационных битов передается один или несколько подряд стоповых битов (токовых), что позволяет каналу перейти в незагруженное (неактивное) состояние.

137

Такой асинхронный вид передачи цифрового сигнала обычно используется для низкоскоростных и среднескоростных систем передачи цифровых сигналов: речи, видео, данных.

Асинхронная передача

Сигнал на передаче Стартовые биты (бестоковые) Стоповые биты (токовые)

Сигнал на приеме

Идеальные отсчеты для каждого бита

Из рисунка видно, что обнаружение каждого бита полезной нагрузки (информационного сигнала) выполняется путем взятия идеального отсчета входного сигнала в середине каждого сигнального интервала. На практике моменты взятия отсчетов отклоняются от идеального положения на величину, зависящую от степени изменения формы стартового (бестокового) импульса шумами и искажениями. Асинхронные системы плохо работают при высоких уровнях шумов.Если номинальное значение тактовой частоты (следования тактовых импульсов) в приемнике отличается от номинального значения тактовой частоты передатчика, могут возникнуть ошибки при приеме цифрового сигнала.

Поскольку использование термина "асинхронный" подразумевает наличие в приемной станции автономного генератора, вырабатывающего отсчеты (тактовые импульсы), то рано или поздно это приводит к смещению тактовой частоты приемника относительно центра сигнальных интервалов. Поэтому асинхронные системы рекомендуется использовать в сетях, транспортирующих не очень длинные сообщения с невысокими скоростями.

Формирование АТМ-ячейки (МАП-ячейки)

Для того чтобы согласовать различные цифровые асинхронные информационные сигналы, имеющие различные скорости передачи, непрерывные или периодические, например: речевой сигнал 64,0кбит/с, видеосигнал 1,5- 100,0мбит/с: (видеоконференцсвязь, видеотелефон), компьютерные файлы, данные электронной почты, фильмы по кабельному телевидению и т.д., разработана новая технология передачи, получившая название ATM (Asenchronjus Transfer Mode). АТМ в переводе: моды асинхронной передачи (МАП - в русской транскрипции). МАП-технология предполагает запись любого вида информации в ячейки (cell) фиксированной длины.

138

Элемент (МАП-ячейка, или АТМ-ячейка) содержит полезную информацию (48 байт) и заголовок -Header- (5 байт)В документах МСЭ-Т МАП-ячейка (АТМ-ячейка) называется элементом.Структура МАП (ATM) ячейки (элемента)

Из 5-ти байтов заголовка: -1 байт - для идентификации ВТ (ВП) - виртуального тракта (пути);-2 байта - для идентификации маршрута (ВК – виртуального канала) движения элемента (МАП-ячейки);-2 байта - для другой служебной информации (например, преоритет).Цифровая информация (полезная нагрузка) от источников сообщений заполняет МАП-ячейки, которые имеют фиксированную длину.Друг от друга ячейки отделяются (т.е. определяется их начало и конец) с помощью служебной информации.При отсутствии полезной информации передаются пустые ячейки.Небольшие объемы информации, как правило, передаются в отдельных ячейках, которые могут в таких случаях оставаться незаполненными. В последнем случае в полупустые ячейки может быть добавлены "наполнителем". В случае передачи непрерывного сигнала (речь, видеосигнал и т.п.) ячейки следуют через строго определенные промежутки времени. Цифровые потоки, размещенные в МАП-ячейках от разных источников, могут быть объединены с помощью временнóго мультиплексирования.

Мультиплексирование асинхронных потоков

Поток "А"

Поток "В" В С А С В А С А

Поток "С" Общий поток в линии связи

Передача МАП-ячеек

Как отмечалось выше, маршрут МАП-ячейки (элемента) указывается в ее заголовке, где 2 байта отводятся для идентификации виртуального канала (Virtual Channel Identifier- VCI).Виртуальный канал (ВК) - это фиксированный маршрут движения всех МАП-ячеек во время сеанса связи от одного абонентского терминала (устройства) к другому. Виртуальный канал состоит из последовательности портов коммутаторов, через которые эти МАП-ячейки (элементы) проходят.

139

Мультиплексор

Полезная нагрузка (информационная)48 байт (384 бита)

Заголо-вок5 байт

Преимуществом МАП-ячейки является легкость ее обработки при прохождении через коммутатор, так как обрабатывается только заголовок. Прочитав идентификатор виртуального канала (ВК) в заголовке МАП-ячейки, коммутатор направляет ее (или целые группы ВК) из одного порта в другой, независимо от содержания (информации). Количество ВК может достигать 65536, т.е. 216

Группы виртуальных каналов одного направления объединяют в виртуальный тракт (ВТ), или виртуальный путь (ВП). Количество ВП (ВТ) организованных по одной линии связи сети АТМ может достигать 4096, т.е. 212

Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier - VPI) занимает в STM-1 один байт и располагается до идентификатора виртуального канала. Технология МАП (ATM) отлично согласуется с технологией SDH, поэтому МАП-ячейки могут размещаться в STM-1. Для размещения в STM-1 МАП-ячейки сначала "упаковываются" в виртуальный контейнер VC-4, затем в заголовке (РОН) этого контейнера отмечается начало записи МАП-ячеек и только потом контейнер как обычно размещается в STM-1.

Размещение МАП-ячеек в STM-1.Всего 9 строк

1 байт

260 байт

1-ая строка PON VC-4

2-ая строка3-я строка4-ая строка5-ая строка6-ая строка7-ая строка

8-ая строка9-ая строка

Указатель МАП-ячеек МАП-ячейки Виртуальный контейнер VC-4Функциональная схема сети SDH с наложенной сетью АТМ

Коммутаторы сети ATM (например: компании NorteL - Passpon 7480 для крупных телекоммуникационных сетей, компании Ascend - GX 500™, "Smart" Сore, СВХ 500™ сетей ATM компании Extant, США)

Сеть АТМ

Транспортнаясеть SDH

Транзитные узлы (коммутаторы) сети SDHОбе транспортные технологии: SDH и ATM хорошо дополняют и взаимодействуют друг с другом.

140

Есть задачи, например, транспортные, которые успешно решаются SDH, а есть сервисная среда, предоставляющая услуги, в которой хороша технология ATM.Сегодня технология ATM (особенно доступ к видео и Интернет) в полной мере не доходит до абонентского устройства (как, например, DSL), но такая возможность появится при платежеспособном спросе. В настоящее время на подключение к сервисным услугам ориентируются на некоммутируемые и коммутируемые линии связи (dial-up).Основной положительной чертой асинхронной передачи является простота определения моментов взятия отсчетов сигнала в приемнике, а также гибкость с точки зрения работоспособности систем в диапазоне средних скоростей передачи данных и на небольшие расстояния.При высоких скоростях передачи данных биты передаются один за другим.Передача автоматически приспосабливается и к пониженным скоростям путем увеличения пауз между знаками.Таким образом, асинхронные системы более подходят для передачи сигналов, когда их скорость изменяется, в отличие от синхронных систем, в которых приемник должен отследить изменение скорости цифрового потока в передатчике, прежде чем он сможет правильно взять отсчеты входного сигнала, что происходит очень медленно и в узком диапазоне. Сегодня такой способ передачи цифровых сигналов с разными скоростями (асинхронный режим) в SDH практически не применяется, несмотря на то, чтосистемы с синхронной передачей также могут выдержать передачу сигнала с переменной скоростью. Но при этом задача подстройки под скорость передачи информации выполняется за счет введения в цифровой поток кодовых комбинаций, соответствующих нулевой информации. Эти комбинации используются для заполнения цифрового потока, когда сигнал отсутствует, поэтому такую форму передачи называют иногда изохронной. Изохронный способ передачи необходим при использовании синхронной линии (канала) связи для передачи данных от асинхронного источника.Особенностью асинхронного способа передачи цифрового потока является то, что он автоматически обеспечивает синхронизацию по группам битов (байтам, знакам, словам, цифрам).Следовательно, если речевой сигнал, преобразованный посредством ИКМ, передается асинхронно, то стартовый и стоповый биты автоматически определяют границы кодовой комбинации. При синхронной передаче нужны дополнительные меры для синхронизации цифрового сигнала по кодовым комбинациям. Оконечное устройство АТМ содержит: -блок пользователя 1024байт;-до 65 536 виртуальных (логических) каналов - ВК (65 536 ВК: 64,0кбит/с = 1024байт - максимальный объем различной пользовательской информации, который может быть передан одновременно со скоростью 155,0мбит/с);-до 256 виртуальных путей - ВП (каждый виртуальный путь содержит 256 ВК); -до 16 777 216 соединений (65 536 ВП х 256 ВК).Всего оконечное устройство АТМ одновременно поддерживает до 16 777 216 соединений через UNI (User to Network Interface) интерфейс, через который оконечное устройство АТМ подключается к коммутатору (а также: между сервером, ПК, АТС, узлом и коммутатором АТМ).

К основным недостаткам асинхронной передачи относятся:

141

-чувствительность к ошибкам на линиях с высоким уровнем шумов; -довольно большая избыточность, необходимая для хронирования.

В АТМ-сетях каждое оконечное устройство до начала передачи сигнала по линиям связи должно пройти регистрацию в сети для получения адреса и сообщения о том, что оно включено в сеть, т.е. проверить доступность оконечного устройства адресата, и только после этого передавать сообщение. В противном случае соединение между оконечными устройствами не устанавливается. Это - страховка от риска, что адресат сообщение не получит из-за занятости узлов сети или отсутствия самого получателя информации по указанному адресу.

Технология АТМ в локальных компьютерных сетях

Сеть АТМ в локальных компьютерных сетях (LAN) организуется по топологии "звезда" с использованием в качестве линий связи витой пары, а также одного или нескольких коммутаторов.

Простейший пример сети АТМ - один коммутатор (без маршрутизаторов и мостов), а также несколько оконечных устройств, выполняющих одновременно функции приемников и передатчиков информационных сигналов (цифровых потоков), которые и обеспечивают обмен сообщениями (цифровыми потоками). Каждое оконечное устройство имеет свой собственный выделенный физический канал в коммутаторе, обеспечивая тем самым полное использование полосы пропускания (спектра, ширины полосы) этого конкретного канала. АТМ - это метод передачи информации между оконечными устройствами. В локальных компьютерных сетях метод АТМ аналогичен передаче МАП-ячеек (АТМ-ячеек) по телекоммуникационной сети АТМ. Длина АТМ-ячейки - 53байта (48байт - информация и 5байт - заголовок), которая определяется временем задержки распространения речевого сигнала через АТМ-сеть.Транспортирование пакетов внутри коммутаторов и включенных в него устройств осуществляется со скоростью 155,520мбит/с. Современные мониторы (экраны, дисплеи), типа Suher Video Graphics Array, содержат: 1024 строки х 768 элементов в строке = 786432 элемента в экране.

Модемы (полное название: модулятор-демодулятор), используемые для связи с ТфОП (стандарт МСЭ-Т - V.34), подразделяются: -низкоскоростные - до 300,0бит/с; использутся -среднескоростные - 600,0; 2000,0...7200,0; 9600,0...28 800,0бит/с 0,3 - 3,4кГц-высокоскоростные - 33 000,0бит/с (в коммутируемой сети); речевой сигнал -высокоскоростные - 56 000,0бит/с и выше (в специально организованных каналах связи).

142

Модель АТМ в локальных компьютерных сетях имеет 4-х уровневую структуру:

Архитектура протоколов в АТМ-сетях

143

4-ый уровень - ТСР(сетевой) ТСР-пакет 1048байт

3-ий уровень - IP(интеллектуальной периферии)

IP-пакет 1072байт

2-ой уровень - АТМ - отвечает за создание ячеек, установление содинений и мультиплексирование АТМ-ячеек от разных пользовательских приложений.Подуровень сборки-разборки пакетов

Подуровень установления соединения и мультиплексирования ячеек от разных пользовательских приложений, их демультиплексирования из входного порта в другие порты и различные приложения

1-ый уровень - физический - обеспечивает передачу АТМ-ячеек в различные телекоммуникационные средыПодуровень преобразования передачи спецификация SONET-Synchronous Optical Network, т.е. иерархия скоростей (кратных 51,84мбит/с), принята МСЭ-Т и другими комитетами, как международный стандарт на высокоскоростную передачу данных в LAN - локальных сетях. Вся иерархия скоростей, известная как SONET, называется синхронной цифровой иерархией - SDH.Подуровень адаптации к среде передачи (ВОЛС, витая пара, коаксиальный кабель, радиоствол и т.д.)

48байт5байт

IP-заголовок 24байта

ТСР-заголовок 24байта

Данные 1024байта

ТСР-заголовок 24байта Данные 1024байта

Пользовательские данные- блок размером 1024байта

Цифровые сети интегрального обслуживания – ЦСИО, или цифровые сети с интеграцией служб - ЦСИС, или ISDN - Intergradet Services Digital Network - цифровая сеть с интеграцией услуг

Современная ТфОП (телефонная сеть общего пользования) в перспективе должна обеспечивать доступ пользователей к любому виду информации и служб (услуг):-речевой;-передачи данных;-передачи текста;-передачи изображений;-информационным базам данных локальных компьютерных сетей;-интеллектуальным услугам;-услугам операторских центров и т.д.Цифровой сетью называется сеть электросвязи, в которой информация передается по абонентским и соединительным линиям и коммутируется в центрах коммутации (АТС, узлах) в цифровой форме.

ЦСИО (ISDN) - это сеть, которая обеспечивает доступ пользователя к множеству служб (услуг), а также к информационным базам данных на электронных носителях. ISDN предоставляет уникальные возможности, которые упрочили ее лидирующее положение на рынке телекоммуникаций на многие годы вперед.

Под интеграцией обслуживания (служб) понимается объединение множества служб, перечисленных выше.

Современная телекоммуникационная сеть - ЦСИО (ЦСИС) представляет собой интеграцию (объединение) в трех основных направлениях:-временное разделение каналов (ВРК) в каналообразующем и коммутационном оборудовании; -элементная база коммутации и управления;-способ коммутации (коммутации каналов, коммутации пакетов).

Основные особенности ЦСИО (ISDN), отличающие ее от других телекоммуникационных сетей:-передача информации в цифровой форме от одного абонентского терминала (устройства, пункта) к другому;-широкий сервис услуг;-возможность доступа к услугам (информации) ЦСИО (ЦСИС) с разных абонентских терминалов с помощью универсальных стандартных согласующих устройств, портов (интерфейсов), например ISDN - сервисный интерфейс абонентского пункта (устройства, терминала), обеспечивает доступ к цифровым сетям с интеграцией услуг;-обеспечение сигнализации по общему каналу с высокой скоростью и надежностью;-обеспечение любого из способов коммутации (коммутации каналов, пакетов, сообщений).

144

Структура ЦСИО (ISDN)

Абонентский пункт Абонентский пункт

Основные требования к ЦСИО (ISDN):

-возможность доступа к службам (услугам) с любого абонентского устройства (аналогового, цифрового) через один (общий) стандартный многоцелевой универсальный интерфейс или многофункциональный терминал, т.е. доведение цифрового потока до терминала пользователя (абонента);-возможность передачи (приема) одновременно нескольких видов информации;-высокое качество связи и услуг;-установление соединения при передаче речи (данных) в режиме коммутации каналов не более чем за 1,0с (в аналоговой сети - 16,0с);-доставка сообщений не более чем за 10,0мс;-разъединение соединения не более чем за 10мс (в аналоговой сети - 1,0с);-возможность связи с подвижными объектами;-возможность внедрения новых услуг (служб) и доступа к ним;-коэффициент ошибок не более чем 10-6;-возможность доступа к интеллектуальным услугам;-возможность тарификации любых услуг;-наличие общеканальной системы сигнализации (ОКС) с коммутацией пакетов;-совместимость со всеми существующими сетями;-недопустимость задержек, превышающих 25,0мс, при передаче оцифрованных речевых сообщений в пакетной форме.

Функциональная схема ЦСИО (ISDN) для внутризоновых сетей

линии (каналы) связи: ИКМ, SDH, ATM

РАТС УК РАТСа.л. с.л. с.л. а.л.

Оосновными проблемами аналоговой телефонной сети - ТфОП (телефонной сети общего пользования) при передаче речи и данных являются:-необходимость преобразовывать аналоговый сигнал в цифровую форму (например, с помощью модемов);-низкие скорости передачи данных;-большая вероятность ошибок;

145

АП

Сеть с коммутацией каналов

Сеть с коммутацией пакетов

Сеть сигнализации

АП

Абонентский пункт:-ТА,-Модем, -ПК (ЭВМ),-Факс-и т. д.

Абонентский пункт: -ТА, -Модем, -ПК (ЭВМ),-Факс-и т. д.

-неэффективность использования каналов при передаче цифровых сигналов. Неэффективность использования каналов заключается в том, что речевой трафик и трафик передачи данных существенно отличаются друг от друга.В ЧНН (час наибольшей нагрузки) одно абонентское устройство занимается речевыми сообщениями в среднем одним-двумя вызовами (0,2Эрл.) и длительностью 3,0-4,0мин каждый.С абонентских терминалов передачи данных в ЧНН абонентская линия (ал) обычно занимается частыми с короткими по времени сообщениями, чем перегружают управляющие коммутационные устройства на РАТС, внутристанционные и межстанционные соединительные линии.

Процесс передачи (пересылки) сообщений (данных) с одной РАТС в другую, или коммутация сообщений (КС), рассматривался в разделах, посвященных цифровым способам передачи сигналов в системах коммутации ИКМ, SDH и АТМ. Так как высокоскоростные системы коммутации сообщений (например: SDH, SONET, АТМ) используют сопровождающие заголовки для передачи сообщений в конкретном направлении (по конкретному адресу), а при необходимости - информацию о маршруте, уровне приоритета и качестве обслуживания, то управляющие коммутацией устройства в каждом узле (центре) коммутации определяют на какую конкретно исходящую линию нужно коммутировать сообщение.

При отсутствии приоритета сообщения коммутируются по принципу: "первым пришел - первым обслуживается".

В сетях с КС (в отличие от сетей с коммутацией каналов - КК) источники и получатели сообщений не взаимодействуют в реальном масштабе времени - доставка осуществляется с задержкой (задержанная доставка).

Время доставки сообщений в сети с КС зависит от длины очереди, ожидающих обслуживания сообщений. Поскольку линии связи (кабельные, радиорелейные, спутниковые) в сети с КС практически никогда не бывают свободными, то их использование очень эффективно.Сеть с КС принимает все сообщения, т.е. всю поступающую нагрузку (весь трафик), но при этом увеличивает время доставки сообщений, которое зависит от длины очереди (в отличие от сети с КК, где каналы блокируются, а нагрузка "сбрасывается").

Обычная телефонная сеть с КК (ТфОП) мало приспособлена для обслуживания трафика передачи данных при работе в режиме диалога, поскольку она принципиально проектируется для обслуживания речевых нагрузок с большими средними значениями времени занятий линий связи (в среднем 3-4 мин). Внедрение в 1992 г. и коммерческая эксплуатация узкополосных цифровых сетей с интеграцией обслуживания У-ЦСИО (N-ISDN - Narrowband ISDN - узкополосная ISDN) - это первый этап развития сетей с интеграцией обслуживания, который является переходным периодом к созданию широкополосных ЦСИО (Ш-ЦСИО, или B-ISDN - Broadband - широкополосная ISDN).

146

Не путать понятие "широкополосный" с понятием "широковещательный", которое применяется для сетей с одним передатчиком и большим числом приемников. В Ш-ЦСИО ресурсы сети используются более эффективно, чем в У-ЦСИО.

Виды информации ЦСИО:

В соответствии с рекомендациями МСЭ-Т в ЦСИО передаются следующие основные виды информации:-пользовательская информация (группа V) - речевая в аналоговой форме, речевые сообщения с хранением (в цифровой форме, пакетированная), речевые сигналы в цифровой форме с любыми скоростями (8,0; 16,0; 32,0; 64,0 кбит/с), цифровая информация со скоростями 2,0 -140,0 мбит/с, факсимильные сообщения, данные, телеметрическая информация;-сигнальная информация (группа С)- для управления установлением соединений и разъединением соединений, управления ресурсами сети (системами коммутации и дополнительными видами обслуживания - ДВО);-информация административного управления (группа М) – для связи пользователей с администрацией сети.

Услуги ЦСИО (ISDN)

Услуги, предоставляемые пользователям ЦСИО в документахМСЭ-Т называются "сервисом электросвязи".В понятие "сервис электросвязи" входят услуги:-телефонная, телеграфная, факсимильная связь, передача данных и др.;-передача информации разными способами коммутации (КК, КС, КП);-предоставление каналов с различными скоростями передачи;-предоставление различных сред передачи информации (проводные, радио, спутниковые, инфракрасные и др.);-предоставление каналов в аренду на время передачи сообщения;-возможность организации дополнительных видов обслуживания (ДВО) в соответствии с рекомендациями серии "X". МСЭ-Т.

Способы связи в ЦСИО: -по запросу;-с предварительным резервированием ресурсов сети на конкретный период;-постоянная связь.

Конфигурация и топология ЦСИО аналогична телекоммуникационным сетям общего пользования: -"точка-точка" - обычная связь между пользователями;-"многоточечная" - для предоставления дополнительных видов обслуживания (ДВО);-"широковещательная" - одновременная передача сообщений от одного источника многим пользователям.

.

.

.

.

147

Типы каналов абонентского доступа к ЦСИО: МСЭ-Т установил следующие типы каналов, которые формируют цифровые системы передачи и используются в РФ: -D скорость 16,0кбит/с-В - скорость 64,0кбит/с;-НО = 6В скорость 384,0кбит/с;-Н12 - 30В скорость 1920,0кбит/с (система ИКМ-30 в Европе, России);-Н21 =512В скорость 32768,0кбит/с (32,768мбит/с);-Н22 - скорость 45000,0кбит/с (45,0мбит/с);-Н4 ~ 2109В скорость 135000,0кбит/с (135,0мбит/с).

Распределение каналов в широкополосном интерфейсе Ш-ЦСИО

Сигнализация ПД, Факс Речь ПД, Звуковое вещание и Факс, ПД Видео и ТВ

144,0 кбит/с 7680,0 кбит/с 135,0мбит/с

2В+D 4Н12, или 120В 2109В

У-ЦСИО Ш-ЦСИО

-скорость передачи симметричный интерфейс - со скоростью 150,0мбит/с; асимметричный интерфейс - со скоростью в направлении "пользователь-сеть" - 150,0мбит/с, в направлении "сеть-пользователь" - 600,0мбит/с;-тип протокола доступа три группы протоколов: физического, канального и сетевого уровней ЭМ ВОС).

Ресурсы ЦСИО

-передача речи или данных по цифровым каналам: В, 2В, НО, Н11, Н12, Н4, предоставляемым пользователям в режиме коммутации каналов;-передача адресной информации, линейных и информационных сигналов по общему каналу D с использованием пакетной коммутации, обеспечивающей достаточно высокую скорость (16,0кбит/с) и малую вероятность ошибок;-передача данных в пакетной форме с высокой скоростью от абонентских устройств (пунктов) на передаче по прозрачному каналу связи к абонентским устройствам (пунктам) на приеме;-передача сигналов управления по общему каналу сигнализации при межстанционной и межузловой связи с использованием системы общеканальной сигнализации - ОКС 7.

148

D В В Н12

Н12

Н12

Н12

Н4

Функциональная схема абонентского доступа к ресурсам ЦСИО Универсальный интерфейс "абонент-сеть" (эталонные точки)

ал

R S T Uгде:ЦАП - цифровой абонентский пункт, цифровое абонентское устройство (соответствует рекомендациям МСЭ-Т).

ААП - аналоговый абонентский пункт, аналоговое абонентское устройство (не соответствует рекомендациям МСЭ-Т).

ОА - оконечный адаптер для ААП (стык 2B+D с наименьшей, базовой скоростью: 2х64,0кбит/с + 16,0кбит/с = 144,0 кбит/с, стык З0В+D с наибольшей первичной скоростью).

СО1 (NT1) - сетевое окончание (устройство), реализующее физическое сопряжение с линией связи, регенерацию линейных сигналов, синхронизацию процессов в абонентском пункте с процессами в линии связи, упорядочение блоков данных (биты, слова), управление, дистанционное питание и другие функции первого уровня семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС). СО2 (NT2) - сетевое окончание, реализующее функции коммутации, концентрации нагрузки, контроля ошибок в сигнализации, функции выбора необходимого оконечного оборудования (ОО), кадровую синхронизацию и другие функции второго и третьего уровней семиуровневой модели ВОС (пример СО2: УАТС, Локальные компьютерные сети и др.).

При доведении цифрового потока до абонентского пункта канал D используется как для сигнализации: "абонент-сеть", так и для передачи данных.

В случае базового доступа абонент (пользователь) может устанавливать одновременно несколько видов соединений:

-в режиме коммутации каналов - для передачи речевого сообщения и данных - по каналам типа "В";

-в режиме коммутации пакетов - для передачи данных со средней скоростью 9,6 кбит/с - по каналу типа "D", для передачи данных в пакетном режиме - по каналу типа "В" со скоростью 64,0кбит/с.

.

.

.

149

ААП

ЦАП

ОА

СО2 (NT2) СО1 (NT1)

станция ЦСИО

Система управления ЦСИО

ЦСИО является "открытой системой", т.е. системой, которая может взаимодействовать с любой другой открытой системой и соответствует эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМ ВОС, которая является описанием структуры стандартов и определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами (взаимодействия открытых систем).

Протоколы нижних, с 1-го по 3-й, уровней ориентированы на передачу информации.Протоколы 4-го уровня - протоколы транспортного уровня, иногда их относят к нижним уровням.Протоколы верхних, с 5-го по 7-ой уровней являются пользовательским (прикладным) уровнем и ориентированы на обработку информации.

Протоколы доступа к ресурсам ЦСИО - 7 уровней:

-протоколы 1-го уровня - (физический уровень - физические и технические характеристики каналов):- -для пользователей сети передачи данных (СПД) с КК - Х.21; - -для пользователей сети ПД с КП - Х.25 и 1.430; - -для пользователей сети ТфОП - V;

-протоколы 2-го уровня (канальный уровень - установление, разъединения соединений) определяют процедуры передачи полезной информации с исправлением ошибок (КП) и сигнальной информации; -протоколы 3-го уровня (сетевой уровень - маршрутизация и коммутация информации, управление потоками) определяют маршрут установления соединений при способе КК, управляют транспортировкой пакетов полезной и сигнальной информации;

-протоколы 4-го уровня (транспортный уровень - передача цифровых потоков с разными скоростями) определяют процедуры логического упорядочивания информационных блоков, управляют потоками сообщений;

150

ЭМ ВОС

Услуги ВОС

Протоколы ВОС

1 уровень Физический

2 уровень Канальный

3 уровень Сетевой

4 уровень Транспортный

5 уровень Сеансовый

6 уровень Представления

7 уровень Прикладной

-протоколы 5-го уровня (сессий, или сеансовый уровень - организация взаимодействия между прикладными процессами) определяют начало и окончание сеансов связи, их восстановление при разъединении соединения на нижних уровнях, исправление ошибок передачи путем повторения передачи блока информации (страницы или нескольких страниц);

-протоколы 6-го уровня (представления, представительный уровень - интерпретация значения, смысла прикладных процессов) определяют форму документа (форматы, шрифты, структура);

-протоколы 7-го уровня (прикладной - управление прикладными программами, предоставление или потребление информационных ресурсов) определяют процедуры обработки сообщений (вид сообщений, качество передачи, актуализация данных, идентификация получателя сообщения, язык сообщения, засекречивание информации и др.).

Услуги Ш-ЦСИО, отсутствующие в У-ЦСИО Широкополосными считаются службы, которые требуют передачу информации со скоростями не менее ЗОВ (1920 кбит/с = 2,048мбит/с):

Доля услуг Ш-ЦСИО в общем объеме услуг ЦСИО (У-ЦСИО+Ш-ЦСИО)-сети кабельного ТВ (до 15% от общего объема услуг ЦСИО), в т.ч.: - для цветного ТВ необходима скорость передачи 4,0-6,0мбит/с, - для ТВ с высокой четкостью 16,0-24,0мбит/с, - для передачи файлов до 200,0мбит/с;-высокоскоростная передача данных (до 17%);-видеотелефон (до 21%);-высокоскоростной цветной телефакс (до 3%).

Этапы перехода от У-ЦСИО к Ш-ЦСИО -1-ый этап: перевод части служб с коммутацией каналов (КК) из У-ЦСИО, в Ш-ЦСИО с коммутацией пакетов (КП);

-2-ой этап: перевод всех служб с КК из У-ЦСИО в Ш-ЦСИО с КП;

-3-ий этап: объединение У-ЦСИО с коммутацией каналов (КК) иШ-ЦСИО с коммутацией пакетов (КП), которую предполагается строить на базе асинхронной передачи пакетов (АТМ, или МАП) и быстрой коммутации пакетов (БКП). ..........

151

Интеллектуальные сети связи – ИСС (IN)

Интеллектуальная сеть – определяется как сервисно ориентированная архитектура телекоммуникационной сети, т.е. - это такая сеть, в которой управление вызовами отделено от основного элемента сети – оборудования телекоммуникации (определение из документов МСЭ-Т).

В узком смысле - ИСС (IN –Intellectual Network) - специализированная информационно-компьтерная сеть, надстраиваемая над базовой сетью (ТфОП, СПД, СПС) и принимающая от нее функции по управлению процедурами предоставления дополнительных услуг электросвязи пользователям.

Уникальным преимуществом ИСС является возможность развертывания дополнительных ресурсов, как на транспортном уровне, так и на интеллектуальном, без какого-либо взаимного влияния.

Функциональная модель ИСС на распределенной плоскости не зависит ни от структуры ИСС на физической плоскости ни от структуры транспортной сети.

Платформа ИСС представляет собой совокупность технических средств (аппаратных и программных), реализующих функциональные возможности ИСС.

Интеллектуальная сеть – это архитектурная концепция предоставления новых услуг связи, для которой характерны:-эффективное использование сетевых ресурсов;-использование современных средств обработки информации;-модульность сетевых функций с возможностью их многократного использования;-одновременное создание и внедрение услуг, благодаря модульным, повторно используемым сетевым функциям;-взаимодействие сетевых функций через независимые от услуг стандартизированные интерфейсы;-возможность управления некоторыми атрибутами услуг пользователями;-стандартизированное управление логикой услуг.

ИСС взаимодействует практически с любыми цифровыми телекоммуникационными сетями: ТфОП, СПС, СПД, АТМ, У-ЦСИО, Ш-ЦСИО.

Цель ИСС – предоставление пользователям услуг деловой связи (аналогично услугам коммутационной системы Centrex).

Основными услугами Centrex, кроме сокращенного набора номера и трехсторонней конференцсвязи, являются:-переадресация вызова;-уведомление о поступающем входящем вызове во время разговора;-удержание вызова во время разговора на время подключения к другой линии;-установление соединения с занятым абонентом после его освобождения;-прямой вызов; "перехват" вызова.Однако Centrex имеет ограниченные возможности в услугах, что и привело к созданию ИСС.

152

Функциональная схема интеллектуальной сети связи (ИСС)

Отличия ИСС от обычной "не интеллектуальной" сети электросвязи

-услуги предоставляются пользователям с помощью логики услуг, находящейся в специально созданной программируемой надстройке;-функции коммутации услуг отделены от функций предоставления услуг;-способ внедрения новых услуг прост и экономически эффективен;-возможность абонентам – пользователям услугами ИСС создавать свои собственные услуги за дополнительную плату (Value Added Services);-возможность модификации услуг в соответствии с изменяющимися требованиями пользователей независимо от типов узлов коммутации (УК), находящихся в эксплуатации.

153

ИСС

Функции коммутации(Базовые сети электросвязи: ТфОП, СПД, Интернет, сети сотовой связи и другие)

Функции управления услугами

Функции создания и внедрения услуг

Сетевая архитектура ИСС

Узел административного Узел создания услуг (SCEP)управления услугами(SMP)

Уровень создания услуг, эксплуатации ресурсов и обеспечения доступа компьютера

Узел управленияуслугами (SCP - Service control point)

Уровень управления услугами

Узел коммутации Интеллектуальная Узел коммутацииуслуг (SSP - периферия (IP) услуг (SSP)Service swichingpoint)

Уровень коммутации услуг

Согласно принципам создания ИСС и в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т Q.1201, Q.1205, Q.1211. Q1215, основное оборудование платформы ИСС состоит из трех частей: SCP, SMP, SCЕP.

Функции основных узлов и блоков ИСС:

Функции SSP - Service Switching Point – узел коммутации услуг: -распознавание вызова услуги ИСС;-организация диалога с SCP для обеспечения дальнейшей обработки вызова;-процесс установления соединения к требуемой услуге ИСС;-контроль нагрузки, создаваемой вызовами к услугам ИСС;-учет стоимости услуг ИСС.

Функции SCP - Service Control Point – узел управления услугами:-обеспечение возможности обработки не менее 1,0 млн. выз./час;-обеспечение подключения не менее 4-х сигнальных каналов;-обеспечение нагрузки на сигнальный канал не более 0,2 Эрл;-управление процедурами предоставления услуг ИСС в соответствии с логикой услуг и запросами, поступающими от SSP; -обеспечение инсталяции программного обеспечения (ПО) новых услугбез нарушения ПО ранее внедренных услуг ИСС, т.е. сохранение логики услуг;-введение новых услуг под управлением SMP.

154

ТфОП

Сеть ОКС 7

СПД

Узел услуг (SN)

Узел услуг (SN)

Функции IP - Intelligent Peripheral – интеллектуальная периферия:-обеспечение уведомлений под управлением SCP (речевой диалог с пользователем, речевое приглашение к набору дополнительных цифр, передаваемых в SCP двухчастотным способом - DTMF);-прием набранных цифр в процессе предоставления услуги.

Функции SN - Service Node – узел услуг: -управление услугами; -возможность осуществления взаимодействия с пользователями услуг. Функции SMP - Service Management Point – узел административного управления услугами: -обеспечение не менее 2-х поддерживаемых SCP;-предоставление техническому персоналу статистической информации и информации для начисления оплаты, данные о которой получены из SСP;-модификация старых и ввод новых данных для услуг ИСС; -координация данных в IP, SSP, SCP;-контроль нештатных и аварийных ситуаций.

Функции SCEP - Service Envirjnment Point – узел создания услуг:-трансляция - преобразование информации из одного вида в другой;-взаимодействие с пользователем – передача сообщений пользователю и прием от него информации;-управление вызовом – управление процедурами соединения и разъединения при обработке вызовов услуг ИСС;-тарификация – сбор данных для начисления оплаты (биллинга) за услуги ИСС;-защита от несанкционированного доступа к услугам – подтверждение прав пользователя на доступ к услугам, дискриминация вызовов по значению параметров;-обеспечение разработки услуг, менеджмент – эксплуатационное управление, накопление, восстановление и модификация информации;-тестирование услуг, обнаружение синтаксических и других ошибок;-передача созданных услуг в SСP. Функции NAP - Network Access Point – узел доступа к сети:- обеспечение взаимодействия с логикой услуг ИСС через SSP.

Интерфейсы ИСС (рек МСЭ-Т Q.1214):(клиент) SSP – (сервер) SCP,

ОКС 7, INAP-R;(клиент) SСP – (промежуточный сервер) SSP – (сервер) IP .

Надежность оборудования платформы ИСС:-максимальная суммарная длительность отказов оборудования SCP/SМP/ SСЕP - 5 минут в год.

Услуги ИСС: 1. Услуги традиционной телефонной связи (POTS). 2. Сокращенный номер (ABD). 3. Информационная услуга с дополнительной оплатой (PRM).

155

4. Распределение вызовов (CD). 5. Перенаправление вызовов (CF). 6. Завершение вызовов к занятому телефону (CCBS). 7. Конференцсвязь (CON). 8. Маршрутизация оконечных вызовов (DCR). 9. Маршрутизация, определяемая пользователем (UDR).10. Идентификация злонамеренных вызовов (MCI).11. Перенаправление вызовов по принципу "следуй за мной" (FMD).12. Массовые вызовы (MAS).13. Контроль исходящих вызовов (OCS).14. Контроль безопасности (SEC).15. Выборочное перенаправление вызовов при занятости или неответе вызываемого абонента (SCF).16. Контроль оконечных вызовов (TCS).

17. Бесплатный вызов - Freephone - FPH – самая оплачиваемая услуга ИСС.Оплата разговора за счет вызываемого абонента (по терминологии МСЭ-Т – "реверсивная оплата", т.е. оплата трафика за счет абонента услуги). В качестве обязательного применяемого компонента этой услуги используется единый (один) номер телефона, который напоминает серийное искание на ТфОП. Могут быть использованы и необязательные компоненты: речевые подсказки, объявления в процессе набора номера, персонифицированные вызывные сигналы в сторону вызываемого абонента, проверка права пользования этой услугой, маршрутизация вызовов в зависимости от ряда параметров, переадресация вызовов при занятости или неответе вызываемого абонента, ограничение числа поступающих вызовов и др. В разных странах номер телефона FPH разный (в США - "800", в Европе - "900").

18. Универсальная персональная связь - Universal Personal Telecommunications – UPT - одна из самых перспективных услуг ИСС. UPT позволяет абоненту, имеющему идентификатор – персональный логический номер телефона, пользоваться услугами связи независимо от своего географического положения в данный момент времени, а также от типа абонентского доступа (проводного или радио), включая сети подвижной связи. При изменении своего местопребывания, абоненту необходимо лишь “перерегистрироваться“, сообщив в ИСС свой новый сетевой номер. Оплата доступа к услугам и услуг ИСС осуществляется по месту прописки абонента.

19. Виртуальная частная сеть - Virtual Private Network – VPN - эквивалентна выделенной ведомственной сети электросвязи с использованием технических средств сети общего пользования. Виртуальная частная сеть как физический объект не существует. Существуют специальные логические адреса, которые не являются физическими точками доступа к их абонентским линиям. Абонент VPN может одновременно являться и абонентом ТфОП. Для каждой VPN предусматривается свой план нумерации в независимости от географического местоположения абонента. Значность логического номера VPN не зависит от системы нумерации ТфОП и может быть любой.

156

Абонентам VPN иногда устанавливаются частичные ограничения или даже запреты на некоторые услуги связи. При установлении связи к абоненту VPN нужно набрать логический номер сети VPN и персональный логический номер абонента VPN. При установлении связи с этим же абонентом, но по ТфОП, набирается обычный сетевой (городской) номер телефона.

20. Телеголосование - Televoting - VOT - позволяет быстро и эффективно производить опросы общественного мнения. Эта услуга позволяет отображать результаты в реальном масштабе времени на экранах компьютеров. Ежегодный доход от этой услуги ИСС в каждой из таких стран как: Германия, Франция, Италия, Великобритания, США в 2008 году составил около 20,0 млрд. долл. США.

21. Вызов по расчетной карте - АСС - с проверкой прав пользователя с помощью PIN-кода. Расчетная карта служит платежным средством за услуги ИСС, которые могут быть оказаны владельцу этой карты.

22. Вызов по карте с предоплатой (РСС) не требует PIN-кода.23. Вызов по кредитной карте (ССС) не требует PIN-кода, только карты.24. Вызов с автоматической альтернативной оплатой (ААВ). предоставляет абоненту ИСС право самому определять форму оплаты услуг ИСС. 25. Раздельная оплата (SPL).

Наиболее интересной областью использования ИСС является СПС (сеть подвижной связи). Например, информационные службы могут предоставить абоненту СПС услугу в зависимости от его местонахождения. Кроме того, ИСС позволяет реализовать в условиях оперативного взаимодействия между ТфОП и СПС принципиально новые услуги, в том числе мультимедийные и широкополосные услуги.

Каждая из услуг ИСС описывается набором обязательных и дополнительных свойств (кейсовые технологии). Обязательные свойства являются неотъемлемой частью услуги, адополнительные свойства могут присутствовать в каждом конкретном вариантереализации в любых сочетаниях.На основании перечня свойств услуги формируется ее логика, которая описывается с помощью некоего алгоритма.Для каждой из услуг ИСС, перечисленных выше, в платформе обычно реализуется общий (базовый) алгоритм, включающий в себя все обязательные и дополнительные ее свойства.Оператор ИСС, заключивший договор с абонентом услуги ИСС, в соответствии с его требованиями, подготавливает на основе базового алгоритма алгоритм услуги для данного абонента услуги. Для этого платформа ИСС в составе SCEP имеет функции "настройки" услуг, например такие как: тексты уведомлений, количество попыток ввода PIN-кода, количество перенаправлений вызова и т.д. по договоренности с абонентом услуги.

157

Если определенные дополнительные свойства должны быть задействованы при реализации конкретной услуги, то соответствующие блоки должны быть включены в алгоритм.Блоки свойств могут включаться в любом порядке, не противоречащем логике. Однако необходимо следить за тем, чтобы порядок следования блоков друг за другом был корректным, т.е., например, чтобы блок регистрации вызовов по физическому номеру не был выполнен раньше, чем установлено соединение.

Блоки свойств услуги должны быть независимы друг от друга для того, чтобы их можно было использовать многократно при построении алгоритмов различных вариантов услуг.

Нумерация услуг ИСС

(Пн) DEF X1 X2 X3 X4 X5 ... Х n

где:Пн – префикс выхода на другую зону нумерации (национальный префикс);DEF – код негеографической зоны нумерации, определяющий услуги ИСС;X1 X2 X3 – код Оператора связи ИСС;DEF X1 X2 X3 – номер телефона абонента услуги ИСС, предоставляющего определенную услугу;X4 X5 ... Х n – логический номер абонента услуги ИСС.

Функциональная модель ИСС

Функция создания услуг Функция административного Функция доступа к SMF управления услугами

Функция управления услугами Функция доступа к данным услугам ИСС

Функция специализированных услуг

Функция коммутации услуг

Функция запроса Функция запроса Функция управления вызовом в соответствии с запросом CCAF, передающая информацию о событиях в SSF

158

SCEF

SRF

SMAF SMF

SCF SDF

SSF SSF

CCF CCF CCF CCAF CCAF

Пример построения бизнес-сети на основе технологии IN (ИСС) с использованием стандартного протокола INAP, операционной системы UNIX и платформы Informix/Oracle

Развитие мирового рынка услуг ИССмлн. дол. США20000 VPN

18000

16000

14000

12000

10000 FPH

8000

60002001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 год

Динамика затрат на реализацию услуг ИСС Цена Цена С-4 С-5

С-4 С-3 С-3

С-2 С-2

С-1 С-1 СИСС

Сбаз Сбаз

Оборудование базовой сети ТфОП Оборудование базовой сети ТфОП t t

Доля доходов от услуг ИСС в общих доходах от услуг связи

159

Услуга-1

Услуга-2

Услуга-3

Оборудование ИСС

Услуга-1

Услуга-2

Услуга-3

Оконечные устройства (ТА, ТВ, ПК, MS, КПК, Факс и др.)

ISDN, Centrex

Местные ИСС (все услуги ИСС, кроме FPH, UPT)

Национальные ИСС (FPH,UPT)

Услуга-4

Услуга-4

Услуга-5

Эволюция развития телекоммуникационных услуг"Скажи мне, - спросил своего учителя, греческого философа Анаксимена, юноша,

160

10%

Европа

22%

США

- почему у тебя, умудренного знаниями и жизненным опытом, так много неясных вопросов?" Учитель начертил на земле один большой круг и один маленький и сказал:"Все, что за пределами этих кругов - неизвестность, и чем шире круг знаний, тем протяженнее его граница с неизвестностью, тем больше будет возникать неясных вопросов".

Классическая телефония с ее традиционными услугами - POTS (Plain Old Telephone Servce) - это малый круг, большой круг - это IP-технологии, являющиеся результатом конвергенции (взаимопроникновения) телекоммуникационных и информационных услуг и технологий в условиях бурного роста трафика передачи данных (30% в год) по сравнению с ростом речевого трафика (3% в год). Ежегодный прирост абонентов IP-сетей составляет 5%, в основном за счет Интернет (а именно, использование протокола и технологий IP, обеспечивающих качественную передачу речевой информации в сетях пакетной коммутации).

Прогноз развития телекоммуникационных услугТелефонные Широкополосные Услуги IP Телефонные Широкополосные Услуги IPуслуги ТфОП услуги (ТВ) услуги ТфОП услуги (ТВ) (включая моб. связь)

Ситуация сегодня Прогноз на будущее

В течение многих лет ТфОП и IP-сети будут развиваться и функционировать, взаимодействуя и дополняя друг друга.

Сравнительные характеристики технологий пакетной коммутацииЭффективность Надежность Стоимость

речь по сети ATM речь по сети Frame Relay речь по IP-сети

161

Локальные компьютерные сети (LAN - Local Area Network - локальные зоны сети)

LAN - Local Area Network - локальные зоны сети (локальные вычислительные сети – ЛВС, локальные компьютерные сети - ЛКС). Высокоскоростные компьютерные сети, покрывающие относительно небольшую географическую зону (до нескольких километров). Локальные сети объединяют рабочие станции, периферийные устройства, терминалы и другие устройства, находящиеся в одном здании или на другой небольшой территории. LAN-стандарты определяют типы кабелей и сигналов на физическом и канальном уровне эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМ ВОС (модель OSI - Open System Interconnection - взаимодействие открытых систем). Например: сети Ethernet, TokenRing, FDDI.

Сетевые конфигурации

Одиночное двухточечное звено (звено "точка-точка")

Передающая среда: медная пара, коакс. кабель, оптич. волокно, радиоканал

Звено соединение по стандарту RS-232

В качестве терминального оборудования ЛВС используются:-компьютеры;-принтеры;-электронные дверные замки;-охранное и противопожарное оборудование и т.д.

Обычно в системе имеется больше двух устройств.

Существуют две конфигурации LAN:

а) широковещательные сети б) коммутируемые сети Узел коммутации (УК)

Разделяемое звено Звено ЗвеноЗвено

162

УК

В широковещательной сети каждый В коммутируемой сети каждый терминал совместно используют терминал имеет выделенное звенообщую среду передачи в тот момент к узлу коммутации, который и времени, когда другие ее не используют. соединяет его с терминалом, с Термин "широковещательный" означает которым он поддерживает связь или совместное использование среды всеми напрямую, или через другие узлы. терминалами LAN. В отличие от широковещательной Отправляемые сообщения принимаются сети, сообщения от узла коммутациивсеми терминалами, каждый из них коммутируемой сети принимаются исследует полученные сообщения и только коммутационным узлом проверяет кому они предназначены. приемной части канала, а не всеми Это подводит к концепции: остальными узлами.Управление доступом к среде передачи В такой сети коммутационные узлы (MAC - Media Access Control) являются посредниками и обеспечивают

ретрансляцию или коммутацию данных от других узлов, в целяхнахождения адресата.

Сетевая топология LAN

Сеточная топология (mesh-топология)Сеточная топология - это такая топология, в которой коммутационные узлы напрямую соединены друг с другом.

Сети с полной сеточной Сети с частичной сеточной топологией топологией В сети с полной сеточной топологией все узлы соединены друг с другом

В сети с частичной сеточной топологией не все узлы соединены друг с другом, некоторые из них должны связываться через промежуточные узлы

В полной сеточной топологии никакие переключения не используются, поскольку каждый узел имеет выделенные связи со всеми остальными. Такая сеть очень непрактична с точки зрения стоимости, поскольку с добавлением новых узлов в сети резко возрастают затраты на дооборудование остальных и строительство новых узлов коммутации (УК).

Частичная сеточная топология является практичной и наиболее общей сетевой конфигурацией. Узлы, имеющие большой трафик соединяются напрямую, а остальные - через промежуточные узлы коммутации (УК).

Центральная базовая сеть некоторых крупных сетей строится по принципу полной сеточной топологии.

163

Звездообразная топология (топология "звезда")Это самая простая топология, в которой все узлы коммутации (УК) соединяются напрямую с общим центральным УК, который осуществляет связь между узлами.

Центральный УК должен обслуживать большой трафик, поэтому он довольно сложный и дорогой. Схема ненадежна, т.к. выход

из строя центрального узла

выводит из строя всю сеть.

Кольцевая топология

В кольцевой топологии все коммутационные узлы соединены друг с другом двухточечными звеньямитаким образом, формируя замкнутый контур.Информация передается от узла к узлу, пока не достигнет адресата.Недостаток: выход из строя одного узла приводит к нарушению работы всей сети. На практике за счет усложнения оборудования эта проблема решается успешно (передача может осуществляться в обоих направлениях). Такая схема применяется, как правило, на транспортном уровне.

Шинная топология

Шины ПовторителиЭта топология - пример - полностью распределенной сети.Каждый узел напрямую подсоединяется к кабелю или шине, используя соответствующие интерфейсы и оборудование.Схема позволяет расширение Узлыза счет использования взаимоувязанных шин, формируя древовидную структуру (древовидную сеть).В отличие от кольцевой топологии, в шинной и древовидной сети не требуется замкнутая среда передачи. Как и в кольцевой сети, все узлы совместно используют общее звено передачи данных. В каждый момент времени только одно устройство может передавать данные. При этом требуется управление доступом, определяющим, когда узлы могут передавать свои данные на шину. Наиболее распространенный способ доступа в шинной топологии - множественный доступ с контролем несущей (CSMA - Carrier Sense Multiple Access), который используется в сетях типа Ethernet.

164

Типы (размеры сетей)

Глобальные сети (WAN -Wide Area Networks) - это сети передачи данных, которые охватывают очень большую географическую территорию (более 100,0кв.км.). Такие сети, как правило, организуются на каналах (арендуемых) ТфОП (телефонных сетей общего пользования), однако в последнее время крупные коммерческие компании строят высокоскоростные (порядка 10,0гбит/с) сети передачи данных общенациональных и даже глобальных масштабов. Глобальные сети принадлежат сетевому провайдеру или арендуются и обслуживают пользователей в платном режиме. Провайдеры несут ответственность за использование своих (арендуемых) сетей. Примером глобальных сетей является Интернет; Для глобальных и региональных сетей предпочтение отдается иерархическому принципу построения их структуры. Региональные сети (MAN - Metropolitan Area Networks) - это сети передачи данных, обслуживающие так называемую "зону мéтро" (десятки кв. км.), т.е. обслуживают густонаселенные регионы типа городов. Скорости передачи данных в региональных сетях (в соответствии сMAN-стандартом) аналогичны скоростям, допускаемым в WAN-сетях.

Локальные сети (LAN - Local Area Network) - это сети передачи данных, которые ограничиваются географическим размером (не более 10,0кв.км.). Владельцы локальных сетей не несут никакой ответственности за их использование. Локальные и региональные сети похожи друг на друга, но в региональных сетях могут использоваться арендуемые каналы на основе несущих частот. Владельцы локальных сетей несут самостоятельно бремя затрат на закупку и строительство своих сетей.

Принципы построения локальных сетей LAN

Компьютерные (вычислительные) сети классифицируются по следующим признакам:-территориальная распространенность: глобальные, региональные, локальные; -ведомственная принадлежность: государственные, частные; -скорость передачи информации: низкоскоростные, среднескоростные, высокоскоростные; -тип среды передачи: коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно, радиоканал, инфракрасный диапозон и др..

Компьютеры, включаемые в LAN, могут выполнять различные функции

Серверы - это мощные ЭВМ, предоставляющие свои ресурсы менее мощным - рабочим станциям (персональным компьютерам). Серверы различаются по основным функциям, которые они выполняют: -файловые (предназначены для хранения файлов и предоставления их в пользование рабочим станциям); -печати (обеспечивают функции сетевой печати);

165

-приложений (выполняют задачи любой рабочей станции, имеющей доступ к данному серверу); и т.д. Если компьютеры находятся на одной территории и включены в одну локальную сеть, рабочие станции подключаются к серверам через сетевое оборудование LAN.Компьютеры, подключенные к разным LAN, удаленным друг от друга на значительное расстояние, имеют доступ друг к другу через оборудование региональных или глобальных сетей или сетей общего пользования (ТфОП, СПД). Структуры телекоммуникационных сетей общего пользования могут быть различны, а локальных сетей - шина, кольцо, звезда или их комбинации.

Функции и стандарты протоколов LAN

Функции протоколов LAN в соответствии с эталонной моделью взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС)

Номер и вид уровня

Название уровня

Функции протоколов

7 верхний Прикладной Предоставление или потребление информационных ресурсов открытыми системами. Управление прикладными программами.

6 верхний Представительный (Представления)

Представляет (интерпретирует) значения (смысла) содержащегося в прикладных процессах. Определяет способы представления набора знаков (информации), которые были бы понятны для всех взаимодействующих в сети систем. Обеспечивает: -согласование различных кодов между взаимодействующими системами; -договоренность о форме, в которой будет передаваться информация.

5 верхний Сеансовый (Сессий)

Организация и проведение сеансов взаимодействия между прикладными процессами, т.е. управление взаимодействием между открытыми системами.

4 нижний Транспортный Обеспечивает передачу массивов информации, закодированных любым стандартным способом; Отвечает за выбор соответствующего протокола, обеспечивающего требуемый уровень для следующих параметров качества сети: -пропускная способность сети; -надежность сети; -задержка передачи данных по сети; -приоритеты; -защита от ошибок; -мультиплексирование; -управление потоком; -обнаружение ошибок.

3 нижний Сетевой Обеспечивает маршрутизацию и коммутацию информации; Управляет потоками данных.

2 нижний Канальный (Уровень управления каналом)

Представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных (установление соединения, поддержание установленного соединения, разъединение установленного соединения). Обеспечивает: -синхронизацию по байтам (кодовым комбинациям); -разбиение потока информации, поступающего из физического уровня на сегменты (блоки), называемые кадром канального уровня; -формирование кадров канального уровня из протокольных единиц (для сетей с КП - это пакеты), поступающих из верхнего - сетевого уровня; -распознавание кадров (адресов станций), передаваемых между станциями компьютерных сетей; -возможность передачи информации любым кодом (прозрачности по кодам); -коррекции ошибок, возможных при передаче информации.

1 нижний Физический Обеспечивает непосредственную взаимосвязь со средой передачи. Определяет электрические и механические характеристики каналов. Определяет правила передачи каждого бита по физическому каналу. Определяет правила передачи каждого бита информации по физическому каналу, который может передавать несколько бит (одновременно, т.е. параллельно или последовательно).

166

Международные стандарты на аппаратные и программные средства LAN Для организации эффективного взаимодействия между разнотипными компьютерами в LAN МСЭ-Т разработан международный стандарт Х.200, в котором описана архитектура взаимодействия открытых систем. Х.200 предусматривает разбиение функций сложной системы, реализующей взаимодействие абонентских систем (терминального оборудования), на N простых функций, т.е. разбиение сложной системы на подсистемы.

Подсистемы одной системы связаны между собой через многоуровневые интерфейсы, а подсистемы разных систем - через протоколы N-го уровня. СправкаПомимо МСЭ-Т стандартизацией в области электросвязи занимаются:-ISO - International Organization for Standardization - Международная организация по стандартизации - МОС, которая разработала стандарт по взаимодействию компьютерных сетей под номером 7498; -ANSI - American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов - участник МОС; -ECMA - European Computer Manufactures Association - Европейская ассоциация производителей компьютеров. Стандарты OSI - Open System Interconnection - взаимодействие открытых систем; -IEEE - Institute of Tlectronic and Electrical Engineers - Институт инженеров по электронике и электротехнике . LAN-стандарты IEEE в настоящее время являются доминирующими для локальных сетей. LAN - Local-Area Network - локальная сеть - высокоскоростная компьютерная сеть, покрывающая небольшую площадь - до нескольких километров. LAN-стандарты определяют типы кабелей и сигналов на физическом и канальном уровнях. LAN-технологиями являются Ethernet, FDDI и Token Ring; -Госстандарт Российской Федерации - участник МОС;-EIA - Electronic Industries Association - Ассоциация электронной индустрии (промышленности), разработала всемирно-известный стандарт RS-232C, используемый в устройствах подключения к персональным компьютерам периферийных устройств.

Не всегда в стандартах рассматривается протокол, соответствующий определенному уровню. Часто в одном стандарте описываются протоколы, соответствующие нескольким уровням модели ISO. К таким стандартам относится, например, стандарт Х.25. Большинство стандартов, опубликованных разными организациями, дублируют друг друга. Например, стандарт МСЭ-Т V.24 и стандарт EIA RS-232C.

Стандарты протоколов физического уровня LAN

В этих стандартах, как правило, описываются принципы построения устройств преобразования сигналов (модемов) и межуровневых интерфейсов, описывающих, каким образом уровень 1 связывается со 2-м, предоставляя ему свои услуги. Наибольшее количество стандартов физического уровня и интерфейсов между канальным и физическим уровнями опубликовано МСЭ-Т. Некоторые из них: -V.21 - дуплексный модем со скоростью передачи 300бит/с используется в ТфОП;

167

-V.22 - дуплексный модем со скоростью передачи 1200бит/с, используется в ТфОП и выделенных каналах; -V.27 - модем со скоростью передачи 4800бит/с, используется в выделенных телефонных каналах. -V.24 (аналог разработанному EIA стандарту RS-232C) подключение к ПК периферийных устройств. Аналогом RS-232C и V.24 является также стандартХ.21, рассматривается в качестве физического уровня в Х.25 - интерфейс между компьютером и модемом.

Стандарты протоколов канального уровня LAN

Протокол HDLS. HDSL - High-Data-Rate Digital Subscriber Line - высокоскоростной абонентский цифровой канал - одна из 4-х DSL-технологий, на основе медной витой пары, обеспечивающая передачу двунаправленных потоков информации со скоростью 1,544мбит/с на расстояние до 3,7км), разработан ISO в 1973г., является базовым для целой группы протоколов канального уровня, используемых как в глобальных сетях, так и в ЛВС, а именно: Х.25 - процедура доступа к звену передачи данных - трехуровневый стандарт, разработан МСЭ-Т для сетей, использующих пакетную коммутацию. В LAN- это 1-ый, 2-ой и 3 нижние уровни модели. Стандарт протокола Х.75 аналогичен Х.25, имеет те же свойства, логические каналы, коммутируемые виртуальные каналы, некоторые управляющие пакеты. Х.75 размещается над Х.25 в сетевом уровне и содержит 1-й, 2-й, 3-й уровни. Архитектура нижних уровней ЛВС в сопоставлении с архитектурой эталонной модели ВОС (взаимодействия открытых систем)

Особенностью стандартов протоколов, разрабатываемых для LAN, является предложенная институтом IEEE архитектура нижних уровней LAN. Эта особенность заключается в том, что канальному уровню модели международной организации стандартизации ISO (МОС) соответствуют два подуровня модели IEEE-802, а именно:-LLC (Logical Link Control) - обеспечивает управление логическим каналом; -MAC (Medium Access Control) - определяет метод доступа к среде передачи.

Реализация в LAN уровней выше 2-го принципиальных отличий от глобальных сетей ВОС не имеет.

168

Модель ISO

Верхние уровни

Канальный уровень

Физический уровень

Физическая среда

Модель IEEE-802

Верхние уровни

LLC MAC

PHY

Физическая среда

MS

Сопоставительный анализ протокольных стеков (наборов протоколов сетевых архитектур)LAN

Протокольные стеки можно разбить на две группы: для глобальных сетей и для локальных сетей.Уровни эталонной модели ВОС

Стандарты МСЭ-Т Х.200

Стандарты МОС (ISO)

Стандарты TCP/IP

Прикладной Х.400 Х400 SMTP - Simple Mail Transfer Protocol - протокол электронной почты; TELNET - стандартный протокол виртуального терминала, используется для удаленного терминального соединения, что позволяет использовать ресурсы удаленных систем как через обычный терминал; FTR - File Transfer Protocol - протокол передачи данных между узлами сети; TFTR - Trivial File Transfer Protocol - простейший протокол передачи файлов (упрощенная версия FTR).

Представления Х.226 ISO 8823 SMTP, TELNET, FTR, TFTR - общие протоколы с протоколами прикладного уровня

Сеансовый Х.225 ISO 8327 TCP, UDP - общие протоколы с протоколами транспортного уровня.

Транспортный Х.224 ISO 8073 TCP - Transmission Control Protocol - протокол управления передачей, обеспечивает сервис надежной доставки информации между пользователями; UDP - User Datagram Protocol - пользовательский дейтаграммный протокол, обеспечивает негарантированную доставку пакетов без установления соединения между пользователями.

Сетевой Х.25, Х.75 Х.25, Х.75 IP - Internet Protocol - межсетевой протокол, обеспечивает доставку между узлами; IPng - Internet Protocol new (next) generation - межсетевой протокол нового поколения с усовершенствованной системой адресации.

Канальный LAPB - Link Access Procedure, Balanced - сбалансированная процедура доступа к каналу. Бит-ориентированный протокол из стека Х.25, который ведет свое начало от HDLS.

LAPB

Физический

169

Физический уровень и подуровень доступа к среде передачи как часть канального уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС) в LAN фирмы Novell реализуются с помощью стандарта протокола OLI - Open Link Interface, включающего драйверы для разных типов LAN, например: Ethernet,TokenRing и др. Протоколы, расположенные над OLI, выполняют следующие функции: -сетевой уровень обеспечивает дейтаграммный обмен пакетами (стандарт IPX - Internal Packet Exchange также, как и IP обеспечивает дейтаграммный обмен пакетами, но отличается от IP тем, что использует для адресации адреса сетевых контроллеров); -транспортный уровень гарантирует правильность передачи пакетов (стандарт SPX - Sequeced Packet Exchange).

Сетевые операционные системы LAN

Системные программные средства, управляющие процессами в LAN, объединенные общей архитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов, называются сетевыми операционными системами (сетевые ОС). Сетевые ОС обеспечивают эффективное решение задач распределенной обработки данных (т.е. обработки данных не в отдельном компьютере, а в нескольких компьютерах, объединенных в LAN или в глобальную вычислительную сеть). Сетевые ОС ограничены областью своего действия. Сетевые управляющие программы (супервизоры) поддерживают работу одной или нескольких взаимодействующих LAN. Если организована интерсеть (взаимодействуют несколько LAN), то сетевое программное обеспечение (сетевое ПО) реализуется также в шлюзах и мостах, связывающих эти сети, все сетевые объекты (рабочие станции, серверы), принадлежащие нескольким LAN, подчиняются общему адресному пространству.

Сетевые операционные системы поддерживают следующие функции:

-распределенное выполнение процессов; -взаимодействие выполняемых процессов; -обмен данными между процессорами; -доступ пользователей к общим ресурсам и другие функции.

Требования к сетевым операционным системам: 1. Единая системная архитектура. Понятие "системная архитектура" включает в себя: -распределение функций между узлами сети; -принципы построения коммуникационных протоколов; -методы выполнения отдаленных операций типа "клиент-сервер"; -структуру сетевой файловой сети; -уровни прозрачности доступа к сети; -принципы защиты данных; -свойства общесетевого адресного пространства (например, Интернет).

170

2. Обеспечение требуемого высокого качества прозрачности. Сетевая ОС должна обеспечивать для пользователей доступ к разнообразным сетевым ресурсам независимо от степени их распределенности, неоднородности и мобильности данных, программ и устройств. Высокий уровень прозрачности - это обеспечение прозрачности доступа, имен, физических устройств, сетевой среды и т.д. Сетевая ОС "охраняет" пользователей от всех различий, особенностей и физических параметров привязки процессов к обрабатываемым сетевым ресурсам. Например, пользователь, обращаясь к процессу печати конкретных данных, не заботится о том, где располагаются нужные ему данные и на каком физическом принтере они будут распечатаны. 3. Высокоуровневая и высоконадежная файловая система Файловая система, поддерживаемая сетевой ОС и входящая в ее состав, эффективно организует хранение информации общего пользования и обеспечивает одновременный доступ к ней многих пользователей. Высокоуровневость - это обеспечение доступа как к локальным файлам, расположенным на рабочих станциях, так и к данным, удаленным на разных уровнях, расположенным на серверах (справочник файлов, именованный блок, сегмент файла и др.). В сетевом режиме должны поддерживаться разные операции с файлами (возможность чтения, внесения, удаления, корректировки и т.д.). Протокол удаленного доступа и управления файлами обеспечивает все сетевые функции создания, обработки, передачи и защиты файлов. Файловая система - это центральный элемент сетевой операционной системы, который определяет производительность и надежность всей распределенной системы в целом.

Примеры сетевых операционных системФирма Название ОС ОписаниеNovell NetWare Различные версии ОС NetWare делятся на две группы:

-одноранговые ОС (децентрализованные ОС) - NetWare Lite и NetWare Personal. В ЛВС с одноранговыми ОС каждая станция может выполнять как функции сервера, так и рабочей станции. -операционные системы с выделенными серверами (распределенные ОС) - NetWare 2.2, NetWare 3.12 и NetWare 4,0. В ЛВС с выделенными серверами рабочие станции не разделяют свои информационные ресурсы, т.к. это функции только серверов. Файлы общего пользования хранятся в сервере. Винчестер на выделенном сервере обеспечивает сохранность и качество информации. Названные выше версии ОС обеспечивают работу сервера в режиме "файл-сервер" (хранение и распределение между рабочими станциями файлов).

Bell Laboratories, AT&T

UNIX UNIX занимает одно из центральных мест среди сетевых операционных систем - это многопользовательская, многозадачная ОС. Компьютер, работающий под управлением UNIX может одновременно решать несколько задач разных пользователей.UNIXWare в отличие от ОС NetWare обеспечивает не только использование сервера в режиме "файл-сервер" (ОС с выделенными серверами - 2-ая группа ОС), но и может выполнять прикладные программы пользователей ЛВС.

Microsoft Windows NT,

Microsoft BackQffice иMicrosoft Office

Разработаны 2 версии ОС Windows NT: Windows NT 3.51 и 4,0. Программные продукты предлагаются в виде двух наборов: -Microsoft BackQffice - для серверных продуктов. -Microsoft Qffice 97 - для рабочих станций прикладное ПО, предназначенное для автоматизации делопроизводства: -система управления базами данных ACCESS; -электронные таблицы EXEL; -текстовый редактор WORD.

IBM OS/2 AIX

Существуют несколько версий ОС OS/2

Аппаратные средства LAN

171

Высокоскоростной канал - это канал, у которого скорость передачи информации значительно выше, чем у устройств, включенных в LAN.

Устройства LAN: -компьютеры (рабочие станции и серверы); -сетевые устройства внешней памяти; -сетевые печатающие устройства; -копировальные устройства; -телефоны; -сканеры; -шлюзы, мосты и другие устройства.

Классификация LAN по назначению:

-сети терминального обслуживания; -сети управления деятельностью организаций и предприятий; -сети автоматизации проектирования; -распределенные сети.

Классификация методов доступа в LAN

Наибольшую известность в мире LAN получили: -ARCnet - Attached Resource Computer Network – LAN с маркерным доступом - маркерная шина, работает со скоростью - 2,5мбит/с, создана в начале 1980г.г. компанией Datapoint Corporation; -Ethernet и ее высокоскоростные версии: Fast-Ethernet и Gigabit-Ethernet. Работают со скоростями соответственно: 10,0мбит/с, 100,0мбит/с, 1,0гбит/с и имеют топологии: "шина" и "звезда". Разработаны впервые в 70-х годах компанией "Xerox", в 80-х годах совместно с компаниями "Digital Equipment" и "Intel" опубликовали спецификацию Ethernet - стандарт DIX, названный по первым буквам названия фирм. Этот стандарт описывает метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision - множественный доступ с контролем несущей частоты и обнаружением конфликтов). Сегодня многие фирмы производят оборудование LAN с использованием международного обобщенного стандарта - IEEE 802.3; -Token Ring - разработана компанией IBM, имеет кольцевую топологию, работает со скоростями 4,0 и 16,0мбит/с, подобна IEEE 802.5. Главное различие между этими схемами заключается в методах доступа к каналам передачи данных и скоростях передачи информации.

Методы доступа к среде передачи в LAN

Используемый в LAN метод доступа к среде передачи определяет производительность, надежность и эффективность применения физической среды передачи и ее пропускной способности. Среда передачи является общим ресурсом LAN для множества сетевых объектов, поэтому необходимо обеспечить правильный множественный доступ к среде каждого из них. Множественный доступ - это способ разделения времени общего канала между объектами сети (рабочими станциями и серверами).

172

Целью организации множественного доступа (использования скоростного канала) является минимизация затрат на дорогостоящие средства связи и обеспечение качественных характеристик сети (производительности, задержки передачи информации и др.). Основной проблемой систем с множественным доступом является одновременная передача от двух и более станций LAN, которая называется конфликтом. Существует множество алгоритмов, исключающих конфликты в LAN, которые и называются методами доступа. Основные достоинства бесконфликтных методов доступа: -обеспечение гарантированной доставки информации в условиях высокой загрузки каналов; -обеспечение времени задержки передачи информации (пакетов данных) в соответствие с верхним пределом. Гибридные методы являются комбинацией из вышеназванных методов доступа.

Технологии LAN

Технология Token Ring - это технология, использующая коаксиальный интерфейс, с кольцевой структурой LAN (одинарное маркерное кольцо). Кроме кольцевых сетей маркерный метод доступа используется в LAN с топологией типа "шина" (Token bus - маркерная шина). В ЛВС, соответствующих стандарту IEEE-802.5, в кольцевой схеме циркулирует служебный пакет (маркер) длиной 3 байта: -1-й байт - начальный разделитель (SD); -2-й байт - контроль доступа (AC) - оповещает станции LAN о возможности сформировать пакет данных и предать его смежной по кольцу станции. -3-й байт - конечный разделитель(ED). Если у станции имеется потребность в передаче информации, она, получив маркер, преобразует его в пакет данных, который имеет в заголовке поле контроля доступа, аналогичное по назначению полю маркера, и осуществляет передачу пакета следующей в кольце станции. В поле контроля доступа есть бит, который определяет признак занятости; Пакет распространяется по сети от станции к станции, пока не найдет своего адресата. Адаптер станции, обслуживающей адресата, устанавливает в принятом пакете определенные биты, являющиеся подтверждением того, что пакет доставлен адресату и ретранслирует этот пакет вновь в кольцо. Пакет продолжит перемещение по кольцу до передавшей его станции, которая, произведя проверку правильности доставки пакета адресату, уничтожает его и формирует новый свободный служебный пакет (маркер).

Формат пакета "данные" в сети Token Ring

Стартовая Адресныепоследовательность. данные Данные Признак конца пакета

SD - начальный разделитель; AC - контроль доступа (разрешение передать пакет);

173

SD AC FC DA EDFSC ED

SA DATA

FC - контроль пакета, определяет тип пакета и контрольный код подуровня доступа к среде передачи; DA - адрес назначения пакета; SA - адрес источника отправления пакета; FSC - остаток от деления на полином циклического кода 32 степени; ED - конечный (концевой) разделитель.

Технология FDDI(CDDI) - Fiber Distributed Data Interface (Coaxial Distributed Data Interface) - оптоволоконный (коаксиальный) интерфейс распределения данных соответствует стандарту IEEE-802.5 - Token Ring (коаксиальный интерфейс). Различие состоит в том, что: -используется волоконно-оптический кабель, позволяющий увеличить скорость передачи пакетов с 10,0мбит/с до 100,0мбит/с; -применяется двойное кольцо, что позволяет улучшить надежность сети; -в формате маркера содержится преамбула (8 байт), которая используется для синхронизации, маркер передается сразу после передачи пакета; -не используются приоритеты и резервирование ресурсов системы; -вводится понятие асинхронной и синхронной станции с определенными требованиями на интервалы времени между передачами сети. Технология Ethernet - спецификация широкополосной LAN (локальная скоростная компьютерная сеть) разработана Xerox Corporation, Стандарт на классическую Ethernet 10,0мбит/с IEEE 802.3 разработан в 1995г. Технология Fast Ethernet - скоростной Ethernet (стандарт IEEE 802.3U)Новый стандарт получил название IEEE 802.3U. Скорость передачи информации в Fast Ethernet 100,0мбит/с. Расстояние между концентратором и станцией (при использовании UTP-неэкранированной витой пары) – 100,0м. Это практически единственное, что осталось от классического Ethernet. В Fast Ethernet введено понятие домена конфликтов (коллизий), включающего в себя сетевые устройства и часть кабельной системы, ограниченной мостами, маршрутизаторами или коммутаторами. Устройства из одного домена (классическая Ethernet) могут порождать конфликты при обмене данными, а устройства, подключенные к разным доменам, конфликтов не порождают (Fast Ethernet).

В доменах конфликтов Fast Ethernet используются повторители, которые делятся на два класса: I и II (в зависимости от времени задержки передачи данных), причем внутри одного домена конфликтов могут находиться не более двух повторителей класса II или не более одного повторителя класса I.

Преобразующие повторители называются прозрачными (они соответствуют классу II), если используют только одну среду передачи, в связи с чем, время задержки минимальное.

Преобразующие повторители, работающие с несколькими средами передачи данных, производят дополнительное преобразование данных, поэтому время задержки увеличивается (повторители соответствуют лишь классу I).

Структура LAN на повторителях класса II (с использованием витой пары)Коммутатор Fast Ethernet

174

Домен конфликтов (коллизий) 1 Домен конфликтов 11

Максимальный диаметр сети Fast Ethernet (домена конфликтов) зависит от числа повторителей, их класса, и используемого кабеля:

Повторители витая пара витая пара +оптоволокно

оптоволокно (ВОК, или ВОЛС)

нет повторителей 100 - 412Один класса I 200 (100+100) 261 (100+161) 272 (136+136)Один класса II 200 309 320Два класса II 205 (100+5+100) 216 228

Технология Gigabit Ethernet (стандарт IEEE-802.3z)

Эта технология, разработанная в 1996г., обеспечивает скорость передачи информации между станциями LAN 1,0гбит/с. Предполагается, что устройства Gigabit Ethernet будут объединять сегменты сетей Fast Ethernet со скоростями 100,0мбит/с. Сетевые карты со скоростью 1,0гбит/с только разрабатываются и находятся в стадии испытаний. Стандарт Gigabit Ethernet - один из серьезнейших конкурентов развивающейся сегодня технологии АТМ.

Технологии АТМ и Frame Relay (в том числе и для LAN) см. в разделе "Цифровые телекоммуникационные сети".

175

IP-телефония (Internet-Protocol-телефония, или Интернет-телефония, или Web-телефония, или КТ - компьютерная телефония) - как развитие Интернет

Общие положения

IP-телефония - телематическая служба пакетных голосовых сообщений, которая относится к сфере телекоммуникационных услуг.

Такие службы как "Голосовая почта" и "Аудиоконференцсвязь" (3 и более участников) не относятся к IP-телефонии и являются нелицензируемыми самостоятельными службами.

IP-сеть представляет собой совокупность оборудования, узлов коммутации и каналов связи и строится по тому же принципу, что и Интернет, но к ней предъявляются особые требования по обеспечению качества передачи речевого трафика, в частности, ко времени задержки речевых пакетов в узлах коммутации.Для уменьшения задержки передачи пакетов сокращают число узлов коммутации, увеличивают число каналов и оптимизируют маршруты передачи сообщений.

Технология IP-телефонии была открыта израильской компанией VocalTek в 1995 году.IP-телефония сегодня обслуживает более 20 миллионов пользователей (абонентов) в сутки. Лидерами в этой области являются телекоммуникационные компании AT&T и British Telecom, заключившие контракт на создание глобальной IP-сети стоимостью свыше 10 миллиардов долларов, целью которого перевести весь трафик (речь и данные) междугородной и международной связи на IP-платформу. Кроме этих компаний активно работают в сфере IP-телефонии фирмы: Cisco Sistems, Nokia, Digi International, ECI Telecom и другие.

Доля доходов от услуг IP-телефонии в общих доходах телекоммуникационных компаний США и Европы

0,80%

0,05% 1997 2007 2010 годы

176

Сети IP-телефонии обеспечивают четыре основных видов связи: 1. Функциональная схема связи "телефон - телефон"

АТС АТС

ТА ТА

2.Функциональная схема связи " компьютер - телефон"

ПК ЛВС Маршрутизатор IP Транспортный шлюз IP АТС ТА

3.Функциональная схема связи "компьютер - компьютер"

ПК ЛВС Маршрутизаторы IP ЛВС ПК

4.Функциональная схема связи "Web-сайт - телефон"

ТА АТС Транспортный шлюз IP Хост Мультимедийный ПК

Пользователи IP-сети имеют значительные преимущества перед пользователями ТфОП:-возможность одновременной передачи речевых сообщений, данных и видео (пока на небольшие расстояния); -мобильность пользователя, без привязки к месту оказания услуг за счет распределенной архитектуры IP-сети и открытого интерфейса IP-сети (стандарт МСЭ-Т: ITU-Т H.232);

177

IP-сеть шлюз шлюз

Узлы коммутации и каналы ТфОП

IP-сеть

шлюз

IP-сеть

шлюз IP-сеть

шлюз

-более качественная и надежная передача речевых сообщений по сравнению с ТфОП (пока только на малых расстояниях);-низкие тарифы на основные (речевые) услуги IP-сети (по сравнению с ТфОП 50%) при передаче их на любые расстояния; -более низкие эксплуатационные расходы по сравнению с другими телекоммуникационными сетями (фиксированной и подвижной связи).

IP-технологии сегодня не находят широкого применения для создания выделенных мультимедийных корпоративных сетей связи, так как гарантировать высокое качество передачи речевого трафика по IP-сети (доставка речевых сообщений в пакетном виде вообще и без задержек и путаницы их при "сборке" в первоначальном порядке) никто не берет на себя ответственности.

Использование IP-технологий для передачи речевых сообщений в пакетном виде на большие расстояния требует создания IP-сети, а это требует таких же инвестиций (капиталовложений), что и на создание ТфОП, а также наличия лицензии, т.к. в РФ этот вид деятельности лицензируется.Таким образом, в ближайшее время технической революции в этой области не предвидится, тем более, что идеология XoIP - передача всех типов мультимедийного (речь, данные, видео) трафика по IP-сети сегодня не реализована в широком масштабе.

IPng - Internet Protocol new (next) generation - межсетевой протокол нового поколения с усовершенствованной системой адресации пока находится в стадии разработки.

IP-телефония и законодательство РФ

Услуги, оказываемые с помощью средств телекоммуникаций, подразделяются:

-базовые (basic services), т.е. основные: передача речевых сообщений без изменений в электрических сигналах, подлежат строгому регулированию;-расширенные (enhanced services), т.е. передаваемые с изменением формата, или в кодированном (или в любом другом) виде, или требующие диалога (интерактивного режима) для получения необходимой информации, являются предметом свободной конкуренции (например: Интернет-телефония, или IP-телефония, использующая пакетную коммутацию, т.е. с изменением формата сигналов, временным хранением информации, добавлением протокольной информации и т.д.).В Европейских странах в соответствии с решением специальной комиссии ЕЭС от 10.01.98г. услуги IP-телефонии не могут рассматриваться как голосовая телефония и поэтому переходят в "Свободную зону дерегулирования" и поэтому услуги IP-телефонии не должны лицензироваться.Федеральная комиссия по связи США - FCC детально изучила особенности IP-телефонии в рамках принятой в США классификации услуг связи, которая подразделяет все услуги связи на две группы:-базовые - услуги, непосредственно передаваемые по каналам связи;

178

-расширенные - услуги, передаваемые в измененном формате с помощью компьютерных приложений, изменяющих формат, содержание, код, протоколы и т.д. В США услуги IP-телефонии не классифицируются как базовые услуги телематических служб, подлежащих строгому регулированию, поэтому

не лицензируются и являются предметом свободной конкуренции.

Сжатие данных и подавление пауз, алгоритмы апроксимации, используемые при восстановлении потерянных на приеме пакетов данных, применяемые в сетях

IP-телефонии, приводят к изменению исходных данных явилось основанием для принятия в США такого решения, несмотря на то что аналогичные действия осуществляются и при передаче данных в пакетном режиме по телекоммуникационным сетям, в частности СПД - сетям передачи данных.

В России услуги IP-телефонии классифицируются как базовые услуги.

С 01.06.91г. IP-телефония была официально признана "телематической службой передачи речевой информации" и поэтому подлежат лицензированию, а оборудование IP-телефонии подлежит сертификации, т.к. предназначено для передачи речевых сообщений (документ 45.046-99, Минсвязи РФ 12.11.99г.).

Процесс передачи речевого сообщения в IP-сетях претерпевает несколько этапов преобразования:

-преобразование (компрессирование, квантование по уровням, кодирование) непрерывного (аналогового) сигнала в цифровую форму;-"разбиение" цифрового сигнала на пакеты, подавление шумов и пауз (компрессирование);-накопление пакетов данных в буфере (ЗУ - запоминающем устройстве);-передача данных в режиме виртуальных каналов или режиме динамической маршрутизации;-восстановление порядка пакетов данных (сортировка пакетов), апроксимация (восстановление) потерянных и искаженных пакетов данных на приеме;-восстановление (декомпрессирование, декодирование) речевого сигнала из цифровой формы в аналоговую форму - на приеме.

Таким образом, сама технология передачи речи по IP-сетям аналогична технологии передачи речи по телекоммуникационным сетям (например, по сетям передачи данных - СПД) и поэтому естественно, что исходный сигнал (претерпевая искажения, потери, задержки пакетов и т.д.) отличается от сигнала на приеме.

Базовым протоколом для функционирования систем IP-телефонии по рекомендации МСЭ-Т принят стандарт Н.323, обеспечивающий мультимедийную связь в сетях с коммутацией пакетов, в том числе в IP-сетях.Пользователи мультимедийных ПК, в которых установлено программное обеспечение, поддерживающее стандарт Н.323, могут использовать любые типы шлюзов для доступа к сетям IP-телефонии (Интернет).Шлюзы управляют маршрутизацией вызовов (между шлюзами) и перекодировкой номеров телефонов ТфОП, СПС и ССС в IP-адреса.

179

Стандарт Н.323 требует полосы пропускания 64,0кбит/с, что для многих пользователей ПК невозможно из-за отсутствия такой полосы пропускания в своих абонентских устройствах, в которых используются кодеки G.729, G.723, требующие полосу пропускания 8,0 и 5,3/6,3кбит/с.Кодек G.723 выбран компаниями Intel, Microsoft, Netsape и другими в качестве стандартного для своих систем IP-телефонии, при этом процессор ПК пользователя должен быть с достаточно большими вычислительными ресурсами, не ниже 100,0мГц (Pentium). Одна из разработок Dialgic - серия плат DM3 IPLink, обеспечивающих поддержание стандартных для IP-сетей функций (полномасштабный интерфейс с телекоммуникационными сетями, включая поддержку сигнализаций: R2; R1,5; ISDN; OKC7 - по специальному каналу), а именно стандарт ITU-T H.323.

Факсимильная связь в IP-телефонии опирается на два основных стандарта, рекомендованных МСЭ-Т:

-Т.37 обеспечивает передачу факсимильных сообщений с промежуточным хранением (факс-аппараты и факс-серверы на базе IP различных поставщиков могут взаимодействовать друг с другом) в виде вложений электронной почты;

-Т.38 обеспечивает передачу факсимильных сообщений в режиме реального времени посредством имитации соединения с факс-аппаратом или с помощью метода модуляции под названием Fax Reley.

Функциональная схема управления вызовами в IP-сети

Управляющий сервер Сервер адресов Управляющий сервер

ТА Управление вызовами

АТС АТС

ТА

Телефонный Маршрутизаторы Телефонный шлюз шлюз ПК

До настоящего времени вопрос выбора оптимальной архитектуры управления вызовами в IP-сетях окончательно не определен. Есть два варианта его решения:-интеграция с существующими службами Интернет; -управление вызовами не интегрируется со службами Интернет в целях управления вызовами в on-line режиме, что поддерживается Операторами связи, для которых IP-телефония - единственная предлагаемая услуга (вид деятельности).

180

шлюз

Транспортная IP-сеть

М

М

М

М

шлюз

Качественные показатели IP-телефонии

1. Качество передачи речевых сообщений-суммарная задержка не должна быть более 200,0мс (1-ый уровень), 400,0мс (2-ой уровень), 700,0мс (3-ий уровень в петле передачи, как правило, при передаче пакетов по каналам спутниковой связи);-разборчивость речевых сообщений;-диалог в реальном (on-line) режиме времени;-уровень громкости речевых сообщений. 2. Качество обмена сигнализацией-установление и завершение (отбой, разъединение) соединения;-многочастотный способ набора номера (DTMF - Dual Tone Multifrequency - двух тональный многочастотный набор).3. Качество шлюза-подавление эха;-управление маршрутизацией (DTMF relay - Dual-tone multifrequency reley - передача двухтонального многочастотного набора, т.е. механизм, с помощью которого локальный шлюз Voice over IP принимает набранные DTMF-цифры, а затем направляет их в несжатом виде пакетами RTP или H.245 по удаленному шлюзу Voice over IP, который регенерирует DTMF-цифры и предотвращает потерю цифр в результате их сжатия);-управление уровнем громкости речи;-устранение перегрузки;-пакетизация;-буфер для устранения джиттера (задержки между двумя последовательными пакетами), т.е. для сохранения пакетов данных до тех пор, пока все пакеты будут получены, отсортированы в нужной последовательности и готовы к дальнейшей передаче. 4. Качество IP-сети-задержка (время передачи пакета);-джиттер (Data Dependent Jitter - DDJ - разброс времени доставки пакетов, или задержка между двумя последовательными пакетами);-потеря пакета (или отдельных данных).

ДжиттерПри передаче речевых сообщений или/и данных, последние преобразуются в цифровую форму и пакетируются для последующей передачи их по IP-сети. Процедура пакетизации создает вероятность разброса времени доставки пакетов - джиттер, что приводит к специфическим нарушениям передачи сообщений, в частности, речи (слышатся треск и щелчки).Джиттер имеет три разновидности:-джиттер, зависит от данных (Data Dependent Jitter - DDJ) - происходит, например, в случае, если полоса пропускания ограничена;-искажение рабочего цикла;-случайный джиттер (Random Jitter RJ) - происходит из-за тепловых шумов.

181

Временные задержки (время между передачей фразы и ее приемом) в IP-сетях

0 150 250 300 450 600 700 мсЗадержка при Задержка при передаче Задерржка при передаче факсимилепередаче речи данных и речи и широковещательной передачечерез IP-сети через спутник

Высший, Высокий Средний НизкийMOS 4,-5,0 MOS 3,8-4,2 MOS 2,9-3,8 MOS 2,0-2,9

Уровни качества при передаче данных по IP-сети

MOS (Mean Opinion Score - метод общего мнения) дает субъективную пятибалльную четырехуровневую оценку качества передачи речи по IP-сети в соответствии с рекомендациями ITU P.800, P.830 ETSI - Европейского института телекоммуникационных стандартов, созданного Провайдерами Европы (ETSI - European Telecommunication Standаrds Institute), отчет TR101.329 дан совместно с ЕЭС. Потеря пакетовПотеря пакетов зависит от процедуры компрессии/декомпрессии сигналов. Если до 5% пакетов "потеряны", это не заметно, свыше 15 - 20% - это не допустимо. Наиболее вероятны потери одного, двух и трех пакетов, потери больших пачек пакетов маловероятны.

Процедура обработки речевых сообщений в сетях IP-телефонии

1. После оцифровки речевого сигнала "удаляется" эхо из динамика (телефона) в микрофон, затем - "комнатное" эхо и непрерывные фоновые шумы (например, шум приборов климатики, тепловые шумы, внешние шумы), затем отфильтровываются шумы переменного тока на низких частотах звукового спектра. Поскольку АТС и УК (узлы коммутации) ТфОП, а также УАТС (учрежденческие АТС) ведомственных телекоммуникационных сетей эффективно обеспечивают снижение и фильтрацию шумов, а также удаления эха, шлюзам IP-телефонии требуется выполнять незначительный объем этих процедур. 2. На передающем конце осуществляется подавление пауз в речи.3. Сжатие оцифрованного речевого сигнала с помощью цифровых сигнальных

процессоров.

В IP-телефонии используются 2 способа компрессии (сжатия) речевого сигнала:-GSM - с компрессией исходного сигнала 5:1;-True Speech (компания DSP) с компрессией 18:1 (коэффициент компрессии).

4. Пакетирование сжатого цифрового сигнала на короткие сегменты равной длины, нумерация пакетов по порядку, добавление заголовков и передача в сеть. Маршрутизаторы обрабатывают небольшие пакеты быстро и рассматривают все передаваемые по одному и тому же IP-адресу пакеты одного размера одинаково. В результате чего пакеты, проходят по одному маршруту и их не надо переупорядочивать.

182

5. На приемном конце главной целью является ликвидация переменной задержки, а также задержек пакетов. Решение этой проблемы осуществляется в буфере, в котором накапливаются пакеты.

Адресация в IP-сетях

Типы адресов:

1.Физический адрес - МАС-адрес - Media Access Control - управление доступом к передающей среде - стандартный адрес канального уровня (локальный адрес узла), который необходимо задавать для каждого порта или устройства, подключаемого к LAN (локальной компьютерной сети), определяемый технологией IP-сети, например: 12-А0-27-2D-ВС-02. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизованно.

Для всех существующих технологий IP-сетей и LAN МАС-адрес имеет формат 6 байт:

-младшие 3 байта назначаются самим производителем и являются уникальной частью МАС-адреса;-старшие 3 байта идентифицируют саму фирму-производителя.

2.Сетевой адрес - (IP-адрес) имеет формат 4 байта.

Например: 256.8.64.16. - в десятичном коде (системе счисления) или:11100000.00001000.01000000.00010000. - в двоичном коде (системе счисления)Этот адрес используется на сетевом уровне и назначается администратором системы при конфигурации компьютеров и маршрутизаторов.

IP-адрес состоит из 2-х частей: -номер сети, который назначается произвольно или по рекомендации NIC (Network Information Center - сетевой информационный центр), если IP-сеть должна работать как составная часть Интернет. Как правило, провайдеры Интернет получают диапозоны адресов у NIC, а затем назначают конкретные адреса своим абонентам. -номер узла, назначается независимо от локального адреса узла.Разделение IP-адреса на поле номера сети и поле номера узла гибкое, без четкой границы между ними, которая устанавливается в зависимости от класса IP-сети (см. ниже по тексту). Узел может обслуживать несколько IP-сетей, поэтому он должен иметь столькоIP-адресов, сколько IP-сетей (сетевых связей) он обслуживает.

Таким образом, IP-адрес характеризует не конкретный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Если IP-адрес начинается с "0" (первый бит) в двоичном коде, а номер сети занимает 1 байт и 3 байта - номер узла, то IP-сеть относится к классу "А" - эта IP- сеть больших размеров.

183

Сети класса "А" имеют номера в диапозоне от 1 до 126 (номер "0" не используется, а номер "127" - для специальных целей).Если IP-адрес начинается с "10" (первые 2 бита) в двоичном коде, то IP-сеть относится к классу "В" - эта IP-сеть средних размеров - с числом узлов 28 - 216, причем под номер сети и под номер узла отводится по 2 байта (по 16 битов). Если IP-адрес начинается с "110" (первые 3 бита) в двоичном коде, то IP-сеть относится к классу "С" - эта IP-сеть малых размеров - с числом узлов не более 28, причем под номер сети отводится 3 байта (24 бита), под номер узла - 1 байт. Если IP-адрес начинается с "1110" (первые 4 бита) в двоичном коде, то IP-адрес относится к классу "D", который представляет собой особый, групповой адрес - multicast. Пакет, с этими адресными данными должны получить все узлы, которым присвоен данный IP-адрес. Если IP-адрес начинается с "11110" (первые 5 бит) в двоичном коде, то IP-адрес относится к классу "Е", который зарезервирован для будущих применений.

Таблица диапазонов номеров IP-сетей

Класс IP-сети Наименьший IP-адрес Наибольший IP-адресА 01.0.0. 126.0.0.0.

В 128.0.0.0. 191.255.0.0.

С 192.0.1.0. 223.255.255.0.

D 224.0.0.0. 239.255.255.255.

Е 240.0.0.0. 247.255.255.255.

3.Символьный адрес (DNS - Dormain Name Sistem - служба доменных имен - DNS-имя - идентификатор-имя)Например, SERV2.INTEL.RU. или: ALEKC.MGTS.RU.Этот адрес используется на прикладном уровне, назначается администратором системы и состоит из нескольких имен: -имени сервера (ПК);-имени фирмы (любой);-имени домена.

Иерархическая система имен в IP-сетях

Иерархическую систему имен для идентификации узлов в Интернет поддерживает служба DNS (Domain Name System - система доменных имен), которая предназначена для автоматического поиска IP-адреса по имени (номеру) узла.Система имен доменов DNS необходима для того, чтобы компьютеры пользователей могли находить друг друга в IP-сетях.DNS служит для преобразования символьных имен в IP-адреса.

Протокол DNS является служебным несимметричным протоколом прикладного уровня, в котором задаются DNS-серверы и DNS-клиенты.DNS-серверы содержат базу данных символьных имен и IP-адресов, которая распределена по административным доменам Интернет.

184

Пользователи DNS-сервера знают IP-адрес своего административного домена и по протоколу IP запрашивают соответствующий ему IP-адрес.Если запрашиваемый IР-адрес хранится в базе данных DNS-сервера, последний посылает ответ пользователю, если нет - DNS-сервер направляет запрос в DNS-сервер другого домена, который обрабатывает этот запрос или транслирует его в следующий DNS-сервер и так до тех пор, пока не найдется сервер имен с нужными отображениями.Все DNS-серверы соединены между собой иерархически, т.е. в соответствии с иерархией доменов Интернет. База данных DNS имеет древовидную структуру, называемую доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены. Имена доменов уникальны, могут содержать до 63 символов и следуют международному стандарту ISO 3166. Для обозначения стран используются трех- и двухбуквенные аббревиатуры (например: Россия - ru), а для обозначения организаций трехбуквенные аббревиатуры:

-com - коммерческие;-edu - образовательные;-gov - правительственные;-org - некоммерческие;-net - телекоммуникационные, поддерживающие сети.

Для повышения надежности работы пользовательские (клиентские) компьютеры используют IP-адреса нескольких DNS-серверов.

Каждый хост в Интернет имеет уникальное полное доменное DNS-имя - FQDN - Fully Qualified Domain Name - полностью определенное доменное имя), т.е. полное имя системы, а не только имя ее узла, которое включает имена всех доменов по направлению от хоста к корню, например: mtu.mqts.ru. IP-адреса могут назначаться "вручную" администратором системы, как это рассмотрено выше, но это довольно неэффективная (утомительная) процедура, так как большинство пользователей не обладают необходимыми знаниями для конфигурации своих компьютеров в IP-сетях, в том числе Интернет и должны обращаться к администратору (высококвалифицированному специалисту) за помощью. Для автоматизации процесса назначения IP-адресов разработан протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protokol - протокол динамической настройки хоста), который предоставляет возможность и ручной работы по назначению адресов.

При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адрес из пула имеющихся без участия администратора системы, роль которого сводится лишь к назначению границы пула назначаемых адресов.

При автоматическом динамическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адреса на ограниченное время, что дает возможность их повторного использования другими компьютерами.

При удалении (выключении) или установки (включении) компьютера, являющегося клиентом DHCP IP-сети, присвоенный ему IP-адрес автоматически соответственно освобождается (или назначается).

185

Проблемы DHCP: -проблемы согласования динамической адресной базы DHCP с базой данных DNS, несмотря на реализацию некоторыми фирмами, например, службой Dyinamic DNS, протокола взаимодействия (стандарт не принят); -проблемы согласованного управления IP-сетью из-за динамичности присваиваемых клиентам IP-адресов; -централизованный способ назначения IP-адресов резко снижает надежность IP-сети, т.к. при техническом отказе DHCP-сервера (если он не дублирован вместе с пулом IP-адресов) все его клиенты не могут получать IP-адреса и другую информацию о конфигурации. Протокол LDAP - Lightweight Directory Access Protocol - упрощенный протокол доступа к каталогам - является стандартом доступа к службам сетевых каталогов (при статическом присвоении IP-адресов), а протокол DHCP используется для динамического присвоения IP-адресов.LDAP, как и DNS, - это служба каталогов в архитектуре клиент-сервер.Каталоги содержат разную информацию, в т.ч. и базу данных пересчета телефонных номеров (рекомендация Е.164) в IP-адреса для пользователей IP-сетей.

Функциональная схема взаимодействия серверов DHCR и LDAP

ПК пользователя Сервер DHCР Служба каталогов на базе сервера LDAP

TCP/IP

В процессе взаимодействия DHCР и LDAP серверов пользователь направляет запрос (нужный адрес и ресурс) в IР-сеть. Сервер DHCR автоматически присваивает клиенту LDAP (ПК пользователя, шлюз IР-телефонии) IP-адрес и предоставляют пользователю данные каталога LDAP. Сервер LDAP находит заданные ресурсы и автоматически соединяет ПК пользователя с узлом IP-сети. Если информация не найдена, сервер LDAP может назвать клиенту другой сервер LDAP, где необходимые данные могут быть.В настоящее время внедряется протокол IPv6, использующий более длинные IP-адреса (128 бит, или 16 байт), в которых младшие 4 байта должны содержать адрес предыдущей версии - IPv4 и быть совместимыми друг с другом.В IP-телефонии могут использоваться два варианта плана нумерации:-открытый (внутренний и международный);-частный в трех видах:-фиксированный;-переменный (может изменяться);-корпоративный (конфигурируется администратором корпоративной сети и зависит от определенных им префиксов - цифр доступа к другим сетям связи, включая ТфОП, АМТС и др.) IPv6 (также называемый IPng ''IP next generation'' - следующее поколение IP) является новой версией широко известного протокола IP (называемого также IPv4).

186

IP-сеть (Интернет)

Как и другие современные системы *BSD, FreeBSD включает эталонную реализацию IPv6 от KAME. Так что система FreeBSD поставляется со всем, что нужно для экспериментирования с IPv6. В начале 1990-х Операторы связи стали беспокоиться о быстро иссякающем адресном пространстве IPv4. Темпы развития Интернет создавали основные проблемы:

Нехватка адресов. Сегодня это не такая большая проблема, так как стали применяться адресные пространства для частных сетей (RFC1918) (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/24) и технология преобразования сетевых адресов (NAT - Network Address Translation).

Таблицы маршрутов становятся чересчур большими. Это всё ещё является проблемой сегодня.

IPv6 решает эти и многие другие вопросы: 128-битное адресное пространство. Другими словами, теоретически

доступны 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 адреса. Это означает плотность примерно в 6.67 * 10^27 адресов IPv6 на квадратный метр нашей планеты.

Маршрутизаторы будут хранить в своих таблицах только агрегированные адреса сетей, что уменьшает средний размер таблицы маршрутизации до 8192 записей.

Имеется также множество других полезных особенностей IPv6, таких, как: Автоматическая настройка адреса Групповые адреса (''один к нескольким из многих'') Обязательные адреса множественной рассылки IPsec (IP security - безопасный IP) Упрощённая структура заголовка Мобильный IP Механизмы преобразования IPv6-в-IPv4

Принципы построения и функционирования IP-сетей

Классификация IP-сетей

По способу связи оконечных устройств между собой IP-сети подразделяются: -выделенные IP-сети (связь между оконечными устройствами организуется по выделенным каналам: для речевых сообщений, как правило, арендуемых у Провайдеров - Операторов других сетей, в том числе по каналам ТфОП, при этом используются кроме протокола IP, и другие транспортные протоколы: АТМ, Frame Relay, Х.25, TCP/IP и др.); -интегрированные IP-сети (используется собственная Интернет, в которой устанавливается специальное оборудование, преобразующее речь в данные и наоборот, но если используется Интернет провайдеров, сети которых не рассчитаны на передачу информации в реальном масштабе времени, это не позволяет обеспечить качество услуг, в т.ч. и речи);-смешанные IP-сети.По своему масштабу IP-сети подразделяются: -международные IP-сети (не работают с конечными пользователями, обеспечивая только пропуск трафика между сетями и биллинг, строятся с использованием выделенных каналов связи);

187

-национальные IP-сети (строятся, как правило, национальными телекоммуникационными компаниями - Deutsche Telecom, France Telecom, Telecom Finland, Japan Telecom и др., с использованием имеющихся ресурсов, национальные IP-сети являются интегрированными сетями); -местные IP-сети (как правило, имеют один шлюз, подключенный к более крупным IP-сетям, или работают по выделенным каналам связи; фирмы, организующие местные сети называют ресселерами, т.к. они перепродают услуги других IP-сетей абонентам местной телефонной сети).

Субъекты IP-сетей:-Конечный пользователь IP-сети (IPEU) - пользователь, имеющий доступ в IP-

сеть. -Провайдер (Оператор cвязи) доступа к IP-сети (IPAP) - организация, обеспечивающая доступ пользователям к IP-сети или Интернет. -Провайдер IP-сети (IPNP) - организация-владелец IP-сети.-Провайдер - IP-телефонии (ITSP) - организация, обеспечивающая доступ к телекоммуникационным услугам через Интернет.-Провайдер информационных услуг (DSP - Directory Service Provider) - рганизация, обеспечивающая доступ к информационным базам данных адресов IP-сети;-Брокер - провайдер, обеспечивающий взаимодействие, межсетевой обмен между провайдерами IP услуг и Операторами (провайдерами) IP-сетей, включая урегулирование расчетов (например, CHSP - Clearing House Service Provider); Как правило, провайдеры не работают с абонентами IP-сетей, отдавая эти функции ресселерам, а сами предпочитают более эффективно развивать собственные IP-сети, обеспечивая качество услуг, пропуск трафика, технологии, биллинг и, как следствие, экономическую эффективность.

Иерархия сетей (организаций-поставщиков услуг) IP-телефонии:-сети первого уровня (первичные сети) - крупные международные узлы коммутации, обеспечивающие трафик IP-сетей в любую точку мира (например: "AT&T" - www.ap.att.com, "GRIC" - www.gric.com и др.);-сети второго уровня (вторичные сети) - IP-сети, в пределах одной страны, имеющие 1 - 2 выхода на узлы коммутации первого уровня для обеспечения международного трафика (например, "МТУ-информ": - www.mtu.ru и "Tario Tradinq": - www.tario.net - одни из самых первых телекоммуникационных компаний, оказывающие услуги IP-телефонии, в России); Сети второго уровня строятся, как правило, на оборудовании одного производителя по соображениям совместимости, единообразия и для удобства их эксплуатации. -организации-поставщики третьего уровня - дилеры, продают услуги IP-сетей.Платформы IP-телефонии компаний Dialogic, Cisco и Lucent, Nortel, Ericsson, Siemens наиболее популярны в мире. Эти компании поставляют высокопроизводительные, масштабируемые системы и наборы библиотек с открытым интерфейсом программирования, что дает возможность разрабатывать системы с учетом потребностей провайдеров. Кроме того, технологические решения, используемые этими компаниями, обладают возможностью интеграции, обеспечивая тем самым постепенную конвергенцию и

188

эволюционный переход к мультисервисным IP-сетям (кроме оказания традиционных услуг телефонной связи).

Услуги IP-телефонии:-речевые сообщения (телефон-телефон, телефон-компьютер, компьютер-компьютер, компьютер-телефон);-связь с любой точкой мира (стоимость разговора ниже, чем при использовании других сетей на расстояниях свыше 100 км, но качество связи не гарантировано, если не используются каналы междугородной и международной связи через шлюзы IP-сети)-подвижность (роуминг) пользователя (перспективная услуга);

Доходы от услуг IP-сетей

млн. дол.США 1800

1000

600

200

2001 2003 2006 2009 годы

Функциональная схема IP-телефона

IP-телефон - самостоятельное устройство, не требует подключения к абонентской телефонной линии ТфОП и других телефонных сетей, и для обмена речевыми сообщениями (в том числе междугородными и международными) использует каналы IP-сети или Интернет.IP-телефону присваивается номер IP-сети, который используется аналогично классическому телефону.

189

Персонал.цифровой помощник (PDA)

Голосов. интер-фейс (АЦП/ЦАП)

Монитор (не обяза-тельно)

ОЗУ ПЗУСерийный порт (не обяза-тельно)

Контрол-лер Ethernet

Приемопе-редатчик Ethernet

Клавиатур

Устройст-во управ-ления питанием

Генератор

Сетевой интерфейсЦентраль-ный ЧИП (Процес-сор) -(MSU, DSP обработка речи)

Логика интер-фейса пользо-вателя

Микрофон

Динамик

Данные услуг, синхрони-зация

Микротелеф. гарнитура (трубка)

10,0мбит/с 100,0мбит/ Ethernet

Производители IP-телефонов: Cisco, Avaya, Siemens, Alcatel.27.05.98г. по решению Минсвязи (в то время Госкомсвязи) России создана рабочая группа (CompTek - координатор, ОАО "Ростелеком", "Комстар – объединенные телесистемы", АСВТ, Комбеллга, Cisco Systems и другие), которой поручено разработать пакет документов, легализирующих IP-телефонию в РФ, что и было сделано. Сегодня Минсвязи России выдало десятки лицензий на право осуществлять деятельность по предоставлению IP-услуг.

Основная проблема - выбор фирмы-производителя оборудования для IP-сетей, так как сегодня оборудование (например, шлюзы для обеспечения взаимодействия IP-сетей и ТфОП) у разных фирм-производителей несовместимо между собой, несмотря на действующий стандарт ITU - Н.323, рекомендованный МСЭ-Т и принятый ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector - сектор стандартизации по телекоммуникациям Международного телекоммуникационного союза, основанного ООН для разработки международных стандартов и выделения частот для специальных потребностей) в 1996г. Это означает, разговор через два шлюза (на передаче и приеме) разных фирм-производителей невозможен. Многие Операторы сваязи небольших IP-сетей приобретают оборудование (в основном - шлюзы, а также: маршрутизаторы и другое) у таких известных компаний как: Cisco Systems (корпорация США) и VocalTek (Израиль - первый разработчик IP-сетей).В настоящее время основные производители систем для IP-сетей объединились в общественный комитет, основной задачей которого является разработка единого стандарта - iNOW! -для автоматической поддержки совместимости всех производимых шлюзов. С принятием стандарта iNOW! и только при условии значительно более низких тарифов IP-услуг на городские, междугородные и международные разговоры (не менее чем на 50,0%), возможен переход практически всего коммерческого речевого трафика в IP-сеть.

Перспектива развития телекоммуникационных и IP-сетей

"Скажи мне, - спросил своего учителя, греческого философа Анаксимена, юноша, - почему у тебя, умудренного знаниями и жизненным опытом, так много неясных вопросов?" Учитель начертил на земле один большой круг и один маленький и сказал:"Все, что за пределами этих кругов - неизвестность, и чем шире круг знаний, тем протяженнее его граница с неизвестностью, тем больше будет возникать неясных вопросов".

Классическая телефония с ее традиционными услугами - POTS (Plain Old Telephone Servce - услуги обычной телефонной сети) - это малый круг, большой круг - это IP-технологии, являющиеся результатом конвергенции (взаимопроникновения) телекоммуникационных и информационных услуг и технологий в условиях бурного роста трафика передачи данных (30% в год) по сравнению с ростом речевого трафика (3% в год).

190

Сейчас ежегодный прирост абонентов IP-сетей составляет менее 0,5%, в основном за счет Интернет (а именно, использование технологий IP, передачу речевой информации по сетям передачи данных - СПД, в псевдо режиме on-line ).

Эволюция развития телекоммуникационных услуг и услуг IP-сетейТелефонные Широкополосные Услуги IP Телефонные Широкополосные Услуги IPуслуги POTS услуги услуги POTS услуги

Ситуация сегодня Прогноз на будущееPOTS (Plain Old Telephone Servce) - обычная телефонная сетьPSTN (Public Switched Telephone Network) - коммутируемая телефонная сеть общего пользования - ТфОПPSN (Packet- Switched Network) - сеть с коммутацией пакетовPSDN (Packet- Switched Data Network) - сеть с коммутацией пакетов данных

В течение многих лет ТфОП и IP-сети будут развиваться и функционировать, взаимодействуя и дополняя друг друга.

Абонентский доступ к IP-сетям (Интернет - сетям)

Абонентский доступ к телекоммуникационным и IP-сетям организуется по физическим средам:-проводные (кабельные): ВОЛС (волоконно-оптические линии связи), коаксиальный кабель, медножильный кабель, медная витая пара;-беспроводные: спутниковая связь, сотовая мобильная связь, WLAN (WiFi), WMAN (WiMAX).

Абонентский доступ к IP-сетям по кабельным линиям связи организуется несколькими альтернативными вариантами:

1. Через аналоговые модемы (протокол V.90, скорость передачи 56кбит/с) по обычным, медным абонентским телефонным линиям связи (длина - до 3000,0м) через ТфОП - самый экономичный, простой и общедоступный способ

191

2. Через терминал N-ISDN (Narrowband Integrated Services Digital Network - узкополосная цифровая сеть с интеграцией обслуживания - У-ЦСИО. Стандарт ITU-T обеспечивает скорость передачи данных 64,0кбит/с по каждому из двух каналов типа "В" и 16,0кбит/с - по каналу типа "D", далее - через ТфОП).3. Через цифровые модемы, используя технологии xDSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия).

Используются четыре технологии хDSL:ADSL - Asymmetrik DSL - асимметричная цифровая абоненская линия (канал) на медной витой паре, длина - до 5488м, предназначена для передачи данных от сети к пользователю 1,5 - 9,0мбит/с, а в обратном направлении: 16,0 - 640кбит/с.HDSL - Hiqh-Data-Rate DSL - высокоскоростная абонентская цифровая линия (канал) на медной витой паре, длина - до 3658,5м, предназначена для предачи данных в обоих направлениях со скоростью 1,544мбит/с.SDSL - Single-line-Digital DSL - одиночная цифровая абонентская линия на одиночной медной витой паре (канал), длина - до 3048,8м, предназначена для передачи данных в обоих направлениях со скоростью 1,544мбит/сVDSL-Very-high-data-rate DSL - очень высокоскоростная одиночная абонентская линия (канал) на одиночной медной витой паре, длина - от 304,8м до 1372м, предназначена для передачи данных от сети к пользователю (направление основного трафика) 13,0 - 52,0мбит/с, в обратном направлении: 1,5 - 2,3мбит/с

4. Через модемы кабельного телевидения (КТВ).5. Через аппаратные средства беспроводной связи (беспроводная среда), в

том числе по спутниковой связи - особо перспективном способе доступа к IP-сетям для пользователей мобильной связи.

Сравнение скоростей передачи и приема данных по абонентским линиям (а.л.)

Технология а.л. Скорость передачи данных в направлении основного трафика (от сети к пользователю), кбит/с

скорость приема, кбит/с

Аналоговый модем 56,0 56,0ISDN 128,0 128,0ADSL 9000,0 640,0Кабельный модем 10000,0 768,0

Анализ технологий, используемых для организации доступа пользователей к IP-сетям, показывает, что наиболее перспективными являются цифровые технологии:

-организация доступа к IP-сетям с применением ADSL-технологий,-организация доступа к IP-сетям через кабельные модемы.

Функциональная схема ADSL-модема

вход

192

Передатчик

Разделение высокоскорост-ного канала на низкоскоростные каналы

Контроль ошибок

вход

выход

Телефонный канал тоновой частоты

В отличие от кабельных модемов и волоконно-оптических линий применение ADSL технологий на действующих медных кабелях позволяет легко демонтировать аппаратуру при расторжении договора на предоставление доступа к IP-сети через ADSL-модем. При этом обычная телефонная связь не нарушается, так как функционировала параллельно с доступом к IP-сети.

Функциональная схема доступа к IP-сети через ADSL-модем

1,5 - 8,0мбит/с 16,0 - 640кбит/с

DSLАМ (Digital subseriber line access multiplexer) - мультиплексор доступа от пользователя к ЛВС, объединяет цифровые потоки данных от нескольких абонентских линий (каналов) для передачи объединенного цифрового потока в локально-вычислительную сеть (ЛВС), а затем в IP-сеть. Сеть кабельного телевидения (КТВ) дает возможность передачи больших потоков данных с большими скоростями (по сравнению с аналоговыми линиями абонентского доступа).

193

Приемник

Цифровой сигнальный процессор (ЦСП)

Разделение каналов с частотным разделениемЭхокомпенсация

Телефонный разделитель

Объединение низкоскоростных каналов

Контроль ошибок

IP-сеть

ПК

ТВприемник

ADSL модемDSLАМ

В 1949г. американский ученый в области математической теории в телекоммуникациях Е. Шеннон вывел формулу для определения информационной емкости канала:

C = W · log2(1 + PS/Pn)бит/сгде:C -скорость передачи данных (бит/с)W -ширина полосы частот (Гц)PS -мощность сигнала (Вт)Pn - мощность шума (Вт)

Скорости передачи данных для разных соотношений сигнал/шумОтношение сигнал/шум, дБ

Отношение сигнал/шум PS/Pn

Ширина полосы частот, кГц

Максимальная скорость передачи данных - теоретическая, кбит/с

Максимальная скорость передачи данных - практическая, кбит/с

30 - обычный дуплексный телефонный канал

1,023 4,0 35,0 33,4

50 - канал ТВ (стандарт D - 8,0мГц) прямой: от сети к пользователю

104,000 8000,0 133 000,0 30 000,0

15 - канал ТВ, обратный: от пользователя к сети

31,000 8000,0 40 000,0 10 000,0

Из таблицы расчета скоростей (1-я строка) видно, что обычный телефонный канал с включенным в него телефонным модемом практически достиг своего максимального ресурса по скорости передачи данных в аналоговых телефонных сетях и дальнейшее совершенствование модема для аналоговых сетей не даст существенных результатов.

Поскольку конфигурация кабельных ТВ-сетей проектировалась как широковещательная, т.е. для работы только в прямом направлении (от сети к пользователям), соотношение полезный сигнал/шум в обратном направлении (от пользователя к сети) практически в три раза выше, чем в прямом направлении. Поэтому и скорости по обратному ТВ-каналу также в три раза ниже, чем в прямом направлении (2-я, 3-я строки таблицы), но почти в 1000 раз выше максимальной скорости по аналоговой телефонной сети. И это оправдано на практике, т.к. требуемые скорости и объемы передаваемых данных от ПК пользователей в сторону сети, как правило, значительно ниже, чем от сети к пользователю (особенно при работе в Интернет), необходимо только контролировать количество одновременно работающих в прямом направлении передачи данных (от сети к пользователю) модемов.В России установлен ГОСТ 28324-89 для модема, работающего в двухстороннем режиме в кабельных ТВ-сетях.

Кабельные модемы являются устройствами двухстороннего действия и подразделяются:

-модемы с симметричной схемой,-модемы с асимметричной схемой.

194

Работа кабельных модемов, используемых для доступа ПК пользователя к компьютерным сетям (LAN, Интернет, сети IP-телефонии) требует значительных скоростей передачи данных в обоих направлениях, а следовательно использования модемов с симметричной схемой, обеспечивающих равные скорости передачи в обоих направлениях передачи (10,0мбит/с - скорости, используемые в технологии Etehernet ЛВС, которая с помощью адаптера, встроенного в модем сети Ethernet и модем ПК пользователя).В симметричных схемах кабельных модемов устанавливаются довольно мощные (до 50,0Вт) передатчики в абонентских устройствах, что приводит к неблагоприятному электромагнитному влиянию на людей и оборудование, а также интерференционным помехам.Защита от этих влияний приводит к значительному увеличению габаритов абонентских устройств и их стоимости.

В кабельных ТВ - сетях применяется традиционное частотное разделение каналов (амплитудная модуляция сигналов изображения) и сетка каналов - сплошная (без защитных частотных интервалов как в телефонной сети).

Одним из способов реализации симметричности схем модемов для работы в IP-сетях является разнесение трактов приема и передачи с помощью несущих частот. Однако и такое решение не реализует задачу в полной мере максимально использовать ширину полосы частот из-за интерференционных помех. Для борьбы с интерференционными помехами применяется суммирование (объединение) отдельных каналов и образование групповых стволов, что в значительной степени отражается на ширине полосы частот в целом.В Японии и США уже сегодня наблюдается перегрузка кабельных ТВ-сетей и производители оборудования сейчас активно работают над адаптацией дорогостоящих широкополосных систем применительно к использованию их для доступа пользователей к IP-сетям. России эта проблема в ближайшие годы не грозит, поэтому производители кабельных модемов в ближайшие годы будут отдавать предпочтение асимметричной схеме доступа в Интернет и IP-сетям, как наименее дорогой, быстро внедряемой (кабельная ТВ - сеть уже давно существует) и наиболее надежной.

Время и расстояние передачи файлов объемом 10,0мбит через модемы различных типов

Тип модема Скорость передачи данных, кбит/с

Время передачи файла 10,0мбайт

Расстояние без доп. устр-в, км

Обычный 9,6 2,3час не ограниченоОбычный 14,4 1,5час не ограничено

195

Обычный 28,8 46,0мин не ограниченоОбычный 56,0 24,0мин не ограниченоISDN (цена комплекта: абонент-станция 2,-3,0тыс. долл. США)

128,0 1 0,0мин 6,0

Кабельный 4000,0 20,0с до 35,0 - 40,0 (коаксиальный кабель)

Кабельный 10000,0 8,0с до 100,0 (ВОЛС)

В США 97% домов оснащены кабельными ТВ - сетями, в России - не более 10%. В США около 75% рынка кабельных модемов приходится на пользователей, обращающихся в Интернет (IP-сети), в 1998г. эта цифра составляла 90%.Сегодня в США около 6,0млн. человек регулярно пользуются доступом в IP-сети, в 1998г. - 400,0тыс. человек.

Функциональная схема доступа в IP-сеть (Интернет) через сетькабельного ТВ

196

ТфопWord Wide Web-W W W (Интернет),

сеть IP-телефонии

Станция кабельного телевидения (СКТВ)

Гибридная кабельная сеть - магистральная, до 100км в длину Распределенная (локальная) кабельная сеть (ТВ-приемники, ПК...) .

.Телевизионный приемник

World Wide Web - W W W -" всемирная паутина" (Internet - международная сеть) - крупная компьютерная сеть, предоставляющая пользователям ПК доступ к информационным ресурсам, находящимся в электронном (цифровом) виде в W W W -серверах Провайдеров (Операторов связи).

Сеть кабельного ТВ (КТВ) представляет собой систему из следующих элементов:-станции КТВ;-кабельной магистрали (кабельной линии связи), соединяющей локальную кабельную сеть (например, кабельную сеть ТВ здания, офиса) со станцией КТВ через специальные устройства - отводы (О/Е);-оконечного оборудования пользователя, принимающего информационные сообщения КТВ (ПК, телевизоры и др.).

197

исход. сигнал цифровые цифровые нисход. сигнал 5,0-42,0мГц ТВ-каналы ТВ-каналы 54,0-750,0мГц

СКТВ (сеть кабельного ТВ)

Сервер удаленного доступа

Маршрутизатор или базовый транспортный адаптер

Кабельный модем станции

Сетевое окончание

Модулятор Модулятор

Общее канальное оборудование

Общее канальное оборудование

Тх Rx

Кабельный модемпользователя

ПК пользо-вателя

О/Е -отвод (ввод/вывод

Локальный сервер доступа

ТВ

modem (модем - модулятор/демодулятор) - устройство, преобразует (демодулирует) информацию (полезные сведения), которая передается по каналам (линиям) связи в цифровом виде, в аналоговую форму (непрерывный периодический сигнал), которая пригодна для передачи по обычным телефонным линиям и наоборот: преобразует (модулирует) аналоговый сигнал в его цифровой эквивалент. Скорость, с которой модем передает данные, измеряется в единицах, называемых bit - бит -Binary digit - двоичное число: "1" - токовый импульс, "0" - бестоковый импульс; 8 битов – один "октет", один байт. Кабельные модемы пользователя размещаются между кабельной сетью (локальной, а также магистральной) и ПК пользователя, выполняют следующие функции:

-модема - преобразователя информации (из аналогового - непрерывного вида в цифровые данные и наоборот);-маршрутизатора;-сетевого адаптера;-концентратора LAN (например, Ethernet, которая обеспечивает передачу цифровых данных внутри LAN - локальной компьютерной сети - со скоростью 10,0мбит/с);

При прямой передаче информации в цифровом виде, т.е. от станции кабельного ТВ к абонентскому устройству (например, ПК) пользователя, цифровые данные сначала преобразуются (демодулируются) в аналоговую форму, затем модулируются и передаются по стандартному ТВ каналу (6,0-8,0мГц). Такой сигнал передается вместе с другими сигналами ТВ и не мешает телепередачам.Обратный сигнал, т.е. от кабельного модема пользователя к станции сигнал передавать значительно сложнее. Это объясняется тем, что в обычной - дуплексной кабельной сети обратный сигнал может передаваться в диапозоне от 5,0 до 40,0мГц, который подвержен большим импульсным помехам - шумам - от местных бытовых приборов (неэкранированные соединители, плохие контакты в соединениях и т.д.). Из-за этих проблем производители обычно используют в обратном канале более "медленные" модемы, имеющие более помехозащищенный вид модуляции. Подключение модема к ПК пользователя осуществляется различными способами, самый распространенный из них - технология Ethernet (скорости: 10,0 или 100,0мбит/с).В этом случае модем имеет встроенный адаптер Ethernet, который подключается к LAN или ПК.

В ПК также должен быть установлен адаптер Ethernet и программное обеспечение, поддерживающее протокол TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol - протокол управления передачей / Интернет-протокол, ориентирован на надежную дуплексную передачу данных, разработан Минобороны США 1970-е годы для международной сети).Установка кабельного модема внутри ПК пользователя было бы идеальным вариантом, однако, требует набора плат всех существующих платформ, что не реально.

198

Архитектура сети кабельного ТВ, используемая для организации доступа к IP-сетям

Архитектура сетей кабельного ТВ, применяемая для организации доступа в Интернет и в сети IP-телефонии, может быть:

-симметричная;-асимметричная.

При использовании симметричных схем информационные сообщения в прямом направлении (от сети - к пользователю) и обратном направлении (от пользователя к сети) передаются по одному и тому же кабелю. Для разделения прямого и обратного сигнала, их необходимо передавать в разных диапазонах частот.

Недостатки симметричной архитектуры:-неэффективное использование диапозона частот при передаче информации в обратном направлении;-сложные и дорогие схемы систем с симметричной архитектурой;-передача информации в прямом направлении сильно влияет на информацию, передаваемую в обратном направлении;-оборудование маршрутизации и системы безопасности являются внешними элементами системы.

Преимущества асимметричной архитектуры:-возможность применения беспроводного доступа к IP-сетям (например, в прямом направлении передачи - от сети к пользователю, так как передачу информации в обратном направлении можно организовать по телефонному каналу или каналу ISDN (Narrowband Integrated Services Digital Network - узкополосная цифровая сеть интегрированного обслуживания - У-ЦСИО. Стандарт ITU-T обеспечивает скорость передачи данных 64,0кбит/с по каждому из двух каналов "В" и 16,0кбит/с - по каналу "D");-возможность организации канала с минимальной разницей скоростей передачи информации в прямом и обратном направлениях;-возможность использования существующего стандартного оборудования для передачи данных от станции к пользователю (!);-простота организации и низкая стоимость доступа к IP-сетям, т.к. используются действующие сети кабельного ТВ и телефонные сети (!);-возможность использования разных скоростей и способов передачи информации в прямом и обратном направлениях;-надежность систем с асимметричной архитектурой и простота их настройки;

Использование кабельных модемов позволяет легко увеличивать количество абонентов (пользователей), а особенно эффективно в случаях, когда передача цифровой информации в прямом и обратном направлениях организована по разным каналам, даже если эти каналы непригодны для передачи видеосигналов.

Основные пользователи кабельных модемов для доступа в IP:-служащие с так называемым домашним офисом;-"надомники", рекламные агенты, диспетчеры, продавцы сетевого

маркетинга;-персонал офисов, небольших фирм, НИИ, т.д.;-преподаватели, студенты, учащиеся школ, колледжей и т.д.;

199

-посетители "Интернет-кафе";-физические лица, имеющие дома ПК;

-и др.

Кабельные модемы или цифровые абонентские линии (DSL)

DSL - xDSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия). Открытая цифровая технология, обеспечивающая высокую скорость передачи данных на ограниченные расстояния по обычному медножильному телефонному кабелю. Используются четыре технологии хDSL:

ADSL (Asymmetrik DSL - асимметричная цифровая абонентская линия) на медной витой паре, длина - до 5488м, предназначена для передачи данных от сети к пользователю 1,5 - 9,0мбит/с, а в обратном направлении -

16,0 - 640кбит/с. HDSL (Hiqh-Data-Rate DSL - высокоскоростная абонентская цифровая

линия) на медной витой паре, длина - до 3658,5м, предназначена для передачи данных в обоих направлениях со скоростью 1,544мбит/с.

SDSL (Single-line-Digital DSL - одиночная цифровая абонентская линия) на одиночной медной витой паре, длина - до 3048,8м, предназначена для передачи данных в обоих направлениях со скоростью 1,544мбит/с.

VDSL (Very-high-data-rate DSL - очень высокоскоростная одиночная абонентская линия) на одиночной медной витой паре, длина - от 304,8м до 1372,0м, технология предназначена для передачи данных в направлении от сети к пользователю (направление основного трафика) со скоростью 13,0 - 52,0мбит/с., в обратном направлении - 1,5 - 2,3мбит/с.

Все вышеназванные технологии (типы каналов) основаны на модемных парах:-один модем размещается в здании АТС (в Центре коммутации),-второй модем размещается на узле, расположенном на территории клиента.

Так как практически все типы технологий (каналов) хDSL не используют всю полосу пропускания витой пары, остается место и для речевого канала. DSLАМ (Digital subseriber line access multiplexer) - мультиплексор доступа со стороны цифровых абонентских линий. Мультиплексор объединяет цифровые потоки нескольких абонентских линий путем мультиплексирования DSL-потоков (DSL- трафика) и передачи объединенного цифрового потока в сеть.С 2003 года львиная доля международного рынка услуг, оказываемых по широкополосному абонентскому доступу, приходится на кабельные модемы. Технология с использованием кабельных модемов опережает долю рынка модемов для цифровых абонентских линий (DSL) в среднем в 3,0 раза (в США - в 5 раз). При этом, среднегодовые темпы роста количества кабельных модемов составляют 100% (в США - 120%).Ближайший конкурент кабельным модемам - UDSL (Universal ADSL , или G.lite - универсальная асимметричная цифровая абонентская линия), который через несколько лет охватит более 55,0% рынка услуг абонентского DSL-доступа.Сегодня в мире наблюдается замедление развития услуг DSL, что объясняется существенным снижением темпов прироста прибыли от реализации услуг сетей

200

передачи данных (СПД) и, как следствие, отсутствием заинтересованности телефонных компаний в развертывании цифровых абонентских линий.Для компаний - Операторов кабельного телевидения - наоборот: доступ к сетям IP-телефонии, Интернет, удаленный доступ к локальным компьютерным сетям является дополнительным и значительным источником доходов и не затрагивает сегодня их интересов. В то же время на корпоративном рынке услуг телекоммуникационных компаний технологии DSL будут опережать кабельные модемы.

Сравнение технологий абонентского доступаТехнология Скорость Расстояние Характеристика

доступаАналоговые модемы 56,0кбит/с

56,0кбит/с (в прямом направлении - от сети к пользователю)28,8кбит/с или 33,6кбит/с. (в обратном направлении передачи)

не ограничено электронная почта, доступ к ЛВС, доступ к IP-сетям

ISDN 128,0кбит/с (полный дуплекс) 6,0км доступ к IP-сетям,доступ к ЛВС

кабельные модемы 10,0 - 30,0мбит/с (в прямом направлении - от сети к пользователю)128,0 - 10,0мбит/с. (в обратном направлении) - с разделяемой полосой пропускания

35,0 - 40,0км по коаксиальному кабелю (при использовании дополнительного оборудования - до 250км.)

доступ к IP-сетям

ADSL 1,5 - 8,0мбит/с. (в прямом направлении - от сети к пользователю)16,0 - 640,0кбит/с. (в обратном направлении)

4,0км (от 4,1 до 6,0км - скорость передачи данных снижается)

доступ к IP-сетям,доступ к ЛВС

HDSL 1,544мбит/с. (полный дуплекс Т1)2,048мбит/с. (полный дуплекс Е1)используются 2-3 пары проводов

5,0км доступ к IP-сетям,доступ к ЛВС

SDSL 1,544мбит/с. (полный дуплекс Т1)2,048мбит/с. (полный дуплекс Е1)используется одна пара проводов медной витой пары

3,0км доступ к IP-сетям,доступ к ЛВС

VDSL 13,0 - 52,0мбит/с. (в прямом направлении - от сети к пользователю)1,5 - 2,3мбит/с. (в обратном направлении)

0,3 - 1,5км доступ к IP-сетям,доступ к ЛВС

В перспективе технологии DSL будут значительно опережать технологии с использованием кабельных модемов. Это объясняется, прежде всего тем, что на корпоративном рынке услуг преобладают услуги телекоммуникационных компаний. В Западных странах, в том числе США, Канаде, Японии, а также в России конфигурация большинства кабельных ТВ - сетей проектировалась широковещательной, т.е. функционирующей в одностороннем - прямом направлении передачи ТВ сигнала (от станции к пользователю). Существующие ТВ - сети построены с использованием, как правило, коаксиальных кабелей. Наибольшая часть затрат, связанных с внедрением двухсторонних DSL - технологий, приходится не столько на замену однонаправленных усилителей

201

двунаправленными, сколько на замену коаксиальных кабелей волоконно-оптическими линиями связи - ВОЛС. Однако в России количество внедренных широковещательных ТВ - сетей настолько незначительно, что затраты телекоммуникационных компаний на внедрение двухсторонних DSL - технологий практически будут только на новое, без модернизации, строительство кабельных сетей.Прогноз для России пока не утешительный, так как новое дорогостоящее строительство требует больших инвестиций, и оптический кабель придет во все жилые дома не ранее, чем через 25-30 лет.

Структура спроса пользователей на различные виды услуг кабельных ТВ - сетей

Виды услуг % Пользователей услугами ТВ

Основной пакет ТВ - каналов 27,0Дополнительный пакет ТВ - каналов (зарубежные, коммерческие телеканалы, цифровое ТВ) 40,0Доступ в Интернет и IP-сети: -дистанционное обучение 14,0 -телефонная связь 5,0 -видеоигры 11,0 -охранная, пожарная сигнализации 12,0 -информационные базы данных, биржевые сводки, рекламная Информация, форумы и другие средства общения

40,0

-электронная почта 20,0 -заказ и покупка товаров, услуг 12,0

Рынок CSP (Content Service Provider - Провайдеры специализированных услуг). CSP обеспечивают доступ пользователей к следующим видам услуг:

-узкоспециализированным;-коммерческим информационным базам данных;-СМИ в электронном виде.

Основные доходы Провайдеры специализированных услуг получают не от трафика, а по-прежнему от продажи рекламного пространства, а также от баннеров - интерактивных рекламных объявлений на своих web-узлах (web-сайтах) и web-узлах (web-сайтах) партнеров. Соотношение между предоставлением пользователям бесплатного и оплачиваемого доступа к информационным ресурсам Интернет (по оценкам маркетинговых компаний) составляет примерно 50:50.Использование спутниковых каналов связи и радиомодемов для абонентского доступа в Интернет (IP-сети)

Спутниковый канал - мечта любой компании в регионах, расположенных более 100км от крупных городов России. Однако для большинства физических лиц и фирм малого и среднего бизнеса удовольствие иметь спутниковую телефонную связь останется на многие годы не возможным, так как капитальные затраты на оборудование для передачи потока 2,048мбит/с. составят около 50,0тыс. долл. США, ежемесячная плата за поток 256,0кбит/с - около 15,0тыс. долл. США. Полномасштабное внедрение спутниковой технологии Iridium (международный проект, по которому более 60 низкоорбитальных спутников связи будет

202

обеспечивать пользователей всеми видами телекоммуникационных услуг по доступным тарифам) пока не обеспечено.

Радиомодемы работают в неустойчивом режиме из-за топографических особенностей местности, скорость передачи данных до 2,048мбит/с.

Высокоскоростной доступ в ИнтернетОператоры беспроводной связи предоставляют широкополосный доступ в Интернет по выделенному радиоканалу с гарантированной симметричной скоростью передачи данных до 10,0мбит/с. Частотный диапазон для сетей 5,25-5,35гГц - свободен от помех, что обеспечивает абонентам высокое качество и надежность связи. Разветвленная транспортная инфраструктура и инфраструктура базовых трансиверных станций сети в Москве, Подмосковье и Санкт-Петербурге позволяет оперативно подключать Интернет. Инвестиции в организацию беспроводного доступа в Интернет небольшие и могут быть сохранены при смене офиса, склада, производственной площадки, так как используемое оборудование можно перенести и оперативно подключить на новом объекте. Беспроводная pre-WiMAX (WMAN) технология позволяет в зависимости от потребностей абонента быстро менять услуги и их качественные характеристики, например, краткосрочно увеличивать ширину канала для проведения видеоконференций. При подключении абонентов используется радиооборудование, например, Revolution 5000 имеющее цифровой интерфейс для соединения с локальной сетью или компьютером в сети Ethernet 10,0мбит/с или Fast Ethernet 100,0мбит/с. Оборудование передается в пользование на весь срок действия договора и не требует со стороны абонента дополнительных затрат на его приобретение.

Сети подвижной связи - СПС. Сети сотовой связи – ССС.

6 марта 1983 года был выпущен первый в мире коммерческий портативный сотовый телефон. В этот день компания Motorola представила мобильный телефон DynaTAC 8000X - результат 15 лет разработок, на которые было потрачено более $100,0млн. Телефон весил 794 грамма и имел размеры 33,0 x 4,4 x 8,9 см. Заряда аккумуляторов первого мобильного телефона со светодиодным дисплеем хватало на 8 часов работы в режиме ожидания или одного часа разговоров. Телефон был первым сертифицирован для коммерческого использования Федеральной комиссией по связи США. В розницу новинка стоила баснословные деньги - $3.995.

203

Несмотря на высокую цену, сама идея быть всегда на связи настолько воодушевила пользователей, что в очередь на покупку DynaTAC 8000X записывались тысячи американцев. Изобретатель сотового телефона, Мартин Купер, вошел в список "100 гениев современности". Он занял 67 позицию в списке, сообщает E-News. Купер, которому сейчас 80 лет, является президентом ArrayComm в Сан-Хосе (Калифорния). Несмотря на солидный возраст и внушительную седину, он с мальчишеской увлеченностью следит за электронными новинками, скептически оценивает перспективы ряда направлений в развитии масштабных инфраструктур и сервисов мобильной связи, с присущими ему трудолюбием и умением руководит новым направлением развития мобильных коммуникаций: ему принадлежит жесткая фраза-приговор "3G is dead" (в русской транскрипции: "3 джи ис дед" – "3 джи – мертв").

Сети сотовой связи (ССС)Сотовая радиосвязь - это технология, разработанная для увеличения пропускной способности мобильных радиотелефонных услуг. Ранее системы радиотелефонной связи могли обслуживать до 25 каналов и имели радиус действия около 80,0км.

Принцип организации сетей сотовой связи

Одна из первых сетей подвижной связи - сеть стандарта AMPS - Advanced Mobile Phone System - усовершенствованная система мобильного телефона (радиотеелефонной связи) организована в США (Чикаго) в 1983г.

AMPS является доминирующим стандартом в США и Канаде, кроме того, сети, построенные по этой технологии, организованы на Ближнем Востоке и в Европе. Особенности сетей сотовой связи:- В сотовых системах связи для уплотнения применяется схема пространственного разделения - SDM - Space Division Multiplexing - уплотнение с пространственным разделением (каналов).- Размеры ячейки (соты) составляют от нескольких десятков метров - внутри зданий, нескольких сотен метров - в городах, до нескольких десятков километров - в сельской местности.- Используется множество маломощных передатчиков (100,0Вт и ниже);- Зоны действия системы сотовой связи разбиваются на соты (ячейки);- Обслуживание каждой ячейки (соты) осуществляется антенной BTS –

Base Transceiver Station - базовой трансиверной станции. - BTS состоит из трансиверов (приемопередатчиков) и антенн,

управляющих радиоинтерфейсом мобильной станции MS (мобильного телефона, мобильного устройства, мобильного терминала).

- Работой одной или нескольких BTS управляет контроллер - BSC - Binare Synchronous Comunication - двоичный синхронный обмен данными - символьно-ориентированный протокол канального уровня для полудуплексных приложений (канальный уровень эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМ ВОС, или модель ISO - модель международной организации стандартизации). BSC представляет собой управление телекоммуникационными каналами с помощью стандартного набора управляющих символов и их

204

последовательностей в двоичном коде для синхронной передачи между BTS. Комбинация функций базовой трансиверной станции BTS и контроллера BSC называется BSS - Base Station (Sub)system - (Под) система базовой станции.

Функции радиопередачи BTS-станций и BSC-контроллеров в глобальной системе мобильной связи - GSM - Global System for Mobile Comunikation: - Выделение каждой соте (ячейке) своей полосы частот, обслуживаемой базовой трансиверной станцией BTS, состоящей из антенны, передатчика, приемника и модуля управления.- Возможность использования в сотах (ячейках), находящихся на большом расстоянии друг от друга, одинаковой полосы частот.- Из двух возможных форм ячеек - квадратной или шестиугольной принятагеометрическая форма каждой ячейки - шестиугольная - сота (гексогональная схема), что обусловлено равенством расстояний между смежными антеннами BTS (d = √3R). На практике точную шестиугольную структуру соты выполнить невозможно, что обусловлено топографическими и местными условиями распространения сигнала.- Каждой соте выделяется 10-50 (до 60) частот, в зависимости от планируемой нагрузки (трафика). - Применяется многократное использование одной и той же частоты в сотах (ячейках), расположенных недалеко друг от друга, для нескольких одновременных сеансов связи. - Нельзя неограниченно использовать одну и ту же частоту для разных сообщений из-за возможного интерферирования (наложения) сигналов, даже, если географически эти сигналы разнесены.

Почему поставщики систем для сотовых сетей подвижной связи устанавливают множество дорогостоящих базовых трансиверных станций BTS в каждой стране, а не используют мощные передатчики с огромными ячейками (зонами покрытия), как это имеет место при установке радиостанций? - Причина в том, что системы сотовой связи с маленькими ячейками обладают более высокой пропускной способностью, меньшей мощностью передачи антенны базовой станции BTS, малыми локальными помехами и, следовательно, устойчивостью к повреждениям на больших территориях, т.к. зона покрытия антенны базовой станции BTS небольшая.

.

.Стандарты аналоговых сетей сотовой связи

- NMT 450 и NMT 900 - Nordic Mobile Telephone – мобильный телефон северных стран, диапазоны 450,0мГц и 900,0мГц соответственно - используется в Скандинавии и во многих других странах, известен также как "скандинавский стандарт". Третий по распространенности среди аналоговых стандартов мира стандарт NMT 450 является одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй: цифровой стандарт - GSM 900);

205

Во всех аналоговых сетях сотовой связи применяются частотная модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления (сигнализации - signaling). Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов - FDMA - Frequency Division Multiple Access, с полосами частот (шириной канала) в различных стандартах от 12,5кГц до 30,0кГц. Это - основной недостаток аналоговых систем и, как следствие, малая емкость, в связи с недостаточно рациональным использованием выделенной полосы частот при частотном разделении каналов. Аналоговые системы сетей сотовой связи AMPS - первого поколения - 1G

AMPS - Advanced Mobile Phone Systems - усовершенствованная система мобильной телефонной связи относится к аналоговым системам сетей сотовой связи первого поколения 1G. В США для AMPS выделены две полосы частот по 25,0мГц для каждого из направлений. Каждая полоса с целью создания конкуренции разделена на две полосы (для двух Операторов связи) по 12,5мГц в каждом направлении. Полоса частот в 30,0кГц представляет собой канал. Всего каждому Оператору связи предоставляется (12 500,0кГц: 30,0кГц) = 416 каналов: 21 канал - для управления со скоростью передачи данных 10,0кГц и 395 каналов - для обмена пользовательской информацией. Такое количество каналов не достаточно, необходимо внедрять многократное использование частоты в системе.

Параметры AMPS - усовершенствованной системе мобильной связиПолоса частот для передачи сигналов от базовой станции BTS к мобильной станции MS (нисходящая - обратная - линия связи), мГц

869,0 - 894,0

Полоса частот для передачи сигналов от мобильных станций MS к базовой станции BTS (исходящая - прямая - линия связи), мГц

824,0 - 849,0

Полоса частот между прямым и обратным каналами, мГц

45,0

Ширина канала, кГц 30,0Число информационных полнодуплексных каналов 395 + 395 = 790Число полнодуплексных каналов управления 21 + 21 = 42 Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт 3,0Радиус ячейки, км 2,0 - 20,0Модуляция в информационном канале частотная (ЧМ), с радиусом

отклонения 12,0кГцМодуляция в канале управления частотная (ЧМ), с радиусом

отклонения 8,0кГцСкорость передачи данных, кбит/с 10,0 – упр. инф-я, 1,2 - данныеКоды защиты от ошибок БХЧ (48, 36, 5) и (40, 28, 5)Каналы управления в AMPS - в усовершенствованной системе мобильной связи Структура кадра нисходящего (обратного) канала управления (RCC - reverse control channel)

48бит 240бит 240бит

Тактовая синхро-низация

Синхро-низация слов

Цифро-вой код цвета

Слово

Слово

Слово

Слово

Слово

. . . Слово n

Слово n

Слово n

Слово n

Слово n

206

1 1 1 1 1

30бит 11бит 7бит 36бит - пользовательские данные+12бит - контрольные разряды, всего 48 бит сообщение

Тактовая синхронизация состоит из 30-ти битовой последовательности:

010101010101010101010101010101 (чередование 0 и 1)Cинхронизация слов состоит из 11-ти битовой последовательности:

11100010010Цифровой код цвета (DCC - digital color code) состоит из 7 бит. Скорость передачи данных с учетом всех служебных сигналов - несколько сотен битов в секунду.

Структура кадра исходящего (прямого) канала управления в AMPS 21бит 400бит

Тактовая синхронизация

Синхро-низация слов

Слово А

Слово В

Слово А

Слово В

Слово А

Слово В

Слово А

Слово В

Слово А

Слово В

10бит 11бит 40бит - каждое слово, всего 400 бит

Структура кадра начинается с 10-битовой последовательности тактовой синхронизации и 11-битовой последовательности синхронизации слов.Каждый кадр состоит из двух слов данных.Каждое слово закодировано с помощью кода БХЧ (Боуза-Чоудхури-Хоквенгема) и состоит из 28 битов данных и 12 контрольных битов - всего 40 битов. Каждое слово повторяется 5 раз - для обеспечения надежности. В каждый десятый бит кадра вводится бит "занято" / "свободно" (свободен или занят обратный канал - RCC). Всего в кадре: (21бит + 400бит) : 10 = 42бит "занято" / "свободно". Общий объем кадра равен: 10бит + 11бит + 42бит + 400бит = 463бит. Скорость передачи данных (за вычетом служебных сигналов) составляет 1,2кбит/с при скорости передачи служебных сигналов 10,0кбит/с.Управляющую информацию можно передавать по речевым каналам одновременно с разговором. При этом мобильная станция MS или базовая станция BTS могут вставлять пакеты данных (служебной информации), прекращая передачу речи на 100,0мс и, заменяя его частотно манипулированным (FSK -Frequency-Shift Keying) срочным сообщением (например, связанным с резким изменением уровня мощности или переключением канала при перемещении пользователя из одной зоны, ячейки в другую). Аналоговые системы сотовой связи спроектированы, прежде всего, для передачи речевых сообщений по беспроводным информационным каналам с частотной модуляцией (ЧМ - FM - Frequency Modulation). Передача цифровых данных возможна только с использованием модема, который преобразует их в аналоговую форму!

В аналоговых сотовых сетях связи первого поколения 1G каждый канал в одной и той же ячейке на момент передачи информационного (речевого,

207

данных) сигнала может быть предоставлен только одному пользователю.

Основные характеристики аналоговых систем первого поколения - 1G. Наименование характеристик AMPS NMT 450

1. Полоса частот, мГц-от мобильных станций (исходящий поток) 825,0 – 845,0 453,0 – 457,5-от базовой станции (нисходящий поток) 870,0 – 890,0 463,0 – 467,52. Радиус ячейки, км 2,0 – 20,0 1,0 – 40,03. Скорость передачи, кбит/с 10,0 - упр. сигнал 1,2

1,2 - данные

Цифровые системы сетей сотовой связи второго поколения 2G

Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировался широким внедрением цифровой техники в телекоммуникации, разработкой сверхминиатюрных (на основе нанотехнологий) интегральных схем для цифровой обработки сигналов.В США и Канаде аналоговые системы беспроводной связи стандарта AMPS получили столь широкое распространение, что прямая замена его цифровыми системами оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать функционирование аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Работа над соответствующим стандартом закончена в 1992 г. и стандарт получил наименование D-AMPS, или IS-54 (IS - сокращение от Intermediate Standard - промежуточный стандарт, или Intermediate Svstem - промежуточная система, в контексте телекоммуникаций - служебный элемент - In-Service - обладает полной функциональностью). Его практическое использование началось в 1993г. В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем. Выходом из проблемы стала разработка единого общеевропейского стандарта GSM: GSM 900 - диапазон 900,0мГц. GSM 900 использует 124 полнодуплексных канала, обеспечивает полный международный роуминг, автоматическое определение местонахождения, контроль доступа, кодирование в беспроводных каналах связи, эффективное взаимодействие с системами цифровых сетей с интеграцией услуг - ISDN и хорошее качество звука. Практическое применение стандарта GSM 900 началось в 1991г.

Еще один вариант цифрового стандарта, по техническим характеристикам аналогичный D-AMPS, был разработан в Японии в 1993 г.; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. - PDC - Personal Digital Cellular - буквально "персональная цифровая сотовая связь". Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления (сигнализации). Цифровая версия AMPS: D-AMPS сохранила структуру каналов управления аналогового AMPS, что ограничивает возможности системы. Новые чисто цифровые каналы управления введены в версии EDGE (GSM/EDGE), или промежуточный стандарт IS-136, которая начала внедряться с 1996г. При этом

208

была сохранена совместимость IS-136 с AMPS и D-AMPS (IS-54), расширены функциональные возможности системы. Стандарт GSM 1800 с новым частотным диапазоном 1800,0мГц получил название: системы персональной связи. Отличие GSM 1800 от исходной системы GSM 900 не столько техническое, сколько маркетинговое при технической поддержке: - более широкая рабочая полоса частот в сочетании с меньшими размерами

ячеек (сот) позволяет строить сотовые сети связи значительно большей емкости, при этом расчет был на систему мобильной связи с компактными, удобными и не дорогими мобильными станциями MS.

Новая система сначала получила название DCS 1800 - Digital Cellular System - цифровая сотовая система. Первоначально использовалось также наименование PCN - Personal Communications Network, что в переводе означает "сеть персональной связи". Система PCN внедрена в 1993 г., а в 1996 г. переименована в GSM 1800. В США диапазон 1800,0мГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900,0мГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи - PCS - Personal Communications Systems, в отличие от диапазона 1800,0мГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапозона стандарта PCS версии IS-136 началось в США в 1995г. Работа в этом диапазоне была предусмотрена стандартом D-AMPS (IS-136). Аналогового стандарта AMPS в диапазоне 1900,0мГц нет.

Состав оборудования мобильной станции MS:Самая простая часть функциональной схемы мобильной станции MS состоит: - МЕ - Mobile Equipment - мобильное устройство (оборудование).- Модуля (смарт-карты) - SIM - Subscriber Identity Module - модуль

идентификации абонента (подписчика), получаемой при заключении договора с Оператором сети сотовой связи.

- Как автомобиль имеет уникальный номер кузова, так и сотовый телефон имеет собственный номер - IMEI - International Mobile Equipment Identity - международный идентификатор мобильного устройства, который может передаваться сети по ее запросу.

- SIM, в свою очередь, содержит IMSI - International Mobile Subscriber Identity - международный идентификационный номер (идентификатор) абонента (подписчика).

Разница между идентификаторами IMEI и IMSI:- IMEI - соответствует конкретной мобильной станции MS ( оборудования). - IMSI - соответствует конкретному абоненту ( абонента)."Центральной системой" сети GSM является - NSS - Network and Switching Subsystem - подсистема сети и коммутации. Элемент сети, выполняющий функции "мозга", называется MSC - Mobile services Switching Center - центр коммутации мобильных служб. MSC иногда называют коммутатором. Центров мобильной коммутации MSC в сети GSM может быть несколько. MSC занимается маршрутизацией вызовов, формированием данных для биллинга (расчетов), управляет многими процедурами и т.д. Следующими по важности элементами сети, также входящими в NSS:- HLR - Home Location Register - регистр собственных абонентов.

209

- VLR - Visitor Location Register - регистр визитеров (гостей). Регистр HLR содержит базу данных всех "собственных" абонентов, заключивших с Оператором данной сети сотовой связи договор. В базе данных хранится информация об идентификаторе IMSI пользователей, идентификаторе MS ISDN - Mobile Subscriber ISDN - мобильный телефон цифровой сети с интеграцией услуг, перечень доступных MS услуг и др. В отличие от регистра HLR, который в системе один, регистров VLR может быть несколько и каждый из них контролирует свою часть сети. В регистре VLR содержатся данные обо всех мобильных станциях MS, которые находятся на его территории (причем обслуживаются не только свои абоненты, но и зарегистрированные в сети гости, или роумеры). Как только пользователь покидает зону действия одного VLR, информация о нем копируется в новый регистр VLR, а из старого информация удаляется.

Принципиальное отличие регистров HLR от VLR: - в HLR расположена информация обо всех абонентах сети, независимо от их

местоположения, - в VLR данные только о тех абонентах, которые находятся на подведомственной

этому регистру VLR территории. В регистре HLR для каждого абонента постоянно присутствует ссылка на тот регистр VLR, который с этим абонентом сейчас работает. При этом сам регистр VLR может принадлежать сети другого Оператора связи, расположенной, например, на другом конце Земли.

Исполнительной частью сотовой сети, является BSS - Base Station Subsystem - подсистема базовых станций. BSS состоит из нескольких BSC - Base Station Controller - контроллер базовых станций, а также нескольких BTS - Base Transceiver Station - базовая трансиверная станция. Каждый контроллер BSC контролирует целую группу базовых трансиверных станций BTS и отвечает за управление и распределение каналов, уровень мощности базовых станций и т.д. Обычно BSC в сети не один, а целое множество (базовых станций - сотни).Управляется и координируется работа сети с помощью OMC -Operation andMeintenance Centre - центр эксплуатации и обслуживания.

Регистрация в сети сотовой связи.При каждом включении мобильной станции MS после выбора сети начинается процедура регистрации. Наиболее общий случай - регистрация не в "домашней", а в "гостевой", сети и услуга роуминга абоненту разрешена.Мобильная станция MS передает идентификационный номер IMSI абонента в VLR гостевой сети.Идентификатор IMSI начинается с кода страны (первые три цифры), далее следуют две или три цифры, определяющие домашнюю сеть, а затем - уникальный номер конкретного абонента. По номеру IMSI регистр VLR гостевой сети определяет домашнюю сеть и связывается с ее регистрами HLR. Из регистра HLR передается информация об абоненте в регистр VLR, который делает запрос, а у себя размещает ссылку на этот регистр VLR, чтобы в случае необходимости знать, "где искать" абонента.

Процесс определения подлинности абонента:

210

При регистрации центр аутентификации AuC домашней сети генерирует 128-битовое случайное число - RAND - Random number - случайное число, пересылаемое в мобильную станцию MS пользователя. Внутри SIM с помощью ключа Ki (ключ идентификации, который содержится в SIM) и алгоритма идентификации вычисляется 32-битовый ответ - SRES - Signed RESult по формуле:

SRES = K i · RAND Точно такие же вычисления проделываются одновременно и в центре аутентиикации AuC (по выбранному из регистра HLR ключу Ki пользователя). Если SRES мобильной станции пользователя совпадет со SRES, рассчитанным ценром аутентификации AuC, процесс авторизации считается успешным. Абоненту присваивается TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity - врéменная идентификация (идентификатор) мобильного абонента (подписчика). Временная идентификация мобильного абонента TMSI служит исключительно для повышения безопасности взаимодействия абонента с сетью. TMSI может периодически меняться (в том числе, смена регистра VLR при переходе MS в другую локальную зону местонахождения - LA).Теоретически, при регистрации должен передаваться и идентификационный номер MS - оборудования мобильной станции - IMEI, но российские Операторы связи практически не обеспечивают отслеживание идентификатора IMEI мобильных станций. При получении идентификатора IMEI сетью, он направляется в регистр EIR, где сравнивается с так называемыми "списками" номеров: - "Белый" список содержит номера санкционированных к использованию

мобильных телефонов. - "Черный" список состоит из идентификаторов IMEI, украденных или по какой-

либо иной причине не допущенных к эксплуатации мобильных станций MS. - "Серый" список - "MS с "проблемами", работа которых разрешается системой,

но за которыми ведется постоянное наблюдение.После процедуры идентификации и взаимодействия гостевого регистра VLR с домашним регистром HLR запускается счетчик времени, задающий момент перерегистрации в случае отсутствия каких-либо сеансов связи. Обычно период обязательной регистрации составляет несколько часов. Перерегистрация необходима для того, чтобы сеть получила подтверждение, что телефон по-прежнему находится в зоне ее действия. В режиме ожидания мобильная станция MS только отслеживает сигналы, передаваемые сетью, но сама ничего не излучает - процесс передачи начинается только в случае установления соединения. При значительных перемещениях относительно сети таймер, отсчитывающий время до следующей перерегистрации, запускается заново. Поэтому при "выходе" MS из сети (например, был отключен аккумулятор, или владелец аппарата зашел в метро, не выключив телефон) система об этом не узнает.Все пользователи случайным образом разбиваются на 10 равноправных классов доступа (с номерами от 0 до 9). Кроме того, существует несколько специальных классов с номерами с 11 по 15 (разного рода аварийные и экстренные службы, служебный персонал сети и др.). Информация о классе доступа хранится в SIM.

211

Особый, 10 класс доступа, позволяет совершать экстренные звонки (по номеру "112"), если пользователь не принадлежит к какому-либо разрешенному классу, или вообще не имеет идентификатор IMSI (а, следовательно, SIM-карту). В случае чрезвычайных ситуаций или перегрузки сети некоторым классам может быть на время закрыт доступ в сеть.Территориальное деление сети и handover (переключение каналов).Сеть состоит из множества BTS - базовых трансиверных станций (одна BTS - одна "сота", ячейка). Для упрощения функционирования системы и снижения служебного трафика BTS объединяют в группы - домены, получившие название LA - Location Area -зона местонахождения. Каждой зоне мостонахождения LA соответствует свой идентификатор LAI - Location Area Identity - идентификация зоны местонахождения. Один регистр VLR может контролировать несколько зон местонахождения LA. Идентификатор зон местонахождения LAI размещается в VLR для задания местоположения мобильной станции MS. В случае необходимости именно в соответствующей зоне местонахождения LA, а не в отдельной соте, производится поиск мобильной станции MS пользователя. При перемещении MS из одной соты в другую в пределах одной зоны LA перерегистрация и изменение записей в VLR / HLR не производится, но стоит мобильной станции MS перейти на территорию другой зоны LA, начнется взаимодействие мобильной станции MS с сетью. Каждому пользователю приходилось слышать периодические помехи в музыкальной системе своего автомобиля от находящегося в режиме ожидания мобильного телефона - часто это является следствием проводимой перерегистрации при пересечении границ зон местонахождения LA. При смене зоны местоположения LA идентификатор прежней зоны стирается из регистра VLR и заменяется новым идентификатором LAI, если же следующий LA контролируется другим регистром VLR, произойдет смена регистра VLR и обновление записи в регистре HLR.Разбиение сети на зоны местонахождения LA довольно сложная инженерная задача, решаемая при построении каждой сети индивидуально. Очень малые зоны LA приведут к частым перерегистрациям мобильных станций MS и, как следствие, к возрастанию трафика служебных сигналов и более быстрой разрядке батарей мобильных телефонов. Если сделать зоны местонахождения LA большими, то, в случае необходимости установления соединения с мобильной станцией пользователя, сигнал вызова придется направлять всем базовым трансиверным станциям во все соты, входящие в зону расположения LA, что также ведет к неоправданному росту передачи служебной информации и перегрузке служебных каналов сети.

Алгоритм "handover" - переключение используемого канала на канал, находящийся в другой зоне местонахождения LA в процессе соединения.Во время разговора по мобильному телефону вследствие ряда причин (удалениеMS от базовой станции BTS, многолучевая интерференция, перемещение MS в зону так называемой "тени" и т.п.) мощность (и, следовательно, качество) сигнала может ухудшиться. В этом случае произойдет переключение соединение на другой канал с лучшим качеством сигнала без прерывания текущего соединения (ни сам абонент, ни его собеседник, как правило, не замечают произошедшего handover).

212

Handover разделяют на четыре типа: - смена каналов в пределах одной базовой трансиверной станции BTS; - смена канала одной базовой станции на канал другой базовой станции, но

находящейся под контролем того же контроллера BSC; - переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными

подсистемами базовых станций - BSC, но одним центр коммутации мобильной связи MSC;

- переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC, но и разные MSC.

В общем случае, проведение переключение каналов - handover - задача MSC. Но в двух первых случаях, называемых внутренними handover, чтобы снизить нагрузку на MSC и служебные линии связи, процессом смены каналов управляет BSC, а MSC лишь информирует о происшедшем. Во время разговора мобильная станция MS постоянно контролирует уровень сигнала от соседних BTS (список каналов - до 16), за которыми необходимо вести наблюдение и измерение мощности излучения. На основании этих измерений выбираются шесть лучших каналов, данные о которых постоянно (не реже раза в секунду) передаются в контроллер BSC и центр коммутации мобильных связей MSC для организации возможного переключения. Существуют две основные схемы переключения каналов - handover:- "Режим наименьших переключений" - Minimum acceptable performance. В этом случае, при ухудшении качества связи мобильный телефон повышает мощность своего передатчика до тех пор, пока это возможно. Если, несмотря на повышение уровня сигнала, связь не улучшается (или мощность достигла максимума), то происходит переключение каналов - handover.- "Энергосберегающий режим" - Power budget. При этом мощность передатчика мобильного телефона остается неизменной, а в случае ухудшения качества меняется канал связи (режим handover).Инициировать смену каналов может не только мобильная станция MS, но и центр коммцтации мобильных служб MSC, например, для лучшего распределения трафика.

Маршрутизация вызовов в сетях сотовой связиПри поступлении запроса на установление соединения, например, от телефонной сети общего пользования (ТфОП) или другой сотовой сети связи в MSC - центр коммутации мобильной связи (мобильных служб) домашней сети, каторый "находит" нужный MSC по идентификатору мобильной станции IMEI, содержащий код страны и код сети.Взаимодействие основных элементов сети при поступлении входящего вызова.MSC передает в регистр HLR номер (мобильной станции MS цифровой сети с

213

интеграцией услуг - ISDN) пользователя. Регистр HLR, в свою очередь, обращается с запросом к регистру VLR гостевой сети, в которой находится этот пользователь. VLR выделяет один из имеющихся в его распоряжении MSRN - Mobile Station Roaming Number - номер роуминга мобильной станции. Идеология назначения кода роуминга мобильной станции MSRN аналогична динамическому присвоению адресов IP при коммутируемом доступе в Интернет через модем. Регистр HLR "домашней" сети получает от регистра VLR присвоенный мобильной станции номер роуминга MSRN и, сопроводив его адресом IMSI пользователя, передает в центр коммутации MSC домашней сети. Заключительной стадией установления соединения является направление вызова, сопровождаемого идентификационными номерами (идентификаторами) IMSI и MSRN, в центр коммутации MSC гостевой сети.

MSC формирует специальный сигнал, передаваемый по PAGCH - PAGer CHannel - канал вызова - по всей зоне местонахождения LA, где находится мобильная станция MS вызываемого пользователя.Рассмотренные выше сотовые системы GSM имеют ограниченное число каналов, что создает проблемы в мегаполисах: часто приходится ждать уменьшения нагрузки системы. Малая скорость передачи данных (9,6кбит/с) не позволяет передавать большие файлы данных и предоставлять широкополосные услуги (видео). Возможности роуминга также не безграничны, т.к. США и Япония развивают свои, несовместимые с GSM, цифровые системы беспроводной связи в тех же частотных диапозонах, что и GSM (1800мГц). Но дни GSM не сочтены, и появление систем беспроводной связи третьего поколения 3G, олицетворяющих начало новой эры в развитии сетей сотовой связи и лишенных перечисленных недостатков.

Технологоя CDMA - Code Division Multiplie Access - множественный доступ с кодовым разделением (каналов) - поколение 2,5G

Группа стандартов CDMA коренным образом отличается от других стандартов сотовой связи, и эти стандарты считаются стандартами 2.5 поколения - 2,5G. Если системы множественного доступа с частотным разделением (каналов) FDMA (в аналоговых системах: NMT, AMPS и др.) и их продолжение - системы множественного доступа с временным разделением (каналов) TDMA (в цифровых системах: GSM, D-AMPS и др.) используют набор частотных диапазонов с разделением каждого канала на временные интервалы для множественного

214

доступа к услугам сети сотовой связи, то в системах множественного доступа с кодовым разделением (каналов) CDMA всё по-другому.CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный доступ с кодовым разделением.Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения каналов, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полосы частот канала очень широкие, накладываются друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть идентифицированы.Технология множественного доступа с кодовым разделением каналов известна давно. В СССР первая работа, посвящённая этой теме, была опубликована ещё в 1935 году её автором Агеевым Д.В.После войны в течение долгого времени технология CDMA использовалась в военных системах связи, как в СССР так и в США. Во второй половине 80-х годов военное ведомство США рассекретило данную технологию и с 1995г. началось её коммерческое использование в гражданских средствах связи.Технология CDMA применяется в сотовой связи и в спутниковой навигации GPS.Системы CDMA использует технологию DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum - спектр, расширенный методом (прямой) последовательности. Основа DSSS - использование шумоподобной несущей, и гораздо более широкой полосы, чем необходимо для обычных способов модуляции.

Эволюция систем сотовой связи, использующих технологию CDMA

Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.CDMA2000 является стандартом 3G в эволюционном развитии сетей CDMA One (основанных на версии IS-95). При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается и совершенствуется.Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии CDMA2000. При построении системы мобильной связи на основе технологии CDMA2000 1Х, первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью до 153,0кбит/с, что позволяет предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернетом, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений. Переход к следующей технологии - CDMA2000 1xEV-DO происходит при использовании той же полосы частот 1,23мГц, скорости передачи — до 2,4мбит/с в прямом канале и до 153,0кбит/с в обратном. Это делает эту систему связи отвечающей требованиям 3G и даёт возможность предоставлять самый широкий спектр услуг, вплоть до передачи видео в режиме реального времени. Следующей фазой развития стандарта является 1ХEV-DO Rev A, что позволяет увеличить сетевую ёмкость и скорость передачи данных. На данном этапе обеспечивается передача данных со скоростью до 3,1мбит/с по направлению к MS (мобильной станции) и до 1,8мбит/с по направлению от MS. Операторы смогут предоставлять те же услуги, что и на базе Rev 0, а, кроме того, передавать голос, данные и осуществлять широковещание по IP сетям. В мире уже есть несколько таких действующих сетей. Поскольку прогресс не стоит на месте, разработчики оборудования уже работают над реализацией следующей фазы — 1ХEV-DO Rev B, — что позволит достигнуть следующих скоростей на одном

215

частотном канале: 4,9мбит/с к MS и 2,4мбит/с от MS. К тому же будет обеспечиваться возможность объединения нескольких частотных каналов для увеличения скорости. Например, объединение 15-ти частотных каналов (максимально возможное количество) позволит достигать скоростей 73,5мбит/с к MS и 27,0мбит/с от MS. Применение CDMA сетей - улучшенная работа чувствительных к временным задержкам приложений типа VoIP, Push to Talk, видеотелефония, параллельное использование голоса, сетевые игры и др.Основными компонентами коммерческого успеха системы CDMA2000 являются: более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг. Данная технология обеспечивает высокую помехозащищённость, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания, что делает его привлекательным в использовании для всех категорий абонентов.Также немаловажную роль играет низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств. Так, для систем CDMA2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250,0мВт, в то время как для систем GSM-900 этот показатель равен 2,0Вт (в импульсе), а для GSM-1800 1,0 Вт (в импульсе).

Преимущества CDMAВ системах 1G и 2G множественного доступа с частотным разделением (каналов) FDMA существует проблема так называемого "многократного использования" ("reuse") частотных каналов (частот). Чтобы не мешать друг другу, соседние базовые станции BTS должны использовать разные частоты. Если у базовой станции шесть "соседей" (наиболее часто рассматриваемый случай - 7 сот в минимальном фрагменте сети), зона действия каждой BTS представляет собой равносторонний гексагон - шестиугольник (соту). Количество каналов, которые может использовать эта базовая станция BTS в семь раз меньше, чем общее количество каналов в отведённом для сети диапазоне. Это приводит к уменьшению пропускной способности ячейки - зоны (соты), которую обслуживает BTS, и к необходимости увеличивать плотность установки базовых станций за счет разбиения ячеек в густонаселённых районах.

В системах CDMA не используется технология FDMA, поэтому частотный ресурс в CDMA используется очень эффективно.

Пропускная способность сети множественного доступа с кодовым разделением (каналов) CDMA обычно в несколько раз выше, чем в сетях множественного доступа с временным разделением (каналов) TDMA, и на порядок выше чем в сетях FDMA - множественного доступа с частотным разделением (каналов).Для того, чтобы мобильные станции MS, находящиеся близко к базовым трансиверным станциям BTS, не "мешали" своим сигналом более отдалённым MS, в CDMA предусмотрена плавная автоматическая регулировка мощности, что приводит к значительному сокращению энергопотребления MS вблизи BTS и, соответственно, увеличению времени работы мобильной станции без подзарядки аккумулятора.

216

Одной из особенностей сетей CDMA является возможность "мягкого переключения" от одной базовой станции BTS к другой ("soft handoff"). При этом, возможна ситуация когда одну мобильную станцию MS "ведут" сразу несколько базовых трансиверных станций BTS. Пользователь не замечает, что его "передали" другой базовой станции BTS. Чтобы это стало возможным, необходима синхронизация базовых станций BTS.В коммерческих системах синхронизация обеспечивается сигналами времени от спутников системы GPS - Global Positioning System - глобальной системы навигации (США).

Технология CDMA - это практически полностью цифровой стандарт, т.к. все преобразования информационного сигнала происходят в цифровой форме, и только "последняя миля" (всегда) является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для других стандартов. Это позволяет практически весь мобильный телефон выполнить в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизив его стоимость.Системы CDMA используют современные технологии для преобразования аналоговых (речевые, видео, звуковые) сигналов в цифровые сигналы. Это повышает качество передачи аналогового сигнала по сравнению со схемами множественного доступа с временным разделением (каналов) - TDMA.Недостаток стандарта CDMA: необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы частот, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса, сложность аппаратной реализации данной технологии и, как следствие, высокая стоимость.

Перспективы технологии множественного доступа с кодовым разделением (каналов) CDMAВ мире, развитие технологии CDMA идет нарастающими темпами. Наибольшее применение получили стандарты IS-95 (800,0мГц) и CDMA PCS (1900,0мГц).Исторически сложилось так, что стандарт CDMA наиболее распространён в Северной и Южной Америке и Юго-Восточной Азии. С принятием в Китае стандарта CDMA, как федерального стандарта, по прогнозам экспертов этот стандарт станет основным на нашей планете.Cтандарт CDMA изначально включал функцию передачи данных и сегодня, почти все современные системы стандарта CDMA способны передавать данные со скоростью 14,4кбит/с, при этом сеть использует IP 2.0 протокол. Таким образом, технология CDMA уже сейчас полностью совместима с Интернет. Нет проблем и с более высокими скоростями. Операторы связи сетей CDMA в США предоставляют услуги передачи данных со скоростями до 144,0кбит/с. Система, используемая этими Операторами, позволяет динамически изменять пропускную способность канала в зависимости от активности пользователя и загрузки сети, тем самым оптимизируя использование ресурсов сети. Компания CDMA Development Group (США) заявила, что уже сейчас достижима скорость 300,0кбит/с, а это вплотную приближает существующие CDMA стандарты к третьему поколению - 3G.

217

У систем CDMA гораздо меньше проблем при переходе к третьему поколению - 3G - по сравнению с системами множественного доступа с временным разделением (каналов) TDMA. Компания TIA / EIA (Telecommunication Industry Association / Electronic Industries Alliance) предолжила группу стандартов CDMA 2000 (временный стандарт IS-2000), которая является развитием действующего врéменного стандарта IS-95.

Основные отличия стандарта CDMA 2000 от своего предшественника - CDMA One (CDMA + CDMA 800) - огромное количество диапазонов для использования в мобильной связи и увеличение скорости передачи данных до 1,0мбит/с÷1,5мбит/с. Также добавлены новые протоколы для обеспечения всевозможных сервисов. Особо следует подчеркнуть требование стандарта к взаимной совместимости с IS-95. Все мобильные станции, поддерживающие стандарт CDMA 2000 должны работать в сетях врéменного стандарта IS-95, и соответственно все базовые станции сетей CDMA 2000 должны обслуживать мобильные станции IS-95. Более того, имеется требование - обеспечение " soft handoff" ("мягкое перереключение" из одной зоны, соты в другую) между CDMA 2000 и IS-95. Таким образом, осуществляется, незаметно для пользователей сети, переход от стандарта IS-95 к CDMA 2000 и обратно. Стандартом CDMA 2000 предусмотрено использование некоторых диапазонов, используемых аналоговыми стандартами, например, Band Class 5 (NMT-450) что даёт возможность Операторам связи этих стандартов перейти от первого поколения - 1G сразу к третьему - 3G, постепенно отдавая участки своего диапазона стандарту CDMA 2000, по мере увеличения количества абонентов пользующихся новым оборудованием. Однако в системах стандарта CDMA 2000 сохранена возможность работы мобильных и базовых станций в аналоговом режиме. Этот режим практически идентичен стандарту AMPS, обеспечивает связь там, где использование цифрового режима по тем или иным причинам не возможно.Стандарт CDMA 2000 был принят в группу "международные мобильные телекоммуникации" - International Mobile Telecommunications - IMT 2000, которая определяет глобальную перспективу организацией ITU (International Telecommunication Union, или МСЭ-Т) систем мобильной связи третьго поколения 3G, в качестве одного из основных радиоинтерфейсов, что обеспечит дальнейшее распространение этого стандарта. Из-за преимуществ перед TDMA технологиями (стандарт IS-136 также предлагается в качестве одного из возможных радиоинтерфейсов в IMT-2000) вполне возможно распространение технологий CDMA и в Европе, которая на данный момент является территорией стандарта GSM - множественного доступа с временным разделением (каналов) -TDMA.Технология CDMA 2000 в своем базовом варианте относится к семейству стандартов третьего поколения, так как, в соответствии со спецификациями международной группы телекоммуникаций IMT-2000, обеспечивает пропускную способность передачи данных не менее 384,0кбит/с, что достаточно для двусторонней видеосвязи с разрешением 320х240.

CDMA в РоссииВ России у CDMA сложная судьба.

218

Есть несколько причин, по которым CDMA "не охотно пускают" на отечественный "рынок" сетей сотовой связи.Первая - вытекает из основной особенности CDMA - у каждого абонента свой код, который не может быть использован другими, независимо от того, разговаривает он или его мобильная станция MS находится в режиме ожидания, или выключена. Поэтому повременная оплата не имеет смысла.Абонентской плата может быть очень низкой. В российских условиях - это прямая конкуренция фиксированной связи, а также сотовым сетям связи других стандартов. Это одна из основных причин, по которым стандарт CDMA нежелателен для монополий России.Вторая - высокий уровень конфиденциальности CDMA. Прослушать разговор можно, но стоимость и сложность оборудования значительно выше чем для других стандартов. Проблема прослушивания усугубляется тем, что при незначительном удалении от базовых станций BTS мощность, излучаемая мобильной станцией, крайне низка, поэтому "прослушивающий" должен находиться в непосредственной близости от объекта, а при значительном удалении от базовой станции BTS невозможно прослушивание, т.к. неизвестно какая BTS обслуживает мобильную станцию MS. BTS могут не пользоваться проводными каналами связи для передачи сигнала от одной BTS к другой, а передавать трафик по эфиру (например, по спутниковым каналам связи). Всё это тоже препятствие со стороны государственных и других структур.Третья - для синхронизации BTS используются сигналы спутниковой системы навигации США - GPS. А без GPS возникают проблемы с мобильностью, т.к. для обеспечения "soft handoff" ("мягкое переключение" из одной ячейки или зоны местонахождения LA в другую) нужна очень четкая синхронность BTS. Заявление Минкомсвязи РФ о том, что частотный диапазон 800,0мГц, используемый стандартом CDMA, подлежит изъятию под нужды цифрового телевидения не выдерживает критики - централизованного цифрового телевещания ещё нет и вряд ли оно появится в этом диапазоне, так как спутниковые системы уже давно доказали преимущества "тарелок" перед телебашнями. В последние годы прогресс в телекоммуникационных технологиях достигнут, благодаря переходу на цифровые виды связи, которые, в свою очередь, базируются на стремительном развитии нанотехнологий в микропроцессорной индустрии. Один из ярких примеров этого: появление и быстрое внедрение технологии связи с цифровыми шумоподобными сигналами на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов -CDMA - Code Division Multiple Access, в ближайшие годы затмит собой все остальные технологии сотовых сетей связи, вытесняя аналоговые NMT, AMPS и другие и, составляя серьезную конкуренцию другим цифровым технологиям, например, GSM.Принцип функционирования систем сотовой связи (ССС) с кодовым разделением каналов CDMA можно пояснить на следующем примере:В ресторане за каждым столиком находится по два человека. Одна пара разговаривает между собой на английском языке, другая - на русском, третья - на немецком и т.д. Все разговаривают в одно и то же время в одном диапазоне речевых частот (речь: 0,3кГц - 3,4кГц), при этом, разговаривая два собеседника, понимают только друг друга, но слышат в виде шума всех остальных.

219

Так же и в стандарте CDMA: передаваемая в эфире информация от базовой станции BTS к мобильной станции MS или наоборот попадает ко всем абонентам сети, но каждый абонент, благодаря декодированию, понимает только ту информацию, которая предназначена конкретно для него, а остальная информация отсеивается в виде шумов. В системах CDMA такая избирательность организована за счет применения кодирования передаваемых данных. В отличие от стандарта GSM, который использует технологию TDMA - Time Division Multiple Access - множественный доступ с временным разделением (каналов), т.е. несколько пользователей могут разговаривать на одной и той же частоте, как и в системах CDMA, но в отличие от CDMA, в разное время. Систему CDMA называют широкополосной, а другие сигналы в эфире - шумоподобными. Широкополосная система CDMA 2000 - занимает полосу частот 1,5мбит/с и более. Шумоподобные сигналы - работа в эфире в одно и то же время, общаются несколько пользователей, их сообщения накладываются друг на друга (можно представить шум в вмноголюдном месте, когда все одновременно говорят). Помехоустойчивая система CDMA - потому, что при возникновении в широкой полосе частот полезного сигнала - сигнал помехи имеет узкий диапазон частот.В стандарте D-AMPS каналы, организованные в семи соседствующих между собой ячейках, должны различаться по частотам, а в CDMA во всех ячейках можно использовать один и тот же диапазон частот.

Емкость систем CDMA в три раза выше, чем в системах AMPS. В CDMA, и в D-AMPS ячейку сети обычно делят на три сектора по 120° в каждом, что позволяет увеличить радиус ячейки сети, используя направленные антенны, и, таким образом, уменьшить число базовых станций BTS, необходимых для покрытия определенной зоны. При работе в стандарте D-AMPS в разных секторах одной и той же ячейки приходится использовать разные частотные каналы (иначе неизбежны взаимные помехи, поскольку секторы ограничены не линиями связи, а областями постепенного спадания мощности сигнала), а в сетях CDMA можно применять одни и те же частоты. В итоге оказывается, что при использовании одного и того же частотного диапазона шириной, например 1,25мГц, емкость сети CDMA в девять раз выше, чем емкость D-AMPS.

Качество связиОбщеизвестно, что мобильный телефон обеспечивает не слишком высокое качество связи. Причин тому много. В городах, где обычно развертываются сети мобильной связи, имеется много индустриальных помех. Распространяясь между базовой станцией и мобильной станцией, радиоволна многократно отражается от препятствий. В результате интерференции сигналов, прошедших разными путями, интенсивность принимаемого сигнала может внезапно упасть.Такие явления, называются в радиотехнике федингами - fading. Качество связи заметно снижается при переходах мобильной станции MS пользователя от одной местонахождения LA или ячейки сети к другой: в обычных стандартах мобильной связи осуществляется так называемое "жесткое переключение" (hard handoff), при котором сначала разрывается связь с покидаемой ячейкой и только после этого устанавливается связь с другой ячейкой.

220

Сравнивать качество связи, устанавливаемой в фиксированных телефонных сетях, с качеством мобильной связи не вполне корректно: в последнем случае действует значительно больше факторов, обуславливающих ухудшение связи. Технология CDMA позволяет получить значительно более высокое качество связи, чем стандарты, основанные на FDMA и TDMA. Причины этого следующие: - во-первых, CDMA - чисто цифровая связь (кроме "последней мили", т.к.

аналоговый сигнал невозможно передавать тем способом, какой принят в CDMA),

- во-вторых, в CDMA использутся широкополосные сигналы (от 1,5мбит/с).Цифровой сигнал значительно меньше уязвим для помех, чем аналоговый.Кроме того, в сетях CDMA применяются новейшие алгоритмы коррекции ошибок передачи, а в аппаратуре обычно используются самые современные методы сжатия (компрессирования) речевого сигнала. Это позволяет достигнуть большой степени сжатия речевого сигнала при достаточно высоком качестве связи.Широкополосный сигнал значительно меньше "страдает" от помех, особенно узкополосных.Узкополосная помеха способна исказить широкополосный сигнал только в каком-то относительно узком частотном диапазоне, и полезная информация может быть восстановлена (регенерированна) по неповрежденным участкам диапазона частот. Это относится и к федингам (пропаданию сигнала вследствие интерференции и помех): интерференция пришедших в конечный пункт разными путями сигналов приводит к снижению суммарной интенсивности лишь в достаточно узком частотном диапазоне. Полезную информацию можно восстановить по неповрежденной части сигнала. Сигнал несколько ухудшается, однако это несопоставимо с потерями качества связи при использовании обычных методов передачи сигналов.Помимо повышения качества связи, устойчивость схем CDMA к федингам приводит к значительной экономии ресурса источников питания и улучшению экологических параметров мобильных станций MS, т.к. нет переключения каналов. В других сетях мобильные станции MS обычно работают на более высокой мощности, чем это нужно для устойчивой связи с базовой станцией BTS, что позволяет при внезапном возникновении фединга не потерять связь (происходит лишь значительное снижение ее качества). В CDMA этот резерв не нужен, поэтому мобильные станции MS могут работать с меньшей мощностью передаваемого сигнала.Вместо режима "жесткого переключения" (hard handoff или break before make) от ячейки к ячейке, принятого в других сотовых сетях, в CDMA используется режим "мягкого переключения" (soft handoff или make before break). Мобильная станция MS сначала устанавливает связь с базовой станцией BTS, в зону действия которой она переходит, и только после этого освобождает канал в покидаемой ячейке. Это возможно за счет того, что и в покидаемой, и в новой ячейке используется одна и та же несущая частота. Данное преимущество заметнее всего сказывается на работе мобильных станций MS, находящихся в пограничной зоне между двумя ячейками, где уровни сигналов от базовых станций BTS примерно одинаковы. Выбор базовой станции BTS - случайный - мобильная станция MS пользователя подключается то к одной, то к другой BTS. При жестком переключении частые переключения значительно ухудшают качество связи и могут привести к ее разъединению, а при мягком переключении этого не происходит.

221

Для работы системы CDMA необходимо, чтобы все приходящие в базовую станцию сигналы имели одинаковую интенсивность, - в противном случае возникнут проблемы с декодированием информации. Чем дальше мобильная станция от базовой станции, тем выше должна быть мощность передаваемого им сигнала. Базовая станция следит за тем, чтобы сигналы, приходящие к ней от разных мобильных станций, были строго одинаковой интенсивности, и дает указания мобильным станциям о повышении или понижении мощности передаваемого сигнала. Такая схема управления мощностью реализована во многих стандартах мобильной связи, однако в сетях CDMA удается управлять мощностью передатчиков мобильных станций с очень высокой точностью. Мощность удерживается на том минимальном уровне, который обеспечивает уверенный прием сигнала базовой станцией. При этом снижается общий уровень взаимных помех в системе, что повышает качество связи. Кроме того, точное управление мощностью позволяет продлить срок службы аккумуляторов мобильных телефонов и улучшить экологические параметры системы.

Недостатков у стандарта CDMA мало Главный из них - новизна технологии. Система стандартизирована в 1994 г. (временный стандарт IS-95), поэтому технология CDMA менее популярна, чем другие.Другими недостатками являются сложность оборудования и, как следствие, довольно высокая стоимость систем и ограниченный круг производителей. В настоящее время базовые станции для этой технологии выпускают фирмы QUALCOMM, Samsung, Motorola, Lucent Technologies, Nortel и некоторые другие. Намного больше компаний выпускают абонентское оборудование, однако их тоже меньше, чем аналогичных производителей для других технологий.Определенные проблемы вызывает и использование "мягкого переключения".В частности, если мобильная станция MS находится в зоне действия нескольких базовых станций BTS, то правило мягкого переключения - make before break может привести к тому, что для работы с ним будут одновременно резервироваться каналы в нескольких ячейках сети, что приведет к снижению эффективной емкости сети. Сети CDMA обеспечивают и другие функции: прежде всего - приложение "беспроводной последней мили" (Wireless Local Loop - WLL), которое реализуется в "фиксированных" сетях, не поддерживающих мобильных устройств. Наибольший интерес к сетям CDMA проявляют Операторы фиксированной связи из развивающихся стран, где необходимо быстро и с минимальными затратами обеспечить связь на большой территории. Помимо недостаточно развитой телекоммуникационной инфраструктуры, существует и еще одна причина интереса к беспроводным технологиям "последней мили" - большие зоны покрытия. Другим перспективным применением технологии CDMA является внедряемая в США система сотовой связи в диапазоне 1900,0мГц под названием - PCS - Personal Communications Services - персональный сервис коммуникаций.Идея PCS: превратить сотовую сеть связи во всепроникающую телекоммуникационную технологию. Ячейки системы PCS мельче, мобильные

222

станции легче и дешевле, система позволит устанавливать соединение с абонентами любых сетей в любое время и из любой точки Земли. Одно из наиболее эффективных решений для организации системы PCS - применение технологии CDMA, благодаря большей емкости этих сетей, более высокому качеству связи (в частности, малый размер ячеек означает частые переключения, а они в CDMA происходят менее "болезненно", чем при использовании других технологий), малой стоимости в расчете на одного абонента. В настоящее время в США развернуты системы PCS на базе технологий CDMA.Анализ электромагнитной совместимости ЭМС между двумя базовыми станциями двух стандартов сотовой связи CDMA и D-AMPS с целью их взаимной корректной работы показал, что взаимная без помех работа не возможна.В системах CDMA передатчик базовой станции имеет мéньшую излучаемую мощность, чем мощность передатчика базовой станции стандарта D-AMPS. Проблема электромагнитной совместимости ЭМС сотовых систем различных стандартов, действующих на одной территории, может возникнуть, если рабочие полосы частот в предусмотренных для этих систем диапазонах перекрываются, а также, если защитный интервал между ними недостаточен.

Стандарты CDMA краткий обзор

Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым разделением (каналов). В CDMA- системах каждый речевой поток отмечен своим уникальным кодом и передается в одном канале одновременно со многими другими кодированными речевыми потоками. Принимающая сторона использует тот же код для выделения сигнала из шума. Единственное отличие между множественными речевыми потоками - это уникальный код. Канал, как правило, очень широкий и каждый речевой поток занимает целиком всю ширину диапазона. Эта система использует наборы каналов шириной 1,25мГц. Голос кодируется на скорости 8,55кбит/с, но определение голосовой активности и различные скорости кодирования могут урезать поток данных до 1,2кбит/с. В системах CDMA могут устанавливаться очень прочные и защищенные соединения, несмотря на очень низкую величину мощности сигнала MS, теоретически сигнал MS может быть слабее, чем уровень шума.

Стандарт CDMA One

Стандарт CDMA One, существует в IS-95a, IS-95b (cellular - по американской терминологии - 800,0мГц) и PCS (диапазон - 1900,0мГц). Аббревиатура IS - Interim Standard - временный стандарт, используется для учета в Ассоциации телекоммуникационной промышленности TIA - Telecommunications Industry Association. Как правило, в сетях CDMA One используется IS-95a, он обеспечивают передачу сигнала со скоростью 9,6кбит/с (с кодированием канала) и 14,4 кбит/с (без кодирования). Версия IS-95b основана на объединении нескольких каналов системы CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной станции). Скорость может увеличиваться до 28,8 кбит/с (при объединении двух каналов по 14,4кбит/с) или до 115,2 кбит/с (8 каналов по 14,4кбит/с). Кроме IS-95 сети CDMA One используют еще целый набор протоколов и стандартов. Коммерческие сети CDMA One появились в 1995 году и пользуются популярностью в Америке и в Азии.

223

Именно CDMA One подразумевают под терминами "CDMA" и "CDMA-800" (наибольшее распространение получил именно 800-мегагерцовый вариант, IS-95). Прямой и обратный каналы располагаются соответственно в диапазонах 869,040-893,970 и 824,040-848,860мГц. Используются 64 кода Уолша и несущие частоты с шагом 1,25мГц. В России стандарт сразу попал в опалу - в отличие от федеральных стандартов NMT и GSM был разрешен только для фиксированного применения. Кроме того, используемый им диапазон частот 800,0мГц по требованиям Минсвязи необходимо освободить для цифрового телевидения. В этом диапазоне работают также сети "американских" стандартов N-AMPS, D-AMPS и CDMA. Однако, МАП признало это решение незаконным, а члены Ассоциации-800 уже договорились с Минсвязи об "обмене" лицензий x-AMPS на GSM 1800. Операторы связи сети CDMA IS-95 подобного соглашения не заключали, официально они по-прежнему имеют право предоставлять услуги только фиксированной связи.

Стандарт W-CDMA

W-CDMA - Wideband Code Division Multiple Access – широкополосная система CDMA - технология радиоинтерфейса избранная большинством операторов сотовой связи Японии и (в январе 1988 года) институтом ETSI (European Telecommunications Standards Institute) для обеспечения широкополосного радиодоступа с целью поддержки услуг третьего поколения. Система W-CDMA обеспечивает пользователей высокоскоростными услугами типа: видео, Интернет и видеоконференций. Обеспечивает скорость доступа 2,048мбит/с на коротких расстояниях и 384,0кбит/с - на больших с высокой скоростью передвижения MS. Такие величины скорости передачи данных требуют широкую полосу частот, поэтому ширина полосы W-CDMA составляет до 5,0мГц. Технология может быть добавлена к существующим сетям GSM и PDC, что делает стандарт W-CDMA наиболее перспективным с точки зрения использования сетевых ресурсов и глобальной совместимости. W-CDMA - широкополосный множественный доступ с кодовым разделением (каналов) представляет собой технологию, использующую расширенную полосу. Это - технология мобильной радиосвязи третьего поколения 3G, обеспечивающая более высокие скорости передачи данных, чем стандарт GSM. W-CDMA поддерживает передачу речи, изображений, данных и видео в сетях сотовой связи на скорости до 2,048мбит/с (стационарный доступ) или 384,0кбит/с (на скорости передвижения 120,0км/час). W-CDMA используется в основном в Европе при переходе от стандарта GSM к стандарту UMTS.

Стандарт CDMA 2000

Стандарт CDMA 2000 является дальнейшим развитием стандарта 2G поколения CDMA One, дальнейшим развитием которого должен был стать IS-95c, и именно это обозначение очень часто используется производителями. Официальным обновлением стандарта, разработанным компанией Qualcomm и утвержденным ITU, является CDMA 2000. В документах Lucent Technologies встречается обозначение IS-2000. МСЭ-Т отобрал из десяти предложенных проектов пять радиоинтерфейсов третьего поколения:- IMT-2000 (International Mobile Telecommunications System - 2000 -

Международная система мобильной связи - 2000),

224

- IMT-MC (Multi Carrier)- представляет собой модификацию многочастотной системы CDMA 2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта CDMA One (IS-95).

- IMT-DS (Direct Spread) - построен на базе проектов W-CDMA и взят за основу европейской системы UMTS.

Реализованный этап CDMA 2000 не является полноценным 3G, т.к. не дотягивает до обязательных двух мегабит скорости передачи данных в одном канале. Поэтому ее чаще называют 2.5G. CDMA2000 (IMT-MC) разделили на две фазы - 1X и 2X. Именно к первой фазе применяется название IS-95с. А вторую позже назвали 1X-EV (evolution), разделив ее на две фазы - CDMA2000 1X EV-DO (data only) и CDMA2000 1X EV-DV (data & voice). Стандарты семейства CDMA 2000 не требуют организации отдельной полосы частот, и в ходе их эволюционного развития от CDMA могут быть реализованы во всех частотных диапазонах используемых системами сотовой связи (450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900мГц).

CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный доступ с кодовым разделением.Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения каналов, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладываeтся друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы.После войны в течение долгого времени технология CDMA использовалась в военных системах связи в бывшем СССР и в США. Во второй половине 80-х годов военное ведомство США рассекретило данную технологию и началось её использование в гражданских средствах связи.Способ применяется в сотовой связи (в России, например, Оператором связи Skylink и в спутниковой навигации GPS).

Эволюция систем сотовой связи, использующих технологию CDMA

Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.Система CDMA 2000 является стандартом 3G в эволюционном развитии сетей CDMA One, основанных на стандарте IS-95. При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается и совершенствуется.Последующее развитие технологии CDMA происходит в рамках технологии CDMA.

При построении системы мобильной связи на основе технологии CDMA2000 1Х первая фаза обеспечивает передачу данных со скоростью до 153 кбит/с, что позволяет предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернет, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений. Переход к следующей системе - CDMA2000 1ХEV-DO происходит при использовании той же полосы частот 1,23мГц, скорости передачи - до 2.4мбит/с в

225

прямом канале и до 153,0кбит/с в обратном, что делает эту систему связи отвечающей требованиям 3G и даёт возможность предоставлять самый широкий спектр услуг, вплоть до передачи видео в режиме реального времени. Следующей фазой развития стандарта является 1ХEV-DO Rev A, что позволяет увеличить сетевую ёмкость и скорость передачи данных. На данном этапе обеспечивается передача данных со скоростью до 3,1мбит/с по направлению к абоненту и до 1,8мбит/с по направлению от абонента. Операторы смогут предоставлять те же услуги, что и на базе Rev. 0, а, кроме того, передавать голос, данные и осуществлять широковещание по IP сетям. В мире уже есть несколько таких действующих сетей. Поскольку прогресс не стоит на месте, разработчики оборудования уже работают над реализацией следующей фазы - 1ХEV-DO Rev B, — что позволит достигнуть следующих скоростей на одном частотном канале: 4,9мбит/с к абоненту и 2,4мбит/с от абонента. К тому же будет обеспечиваться возможность объединения нескольких частотных каналов для увеличения скорости. Например, объединение 15-ти частотных каналов (максимально возможное количество) позволит достигать скоростей 73,5мбит/с к абоненту и 27,0мбит/с от абонента. Применение таких сетей - улучшенная работа чувствительных к временным задержкам приложений типа VoIP, Push to Talk, видеотелефония, параллельное использование голоса и мультимедиа, мультисессионные сетевые игры и др.Основными компонентами коммерческого успеха системы CDMA 2000 являются более широкая зона обслуживания, высокое качество речи (практически эквивалентное проводным системам), гибкость и дешевизна внедрения новых услуг. Данная технология обеспечивает высокую помехозащищённость, устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания, что делает его привлекательным в использовании для всех категорий абонентов.Также немаловажную роль играет низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств. Так, для систем CDMA 2000 максимальная излучаемая мощность составляет 250,0мВт, в то время как для систем GSM-900 этот показатель равен 2,0Вт (в импульсе), а для GSM-1800 1,0Вт.

Этапы эволюционного развития сетей CDMA

Решением Международного совета по электросвязи, сектор телекоммуникаций - МСЭ -Т (International Telecommunications Union — ITU) установлены новые спецификации стандартов наземной и спутниковой радиосвязи 3G - третьего поколения IMT — 2000.Данные спецификации позволяют без потери совместимости оптимизировать производительность большинства беспроводных сетей и представляют Операторам связи возможность обеспечить совместимость своих сервисов со стандартом 3G.

В мире сложилась двоякая ситуация с созданием сотовых сетей связи 3G. Базовой для них выбрана прогрессивная технология с кодовым разделением каналов (CDMA), но она по-разному реализуется технически. Это связано с двумя основными направлениями перехода существующих систем сотовой связи в поколении 3G - европейским, которое базируется на постепенной модернизации систем сотовой связи с временным разделением каналов (TDMA), известных как GSM, и американским, в основе построения которого заложена модернизация уже существующих систем CDMA One.

226

Под сетями стандарта One обычно подразумевают сети наиболее раннего стандарта с кодовым разделением каналов - IS-95A. Общепринято также объединять в это понятие сети стандарта IS-95В.Под сетями стандарта CDMA 2000 подразумевают сети стандарта IMT-2000 c радиоинтерфейсом IMT-MC, который, в свою очередь подразделяется на две фазы —CDMA 2000 1Х и CDMA 2000 3Х. Стандарт CDMA 2000 1Х называют также IS-95C.

Эволюция от CDMA One к CDMA 2000

В CDMA сообществе до последнего времени не было единого мнения по поводу фазы следующей за CDMA 2000 1X. В качестве альтернативы перехода к CDMA 2000 3X активно рассматривался предложенный группой LMNQS (Lucent, Motorola, Nortel, Qualcomm, Samsung) стандарт HDR или 1X-EV. За последние полгода основные поставщики оборудования CDMA и операторы пришли к единому мнению, что за основу следует взять именно 1X-EV. В ходе последующих дискуссий были выделены две фазы этого стандарта CDMA 2000 1X EV-DO и CDMA 2000 1X EV-DV.

На конференции в Стокгольме стандарт CDMA 2000 1X EV-DO был принят ITU-T как стандарт третьего поколения IMT-2000.Следует также отметить, что стандарты семейства CDMA 2000 не требуют организации отдельной полосы частот и в ходе их эволюционного развития от CDMA One могут быть реализованы во всех частотных диапазонах используемых системами сотовой подвижной связи (450, 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900, 2100 мГц) и могут быть наложены как на инфраструктуру сети ANSI-41 так и на GSM-MAP.

IP-трафик в сетях CDMA OneВ отличие от сетей GSM, принципы пакетной передачи закладывались в IS-95A c самого начала. Все абонентское оборудование этого стандарта поддерживает пакетную передачу данных, а сердцем каждой базовой стации и контроллера базовых станций является IP/ATM коммутатор. Следствием этого является простота реализации пакетной передачи данных в сетях cdmaOne — для этого необходимо лишь приобрести шлюз в IP сеть называемый Inter Working Function (IWF). В сетях IS-95A пиковая скорость передачи данных ограничена максимальной шириной полосы одного канала трафика, который может быть выделен либо для передачи речи, либо для передачи данных, которая составляет 14,4кбит/с. Сети стандарта IS-95B отличаются от сетей IS-95А, в основном, возможностью объединения нескольких каналов трафика для одного пользователя с целью увеличения скорости передачи данных до 64,0кбит/с.Сети IS-95B являются аналогами широко внедряемых сегодня сетей GPRS. Коммерческий запуск сетей IS-95B состоялся в 1999 г. в Корее (операторы KT Freetel и Hansol) и в 2000 г. в Японии (операторы DDI и IDO).

IP-трафик в сетях CDMA 2000 1X

Большинство Операторов связи сетей IS-95A решило пропустить этап перехода к IS-95B и перейти сразу к первой фазе стандарта третьего поколения — стандарту CDMA 2000 1X.

227

Основными отличиями данного стандарта от IS-95A являются:— наличие пилота в обратном канале, т. е. реализован когерентный прием в обратном канале,— использование большего количества кодов Уолша и, соответственно, большего числа служебных каналов и каналов трафика на одном частотном канале,— наличие быстродействующей схемы контроля мощности в прямом и обратном канале,— организация дополнительных каналов трафика в случае необходимости передачи больших массивов данных.Все перечисленное выше позволило увеличить пиковую скорость передачи данных до 153,6 кбит/сек и увеличить спектральную эффективность в 1,7 раза, как для голосового, так и для IP трафика. Использование CDMA 2000 1X позволяет обслуживать одной базовой станцией в 1,7 раза больше абонентов с голосовым трафиком, чем использование IS-95A в той же полосе частот.Несмотря на то, что применение CDMA 2000 1X по различным оценкам дает также увеличение покрытия для голосового сервиса примерно на 35% с применением той же топологии базовых станций, антенн и антенно-фидерных трактов, при развертывании сети CDMA 20001X все же может понадобиться установка дополнительных базовых станций или репитеров. Это обусловлено тем, что отношение сигнал/шум влияет на скорость передачи данных и для получения хорошего качества услуги по всей сети необходимо улучшение покрытия по сравнению с сетью IS-95A.Полевые испытания и опыт действующих операторов CDMA 2000 1X (SK Telecom, KT Freetel, LG Tekecom, Verizon Wireless) показывают, что в указанных выше условиях средняя скорость передачи составляет 130,0кбит/сек с симметричным трафиком в прямом и обратном каналах. Ресурс по передаче трафика данных предоставляемый базовой станцией делится между пользователями подобно тому, как офисная локальная сеть ограничивать потребности каждого пользователя. Однако, учитывая "взрывной" характер трафика данных, когда максимальная ширина полосы достаточно редко запрашивается пользователем, величины немного меньшие, чем 130,0кбит/сек, являются вполне достижимыми.Для перехода к новому стандарту в сети IS-95A необходимо произвести следующую модернизацию:— Заменить платы канальных элементов на базовых станциях на платы нового типа или добавить их;— Произвести модернизацию программного обеспечения;— Установить новые или модернизировать существующие элементы доступа в IP-сеть: PCF (Packet Control Function), PDSN (Packet Data Service Node), AAA (Accounting, Authentication, Authorization). Функции PCF были определены таким образом, чтобы в максимальной степени сделать подсистемы PDSN и AАА универсальными и стандартно применимыми в сетях передачи данных. Таким образом, удалось добиться того, что PDSN представляет собой стандартный маршрутизатор доступа в IP сеть, а ААА представляет собой стандартный радиус-сервер.Следует также отметить, в стандарты семейства cdma2000 на транспортном уровне заложен протокол Mobile IP, который позволяет пользователям пользоваться роумингом передачи данных без смены IP адреса при переходе из домашней в гостевую систему или другую сетевую среду.

228

Стандарт CDMA 2000 1X обладает полной прямой и обратной совместимостью с IS-95A. Это означает, что телефоны стандарта CDMA 2000 1X будут работать в сетях IS-95A. В свою очередь телефоны IS-95A тоже будут работать в сетях cdma2000 1X, только лишь с меньшей скоростью передачи данных - 14,4кбит/сек.

IP-трафик в сетях cdma2000 1Х EV

Поскольку задачи передача голоса и данных предъявляют принципиально разные требования к построению радиоинтерфейса, при разработке стандартов серии CDMA 2000 EV было решено "развести" трафик голоса и данных по разным частотным каналам. Как первая фаза этого стндарта был разработан стандарт CDMA 2000 1Х EV-DO, который описывает исключительно передачу данных в отдельном частотном канале 1,25мГц.Передачи голоса чувствительна к задержкам в тракте передачи, поэтому в системах радиосвязи с кодовым разделением каналов необходимо постоянно поддерживать стабильный канал передачи, постоянно отслеживая и изменяя мощность сигнала в зависимости от расстояния между передатчиком и приемником. В CDMA 2000 1Х EV-DO реализован другой механизм — приемник каждые 1,67 мс измеряет соотношение сигнал/шум и скорость передачи данных варьируется в зависимости от условий, в которых находится приемник. Передача производится с максимальной скоростью, когда приемник находится в наилучших условиях.Все вышесказанное позволяет добиться скоростей передачи 2,4мбит/с в прямом, и 307,0кбит/с в обратном каналах, а также увеличить спектральную эффективность при передаче данных примерно в шесть раз по сравнению с CDMA One.Следующая фаза этого стандарта CDMA 2000 1Х EV-DV разработанная Motorola совместно с Nokia, Philips Semiconductors и Texas Instruments позволяет осуществить передачу и голоса и данных в одном частотном канале 1,25мГц и достичь пиковых скоростей передачи 4,8 МГц.Для перехода к стандарту CDMA 2000 1Х EV-DO необходимо:— Выделить отдельные частотные каналы для передачи данных,— Заменить платы канальных элементов на базовых станциях на платы нового типа,— Произвести модернизацию программного обеспечения.Сети стандарта CDMA 2000 1Х EV могут быть реализованы как в виде централизованной, так и децентрализованной архитектуры Рис. 9,10.Сценарий перехода CDMA 2000 1X —CDMA 2000 1X EV практически не отличается от перехода CDMA One —CDMA 2000 1X. Во втором случае фактически организуется наложенная сеть передачи данных в отдельных частотных каналах. В этом смысле децентрализованный вариант реализации сети CDMA 2000 1Х EV является аналогом хорошо известных сетей CDPD.

Так же, как и CDMA 2000 1X cтандарт CDMA 2000 1Х EV обладает полной прямой и обратной совместимостью со стандартом CDMA 2000 1X и, соответственно, с IS-95A.

Российские ученые: GSM медленно убивает горожан

229

Существующие темпы роста числа абонентов мобильной связи в нашей стране значительно опережают все оптимистические прогнозы. На этом фоне продолжаются исследования и сопровождающие их споры о влиянии мобильных телефонов на здоровье человека. Отечественные эксперты так же проводят такие изыскания, — результаты одного из них, посвященного телефонам и базовым станциям стандарта СDMA, представлены ниже.Исследования безопасности для человека мобильных телефонов ведутся уже давно. При этом в настоящее время во всем мире нет однозначного подхода к проблеме нормирования электромагнитного излучения носимого радиотелефона.Научно-технический прогресс не стоит на месте. Если буквально 3-4 года назад в основном использовали сотовые телефоны мощностью 2-5 Вт, то в настоящее время сотовый телефон мощностью более одного ватта уже является редкостью.Особую актуальность приобретает вопрос приоритетного развития систем сотовой радиосвязи, у которых при прочих равных потребительских свойствах, меньше уровень ЭМИ абонентской и базовой станции, а создание сети связи требует меньшего количества базовых станций. С этой точки зрения наиболее перспективной является система мобильной радиосвязи на основе стандарта СDMA.В отечественной и зарубежной литературе имеется много публикаций, подчеркивающих экологичность стандарта CDMА. В то же время практически отсутствуют конкретные результаты исследований сравнительных эколого-технических характеристик абонентских и базовых станций этого стандарта с наиболее распространенным в России стандартом GSM.Какой 3G-путь выбирает Россия?До настоящего времени во всем мире с переменным успехом продолжается дискуссия о путях перехода к сетям сотовой связи третьего поколения, которые, кроме всего прочего должны предоставлять услуги высокоскоростного доступа в Интернет.

Все сводится к двум вариантам: европейскому, который поддерживают страны Западной Европы и североамериканскому, который поддерживают США, Канада, Китай, Япония, страны Юго-Восточной Азии. По какому же пути пойдет Россия? Здесь у нас появился реальный шанс ликвидировать допущенное технологическое отставание.Оба варианта создания сетей сотовой связи третьего поколения предполагают использовать технологию кодового разделения каналов. Еще в 1935 году выдающийся советский ученый Д. Агеев, почти на 10 лет раньше К. Шеннона, в своей работе "Линейные методы селекции и проблема пропускной способности эфира" теоретически обосновал технологию кодового разделения каналов.Исторически военные связисты США и СССР применяли технологию кодового разделения каналов при создании закрытых систем связи. И в этом не имели себе

230

равных в мире. Разработаны и готовятся к внедрению новые системы сотовой связи с кодовым разделением каналов (CDMA). Максимальная мощность ЭМИ носимого радиотелефона в таких системах не превышает 0,01 Вт (что меньше, чем у "безопасного" с этой точки зрения бесшнурового радиотелефона).Проведенные исследования также показали, что из всех применяемых технологий сотовой связи самой экологичной является технология CDMA. Темпы внедрения этого стандарта в нашей стране достаточно медленны, если не говорить о курсе на сворачивание целого ряда этих сетей стандар та IS-95 (массово используемого в Северной Америке и Юго-Восточной Азии), основанном не на технико-экономических, а скорее на политических факторах.

CDMA: контроль и экспертизаИзвестно, что из всех видов мобильной связи сотовая связь является самой "безопасной". Это обеспечивается достаточным количеством базовых станций и наличием системы регулирования мощности абонентского аппарата. Основным критерием экологичности абонентского аппарата становится эффективность работы системы регулирования мощности.

Увеличение пропускной способности ячеек сетей сотовой связи

Преимущества сетей сотовой связи с малыми ячейками:- Более высокая пропускная способность, т.к. пространственное разделение

каналов дает возможность повторного использования одинаковых частот в случае, если две базовые трансиверные станции BTS находятся достаточно далеко друг от друга, и зоны их действия не перекрываются. В большинстве

231

случаев частоты присваиваются отдельным мобильным станциям MS пользователей, поэтому другим MS они не доступны, а так как ресурсы частот небольшие, число пользователей, находящихся в одной ячейке, ограниченно. Поэтому большие ячейки не позволяют увеличивать число пользователей, что и является причиной использования очень маленьких ячеек в городах, где плотность населения (а, следовательно, и пользователей MS) - большая.

- Мéньшая мощность передачи, что особенно важно не для базовых трансиверных станций BTS, а для мобильных станций (абонентских устройств) MS (размеры, безопасность от излучения).

- Борьба только с местными помехами, т.к. большие расстояния между приемником и передатчиком вносят и большие дополнительные помехи. При использовании небольших ячеек системы мобильной связи имеют дело только

с небольшими помехами.- Устойчивость к повреждениям отдельных систем (антенн, систем

электроснабжения и т.д.) не приведет к массовым перерывам связи. Недостатки маленьких ячеек:- Для сотовых систем требуется развитая инфраструктура,

связывающая все базовые станции BTS в единую сеть. Инфраструктура должна иметь много дорогостоящих систем: антенн, центров коммутации для маршрутизации вызовов, а также локальных регистров (регистраторов) для определения местонахождения мобильной станции MS и т.д.

- Переключение базовых трансиверных станций BTS. При переходе из одной ячейки в другую мобильная станция MS должна переключаться с одной базовой станции BTS на другую. Частота переключения ("перескок") в этом случае зависит от скорости передвижения мобильной станции MS.

- Распределение частот необходимо для исключения взаимных помех передатчиков базовых трансиверных станций BTS, использующих одну и ту же частоту. В этом случае необходимо учитывать, что системе доступно ограниченное число частот.

Во избежание помех (взаимного влияния) базовые трансиверные станции BTS используют схему мультиплексирования (объединения потоков данных) с частотным разделением каналов - FDM - Frequency-Division Multiplexing. Идеология FDM - передача данных из нескольких каналов по одной линии связи, но в разных частотных диапазонах. Общая цель этого метода - не использовать одинаковые частоты в перекрывающихся диапазонах в одно и то же время.

Увеличение пропускной способности сети сотовой связи- решения.Со временем, когда система будет обслуживать все большее число пользователей, возможна ситуация, что какой-нибудь ячейке (соте) не хватит для обслуживания вызовов выделенного ей количества частот (полосы частот).

Несколько решений увеличения пропускной способности систем сотовой связи: -добавление новых каналов и их стационарное закрепление за ячейками, имеющими большую нагрузку с использованием схемы BCA - Borrowing Channel Allocation - распределение каналов с заимствованием; -заимствование частот у смежных недозагруженных ячеек

232

с использованием схемы FCA - Fixed Channel Allocation эта схема применяется в сетях GSM (Global System for Mobile Соmmunication - глобальная система мобильной связи); -уплотнение каналов с использованием системы CDMA – множественный доступ с кодовым уплотнением каналов, одной из самых перспективных технологии для сетей сотовой связи.

-расщепление ячеек (исходные ячейки, как правило, имеют R = 6,5км - 13,0км), одновременно уменьшая уровень мощности базовых станций BTS таким образом, чтобы сигнал оставался в пределах ячейки. При уменьшении размера ячейки в n раз, размеры покрываемой зоны уменьшаются в n2 раз, а необходимое число базовых станций увеличивается в n2 раз. Базовые станции BTS микроячеек ("расщепленных" макроячеек) располагаются на городских улицах (например, на фонарных столбах) в густонаселенных местах, внутри крупных общественных зданий и т.д., т.е. "переезжают" с крыш высоких домов. Пример 1 - увеличение пропускной способности системы сотовой связи: Система,например, AMPS состоит из n ячеек (например, 32):

n = 32 ячеки

Общее количество каналов, выделенное всей системе - K.Например, для мобильной телефонной системы AMPS - Advancet Mobile Phone System -усовершенствованной системы мобильной телефонной связи - аналоговая беспроводная сеть первого поколения 1G (850мГц):

K = 336 информационных каналов

Кратность использования частот (количество ячеек, следовательно, частот в подсистеме - минимальном фрагменте системы) - N (например, 7):

N = 7

Возможными значениями N в шестиугольной схеме являются числа: 1, 3. 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21 и т.д. В этом случае в каждой ячейке будет организовано: K : N = 336 : 7 = 48 каналов

Всего каналов в системе: 48 каналов · 32 ячейки = 1536 каналов

233

7

42

3

5

16

6

45

3

5 7

42 73

2

2

65

1

1

7

1

61

14

4

73

Радиус ячейки - Rячейки, например: = 1,6км. Минимальный радиус ячейки, которую можно разбить на более мелкие, должен быть не менее 1,5кмПлощадь одной ячейки (шестиугольной соты - гексагон) - Sячейки - определяется из:

Sячейки = R²ячейки · 1,5 · √3 = (1,6 км )² · 1,5 · 1,73 = 2,56 км² · 1,5 · 1,73 = 6,64 км² Географическая зона, которую может обслуживать вся система - Sсистемы:

Sсистемы = Sячейки · n ячеек · = 6,64 км 2 ·32 ячейки = 212,48 км 2

D - минимальное расстояние между центрами ячеек, использующих одну и ту же полосу частот, которую называют группой внутренних каналов;

D = R · √3N = 1,6 км · 1,73 · 2,645 = ~7,32 км d - расстояние между центрами смежных ячеек:

d = √3 ·R = 1,73 · 1, 6 км = 2,77 км

Пример 2 - увеличение пропускной способности системы:Для схемы, в которой количество n' = 32ячейки · 4 = 128ячеек - в 4 раза больше, чем в предыдущем примере, площадь - S'ячейки - каждой ячейки - сократится в 4 раза и будет равна: S' ячейки = 6,64 км² : 4 = 1,66 км ² Общая зона покрытия Sсистемы останется прежней:

S'системы = 1,66 км² · 128 ячеек = 212,48 км² Общая пропускная способность системы (количество каналов) увеличится в 4 раза и будет равно:

K´ ячейки · n' ячеек = 48 каналов · 128 ячеек = 6144 каналов

Параметры ячеек - примеры:Параметры Макроячейка МикроячейкаРадиус ячейки, км. 1,0 - 2,0 0,1 - 0,2Мощность передаваемого сигнала, Вт. 1,0 - 10,0 0,1 - 1,0Средний разброс задержек, мкс. 0,1 - 10,0 10,0 - 100,0Максимальная скорость передачи данных, мбит/с 0,3 1,0

Общая функциональная схема сети сотовой связи 2G

234

Коммутационный центрмобильных телекоммуникаций (MTSO), или

MSC - мобильный центр коммутации

Базовая тран-сиверная станция BTS

1

HLR

VLR

EIR

MSAuC

где:GMSC – шлюз MSC EIR - регистр списков ("белый", "серый", "черный")HLR - регистр "домашних" (собственных) абонентовVLR - регистр "гостевых" пользователей (визитеров)AuC – центр аутентификации абонента и MSMS - Mobile Station - мобильная станцияMTSO (MSC) - Mobile Telecommunications Switching Office - коммутатор (центр) мобильных телекоммуникаций, его также называют MSC - Mobile Switching Center - центр мобильной коммутации - обслуживает несколько базовых трансиверных станций BTS одновременно с помощью проводной, а иногда и беспроводной связи (радиорелейной, спутниковой). MSC (MTSO) устанавливает соединение в течение 10,0с между мобильными станциями MS, а также между устройствами стационарной связи (например, с телефонным аппаратом, включенным в ТфОП) и мобильными станциями (устройствами) сотовой сети. MSC (MTSO) выделяет для каждого соединения речевой канал, в течение 10,0с коммутирует (переключает) соединение и контролирует это соединение для осуществления биллинга (расчетов).

Функционирование системы сотовой связи 2GВключенная мобильная станция MS сканирует и, выбирая настроечный канал (самый сильный), начинает его "прослушивать". Мобильная станция MS автоматически выбирает антенну базовой трансиверной станции BTS той ячейки, в пределах которой она будет работать. Затем между центром мобильных телекоммуникаций MTSO (MSC) и мобильной станцией MS выполняется функция идентификации (опознания) MS и регистрации ее местонахождения. Эта процедура периодически повторяется для "слежения" за передвижением MS. Если мобильная станция MS входит в зону действия новой ячейки, вновь выбирается антенна базовой трансиверной станции BTS и процесс повторяется. Вызов с мобильной станции MS начинается с передачи номера вызываемой MS по предварительно выбранному настроечному каналу в базовую станцию BTS, которая в свою очередь направляет запрос в центр коммутации мобильной связи MTSO. MTSO (MSC) может устанавливать следующие типы соединений: -между мобильными станциями MS своей зоны; -между мобильными станциями MS, находящимися в разных зонах по выделенным каналам связи или каналам телефонной сети общего пользования (ТфОП). Если устанавливается соединение с мобильной станцией MS, центр коммутации MTSO отправляет адресное сообщение конкретной BTS в зависимости от номера вызываемой MS, выбирает подходящий канал для информационного обмена внутри ячейки каждой базовой станции BTS и уведомляет каждую базовую станцию BTS.

235

та ТфОП Базовая

трансиверная станцияBTS

Базовая трансиверная станцияBTS

MS

MS

GMSC

Базовая станция BTS в свою очередь уведомляет вызываемую мобильную станцию MS, которая настраивается на выделенный ей канал, в результате чего осуществляется информационный обмен (речь, данные). Если мобильная станция MS во время соединения выходит за пределы одной ячейки и входит в зону действия другой, информационный канал заменяется с помощью новой базовой станции BTS в новой ячейке на другой без перерыва действия связи между пользователями. При отбое со стороны одной из MS, участвовавших в информационном обмене, уведомляется центр коммутации мобильной связи MTSO, который освобождает информационные каналы обеих базовых трансиверных станций BTS. Возможны случаи, когда из-за слабого сигнала или интерференции, базовая станция BTS не может поддерживать требуемое качество каналов, она уведомляет об этом центр коммутации мобильной связи MSC (MTSO), который в свою очередь осуществляет разъединение установленного соединения.

Системы сотовой связи второго поколения 2G полностью цифровые, т.е. для передачи данных и оцифрованной речи предоставляются цифровые информационные каналы, но не последняя миля, где аналоговый режим передачи.Обмен информацией между мобильной станцией MS и базовой трансиверной станцией BTS осуществляется в аналоговой форме, поэтому цифровые сигналы (речь, видео, данные) должны быть преобразованы в аналоговую форму. Четыре этапа аналого-цифрового преобразования сигнала:- фильтрация (речевой спектр 4,0кГц - ФНЧ);- дискретизация аналогового сигнала (частота дискретизации - 8,0кГц);- компрессирование с квантованием (8 равномерных шагов квантования);- кодирование квантованного сигнала (последовательность битов). Функциональная схема преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал

Аналоговый сигнал Цифровые данные Аналоговый сигналВ цифровых системах сотовой связи каждый канал в одной ячейке может быть одновременно использован несколькими пользователями, благодаря схеме множественного доступа с временным разделением (каналов) - TDMA и схеме множественного доступа с кодовым разделением (каналов) -CDMA.

Основные характеристики сотовых систем связи второго поколения - 2G

Параметры GSM 900 / GSM 1800 IS-136(D-AMPS)

IS-95 (CDMA)

Год внедрения 1990 1991 1993Полоса частот для передачи сигнала от базовой станции, мГц 935 - 960 869 - 894 869 - 894Полоса частот для передачи сигнала от мобильного устройства, мГц

890,0 - 915,0 824 - 849 824 - 849

Полоса часот между исходящим и нисходящим каналом, мГц 45,0 (GSM 900); 95,0 (GSM1800) 45,0 45,0Ширина полосы частот канала, кГц 200,0 30,0 1250,0Количество дуплексных каналов в обоих направлениях 124+124=248; 187+187=374 790 + 42 20

236

Аналого-цифровой преобразователь

Цифро-

аналоговый преобразо-ватель

Максимальная мощность мобильного устройства, Вт 20,0 3,0 35,0Количество пользователей на один канал 8 3 35Скорость передачи данных в одном канале, мс 156,25:4,615=33,8 Общая скорость по всем временым интервалам в кадре, кбит/с

33,8 х 8 = 270,4

Скорость кодирования, кбит/с 13,0 8,0 8,0; 4,0; 2,0; 1,0

Технология модуляции FDMA+TDMA (ЧМ + множ. доступ с временным разделением каналов); CDMA - множ. доступ с кодовым разделением каналов)

FDMA+TDMA

CDMA+TDMA

Количество логических каналов (число слотов - временных интервалов GSM - в кадре TDMA)

8

Максимальный радиус ячейки, км 35,0 20,0 50,0Максимальная скорость движения мобильного устройства, км/час (м/с)

250,0 (69,4)

Максимальная длительность 1-го слота (врем. интервала), мс 0,577Максимальная длительность кадра, мс 0,577 х 8слотов = 4,615Средняя продолжительность одного соединения, с 130,0 130,0 130,0Число битов во врем. интервале: информац. / сигнальных 148 + 8,25 - всего 156,25

Слот TDMA - Time Division Multiple Access - множественный доступ с временным разделением (каналов) в сотовых системах связи второго поколения - 2G

а) Временнáя схема поля Данные Настроечная Данные Защитная

последовательность полоса

0,57мсб) Пространственная схема поля

Архитектура сетей сотовой связи на примере глобальной мобильной системы GSM второго поколения - 2G

Архитектура сети GSM

237

0,24мс 0,06мс 0,24мс 0,03мс

49бит 15бит 49бит 8бит

MS-

мобильная станция (у-во)

MS -

мобильная станция (у-во)

МЕ ME

MS SIM

MS SIM

Интерфейс Um

(радиоинтерфейс)

Интерфейс Аbis

Интерфейс A

где:- МЕ - мобильное оборудование- MS - мобильная станция- SIM - Subscriber Identity Module - модуль идентификации абонента (SIM-карта), без которого MS работать не будет- HLR - Home Location Register - регистр собственных абонентов - регистр исходного положения ("домашних" абонентов). В нем - вся информация о пользователях, данные о текущей зоне местонахождения, оплаченные услуги, ключи аутентификации - эта информация нужна для идентификации пользователя во всемирных сетях GSM. Как только MS покидает текущую зону местонахождения LA, данные в регистре HLR обновляются.- GMSC – шлюз между мобильным центром коммутации и другими сетями фиксированной и мобильной связи

- VLR - Visitor Location Register - регистр визитеров (гостей) - регистр местонахождения посетителей "гостей" сети с динамической базой данных, которая копируется из регистра HLR о конкретном пользователе в зоне местонахождения LA мобильной станции MS. Такая иерархия регистров VLR и HLR позволяет избежать частых обновлений HLR и передачи данных о пользователе на большие расстояния.- ОМС - Operation and Maintenance Centre - центр оперативной эксплуатации (аналог TMN - сети управления телекоммуникациями) отвечает за управление и контроль всех объектов сети GSM через интерфейс "О"

238

Подсистема базовых станций - BSSBTS -Базовая трансиверная станция + антенна

BTS - Базовая трансиверная станция + антенна

BSC - Контроллер базовых станций

Сетевая подсистема

MSC - Центр коммутации мобильных служб

VLR

ТфОП

HLREIR AuC

ОМС

Центр обслуживания

вызовов и технической эксплуатацииЦТЭ

СПДсеть передачи

данных

СПД (PDN): PDH, SDH

ISDN (ЦСИО)

GMSC

( для сетей передачи данных Х.25 - через сеть сигнализации ОКС 7, или SS7), управление безопасностью, ведение расчетов (биллинг), мониторинг информационного обмена и т.д.AuC - центр аутентификации - для обеспечения конфиденциальности пользователей и защиты передачи данных, содержит алгоритмы аутентификации и ключи шифров, генерирует значения, необходимые для аутентификации пользователя в регистре HLR, частью которого и является сам центр аутентификации AuC.EIR - регистр опознавания оборудования - в нем хранятся списки действующего и неисправного оборудования, идентификация всех устройств, зарегистрированных для конкретной сети GSM. Так как мобильные станции MS - портативные устройства, их легко потерять, а другому лицу, у которого есть действующий SIM - Subscriber Identive Module - модуль идентификации абонента (или просто: "SIM-карта"), использовать найденную мобильную станцию MS. Поэтому в регистре EIR содержится "черный" список (украденных или блокированных MS), "серый" список - мобильные станции MS на контроле, "белый" список - санкционированные пользователи.Um - самый интересный радиоинтерфейс системы GSM, который обеспечивает механизмы уплотнения и доступа к среде. Um - интерфейс "U" цифровой сети с интеграцией услуг - ЦСИО (ISDN), приспособленный к мобильному окружению. Этот интерфейс обеспечивает связь между мобильной и базовой станциями.Abis - интерфейс состоит из соединений (каналов) с пропускной способностью 16,0кбит/с или 64,0кбит/с.

Функции базовой трансиверной станции - BTS и контроллера базовых станций - BSC в подсистеме базовых станций - BSS в сети сотовой связи GSM второго поколения 2GФункции BTS BSCУправление радиоканалами +Переключение частоты (канала) + +Управление наземными каналами +Соединение наземных каналов с радиоканалами +Кодирование и декодирование сигналов +Адаптация скорости передачи +Шифрование и дешифрование + +Поиск мобильных станций MS + +Измерение исходящего сигнала +Измерение информационного обмена +Аутентификация +Регистрация и обновление данных о местонахождении MS +Управление переключением базовых станций +В системе GSM схема SDMA - множественного доступа с пространственным разделением (каналов) реализуется с помощью ячеек и станций BTS. Каждой MS - мобильной станции назначается станция BTS, а для разделения нисходящего, или обратного, или входящего (от наземной базовой станции к мобильной станции или спутнику) и исходящего, или прямого (от мобильной станции или спутника - к наземной базовой станции) канала связи используется FDD - Frequensy Division Duplex - дуплекс с частотным разделением, т.е. множественный доступ с частотным уплотнением каналов (FDMA).

239

Для доступа к среде применяется объединенная схема TDMA и FDMA - схемы множественного доступа соответственно с временным и частотным разделением (каналов). В системе GSM 900 схема FDMA использует 124 канала в каждом направлении (всего 248 каналов) шириной по 200,0кГц, в системе GSM 1800 - 187+187 в каждом направлении (всего 374 канала). Каждый из 248 каналов дополнительно делится по времени на кадры FDMA, т.е. каждый диапозон шириной 200,0кГц делится на кадры, которые непрерывно следуют один за другим. Продолжительность кадра составляет 4,615мс. Кадр делится на 8 слотов (временных интервалов) GSM, при этом каждый интервал представляет собой физический канал TDM с временным разделением. Таким образом, каждый канал TDM каждые 4,615мс занимает несущую частоту шириной 200,0кГц на время:

4,615 мс : 8 временных интервалов = 577 мкс = 0,577 мс

Данные передаются пакетами емкостью 148бит (нормальный пакет) каждый продолжительностью 546,5мкс, оставшиеся 30,5мкс (577,0мкс - 546,5мкс = 30,5мкс) используются как защитный интервал, для избежания перекрытия с другими пакетами и для возможности включения и выключения передатчика. Максимальная скорость передачи данных определяется, исходя из заполнения всего временного интервала битами. За 577,0мкс передается 156,25бит, следовательно, максимальная физическая скорость передачи данных в каждом канале TDM составляет:

156,25 бит : 4,615 мс (0,004615 с ) = 33,8 кбит/с ;

Общая скорость по всем 8 временным интервалам:

33, 8кбит/с · 8 слотов = 270,4 кбит/с .

Схема использования временного уплотнения - структуры кадров временного уплотнения - системы GSM (интервалы и пакеты). Иерархия кадров. Структурирование времени с помощью иерархии кадров.

1 гиперкадр = 2048 суперкадров=2715648кадров =12533,76с=3час 28мин 53,76с

1суперкадр=51мультикадр=1326кадров=6,12с;1суперкадр=26мультикадр=1326кадров=6,12с

240

0 1 2 3 ... 2046 2047

0 1 2 ... 49 50 0 1 2 ... 24 25

1мультикадр=26 кадров=120,0мс; 1 мультикадр=51 кадр=235,4мс

1 кадр = 8 слотов (временных интервалов) = 4,615мкс

1 слот (временной интервал) = 156,25бит · 4,615мкс = 577мкс

Биты шлейфа Метки S Биты шлейфа Защитные биты - защитный интервал

Нормальный пакет - это слот (временнóй интервал 156,25бит) минус защитный интервал (8,25бит):

156,25 бит - 8,25 бит = 148,0 бит

- Метки S указывают на тип информации в поле полезной нагрузки: либо пользовательские данные, либо данные управления сетью. - Защитные биты ( интервал 8,25бит) используются в целях избежания наложения пакетов данных вследствие разброса по времени задержек в тракте. - Формат слота (временнóго интервала) называется нормальным пакетом и несет пользовательские данные. Для управления передачей сигналов используются другие форматы пакетов.- Максимальная скорость передачи данных в канале 33,8кбит/с - Номинальная скорость передачи информационных данных в канале 22,8кбит/сВ GSM допускаются информационные каналы половинной скорости передачи данных (когда есть 2 информационных канала, каждый из которых занимает один слот в 12 и 26 кадров). Если используются кодеры речи с половинной скоростью передачи данных, пропускная способность системы удваивается.- Настроечная последовательность (26 битов) внутри временного интервала (нормального пакета - 148,0бит) нужна для того, чтобы приспособить параметры приемника к характеристикам пути (маршрута) распространения. При многолучевом распространении сигналов с помощью настройки выбирается самый сильный сигнал.

Кроме нормального пакета (148,0бит), в стандарте ETSI,1993а определено еще четыре типа пакетов для передачи данных:- пакет коррекции частоты для избежания помех соседних каналов;- пакет синхронизации, содержащий расширенную настроечную

последовательность, служит для синхронизации во времени мобильной станции MS и базовой трансиверной станции BTS;

- пакет доступа необходим для первоначального установления соединения между BTS (базовой трансиверной станцией) и MS (мобильной станцией);

- холостой пакет используется в случае, когда данные для передачи не доступны.

241

0 1 2 ... 24 25 0 1 2 ... 49 50

0 1 3 4 5 6 7

3 57бит полезная нагрузка 1 26 бит настройки 57бит полезная нагрузка1 3 8,25

В системе GSM 900 разность частот (между полосой частот исходящей линии связи и полосой частот нисходящей линии связи) составляет 45,0мГц,В системе GSM 1800 со схемой FDD - Frequency Division Duplex - 95,0мГц.

Кадры TDMA сдвинуты во времени на три интервала 0,577мс, мобильная станция MS получает доступ к первому интервалу исходящего канала в момент времени:

t 0 + 3 ·577,0мкс,поэтому мобильной станции не нужен полнодуплексный передатчик - достаточно полудуплексного передатчика с переключением прием/передача.После каждого кадра мобильная станция MS системы GSM и базовая трансиверная станция BTS могут изменять свою несущую частоту в соответствии с общей последовательностью перескоков (так называется механизм медленного, плавного переключения частоты). Мобильная станция MS изменяет свою частоту между интервалами исходящего и нисходящего каналов. Уплотнение в сетях сотовой связи второго поколения 2G

Уплотнение с пространственным разделением каналов (SDM - Space Division Multiplexing)Каналы разделяются между собой пространством, называемым защитным интервалом, который необходим во всех четырех способах уплотнения: в пространстве, во времени, по частоте и по коду. В случае беспроводной передачи схема с пространственным разделением (каналов) SDM предусматривает использование отдельных передатчиков для каждого канала связи и довольно большие расстояния между передатчиками. Пространство расходуется в данном случае очень не эффективно и не экономно. Проблемы возникают при попытке установить в одной области пространства несколько каналов с одинаковой частотой, например, радиовещательных каналов в одном городеЭтот тип схемы уплотнения используется, например, в радиостанциях FM-диапозона (диапозона с частотной модуляцией), у которых зона передачи ограничена одним регионом. Так работают многие радиостанции во всем мире, но в разных регионах: на одной и той же частоте, без помех.

Уплотнение с частотным разделением (каналов) - FDM - Frequency Division Multiplexing в беспроводных сотовых сетях второго поколения 2G

Эта схема уплотнения очень проста: каждому каналу выделяется своя полоса частот, на которую настраивается передатчик. При этом каждая мобильная станция MS имеет собственную частоту, которую может использовать беспрерывно. Для избежания перекрытия полос частот (помех соседних каналов) необходимо предусмотреть защитные интервалы. Подобные схемы используются радиостанциями, работающими в одном регионе - достаточно лишь настроить приемник на частоту передатчика.

242

Существенным недостатком применения этого способа уплотнения в мобильной связи является чрезвычайно низкая загрузка канала: радиостанции работают круглосуточно, а мобильная связь используется несколько минут в день. Поэтому в сетях беспроводной связи такие схемы в "чистом" виде не нашли применение.

Уплотнение с временным разделением (каналов) - TDM - Time Division Multiplexing в беспроводных сотовых сетях второго поколения 2G

Эта схема уплотнения предусматривает выделение каждому каналу на определенное время всей полосы частот, т.е. все передатчики используют одинаковую частоту, но в различные промежутки времени. Эти промежутки времени также как и в предыдущих схемах разделены защитными интервалами. Чтобы исключить помехи, нужна точная синхронизация, которую довольно трудно обеспечить из-за отсутствия точного времени во всех передатчиках и необходимости поймать правильный промежуток времени приемником (помимо настройки частоты). Достоинством этой схемы является возможность выделять бóльшее время передатчикам с большой нагрузкой и малое время - передатчикам с малой нагрузкой.

Схемы с временным разделением (каналов) TDM, как правило, объединяют со схемами с частотным уплотнением (каналов) FDM. В этих схемах каждому каналу выделяется конкретная полоса частот на конкретный промежуток времени. Защитные интервалы необходимы и во временном, и в частотном режимах уплотнения. Такие схемы более устойчивы к помехам и обеспечивают некоторую защиту от прослушивания (т.к. нужно знать последовательность частот передатчика). В стандарте мобильной связи GSM объединение частотного и временного уплотнения применяется для организации связи между мобильной станцией MS и базовой трансиверной станцией BTS. В этом случае в сетях сотовой связи между мобильной станцией MS и базовой трансиверной станцией BTS устанавливается дуплексный канал, для каждого из направлений: - от базовой станции BTS к мобильной станции MS (нисходящая линия связи); - от мобильной станции MS к базовой станции BTS (исходящая линия связи). В обоих направлениях связи используются разные частотные диапозоны.

Например, схема распределения частот в стандарте GSM 900 (900,0мГц):- все исходящие линии связи используют диапозон частот 890,2мГц -

915,0мГц;- все нисходящие линии связи используют диапозон частот 935,2мГц -

960,0мГц;fнисх = fисх + 45,0мГц fисх = 890,0мГц + n·0,2мГц ; fнисх = 935,0мГц + n· 0,2мГц где: n - номер канала связи.0,2мГц (200,0кГц) - диапозон частот каждого канала 45,0мГц - защитный интервал между исходящей и нисходящей линией связи

243

Всего: исходящих (от MS к BTS) каналов 124, нисходящих (от BTS к MS) каналов 124.

Недостатком этой схемы является необходимость согласования работы различных передатчиков, т.к. нужно одновременно управлять и последовательностью частот, и моментами времени, в которые происходит изменение этих частот ("перескок", или переключение канала, частоты). В противном случае передатчики будут создавать помехи друг другу. Схемы с кодовым уплотнением (каналов) - CDM - Code Division Multiplexing - в беспроводных сотовых сетях второго поколения 2G

Схема с кодовым уплотнением (каналов) CDM использовалась ранее только в военных целях, но в настоящее время широко применяется в гражданских беспроводных телекоммуникациях. При использовании схемы CDM все каналы используют для передачи одинаковую частоту в одно и то же время. Разделение каналов здесь достигается присвоением каждому каналу некоторого "кода". Защитные интервалы представляют собой коды, находящиеся в кодовом пространстве (которое практически бесконечно по сравнению с частотным пространством) на определенном "расстоянии" между собой, например, ортогональные коды (сдвиг на девяносто градусов). Присвоение индивидуального кода каждому передатчику не приводит к проблемам.

Главные и существенные недостатки схемы с кодовым разделением (каналов) CDM: -относительно высокая сложность приемника, который должен "знать" код и отделять канал с нужными данными от фонового шума (помех), состоящего из остальных сигналов и шума окружающей среды; -необходимость точной синхронизации передатчика и приемника для правильного декодирования сигнала.

Управление доступом к среде - MAC - Medium Access Control

Роль MAC аналогична правилам дорожного движения. Схема MAC относится к уровню управления каналами эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС) - DLC - Data Link Control - управление каналом передачи данных.

Упрощенная ЭМ ВОС - эталонная модель взаимосвязи открытых систем - сотовых систем связи (модель OSI) на примере сетей 2G - GSM

244

MS Um интерфейсы Abis интерфейсы А MSC мобильная станция центр коммутации мобильных служб

BTS BSC базовая контроллер баз. станции станция

16,0кбит/с 64,0кбит/с 2,048мбит/с

- Um - интерфейс U цифровой сети с интеграцией обслуживания ЦСИО (ISDN) приспособленный к мобильному окружению.- Abis - интерфейс состоит из соединений (каналов) 16,0кбит/с или 64,0кбит/с.- А - интерфейс состоит из соединений (каналов) 64,0кбит/с или 2,048мбит/с.В интерфейсах Abis и А используются дополнительные протоколы. Передача данных на физическом уровне обычно осуществляется с помощью систем ИКМ (импульсно-кодовой модуляции), предоставляющих в большинстве случаев стандартные цифровые каналы с пропускной способностью 64,0кбит/с. В системах GSM возможно объединение 4-х каналов 16,0кбит/с в отдельный канал 64,0кбит/с. Физический уровень интерфейса А чаще всего содержит выделенные линии связи емкостью (пропускной способностью) 2,048мбит/с.Передача сигналов между центром коммутации мобильных служб MSC и контроллером BSC базовой трансиверной станции BTS осуществляется через общеканальную систему сигнализации SS7 (ОКС 7). С помощью общеканальной сигнализации ЛКС 7 (SS7) передается вся управляющая информация между центром коммутации мобильных служб MSC, центром аутентификации AuC, центром эксплуатации и обслуживания OMC и регистрами HLR, VLR, EIR.Размер ячейки GSM может изменяться от нескольких сотен метров до 35,0км в зависимости от окружения (открытого пространства, зданий, горной местности и т.д.).Эталонная модель взаимосвязи открытых систем для сетей сотовой связи (ЭМ ВОС)- Физический уровень ЭМ ВОС - это самый нижний уровень любых телекоммуникационных систем. В беспроводных сетях на этом уровне выполняется частотная селекция, генерация несущей частоты, детектирование сигнала, модуляция данных на несущей частоте и кодирование. Между мобильной станцией MS и базовой трансиверной станцией BTS действует радиосвязь, между другими объектами используется стандартный цифровой канал со скоростью передачи 64,0кбит/с.

245

RRM - управление радиоресурсами

Сетевой уровеньRRM / BTSM

Сетевой уровеньBTSM / BSSAP

Физический уровень 64,0кбит/с

CМ - управление соединением

MM - управление мобильностью

BSSAP- прикладная часть BSS

Канальный уровеньLAPD / SS7

Канальный уровеньLAPDm / LAPD

LAPDm - протокол доступа к D-каналу

Физический уровень радиосвязь

СМ - управление соединением

Физический уровень

64,0кбит/с Физический уровень

радиосв./16,0кбит/с

ММ - управление мобильностью

SS7 - система сигнализации

- Канальный уровень ЭМ ВОС обеспечивает доступ к среде, уплотнение потоков данных, исправление ошибок передачи и синхронизацию передатчика с приемником. Этот уровень отвечает за соединение между двумя устройствами или соединением между одним передатчиком и несколькими приемниками. В системах GSM используется протокол управления каналом LAPDm - Link Acces Procedure - on the D chanel - сбалансированная процедура доступа к каналу D - сигнальному каналу 16,0кбит/с в цифровых сетях с интеграцией услуг - ISDN, который представляет собой модифицированную версию протокола LAPD для цифровой сети с интеграцией услуг - ISDN. Протокол LAPDm является развитием протокола LAPB - Link Acces Procedure Balanced - сбалансированная процедура доступа к каналу, это - бит-ориентированный протокол из стека протоколов Х.25. LAPB ведет свое начало от HDLC - Hing-Level Data Link Control - высокоуровневый протокол управления каналом. HDLC - бит-ориентированный протокол канального уровня ЭМ ВОС, основан на протоколе SDSL - Singe-line Digital Subscriber Line - одиночный цифровой абонентский канал - одна их четырех DSL-технологий, которая работает со скоростью 1,544мбит/с в обоих направлениях по одиночной витой медной паре, что ограничивает длину канала до 3048,8м. Остальные каналы используют обычный протокол LAPD, который разработан для преобразования некачественных по надежности каналов связи в надежные каналы передачи данных. Осуществляется это с помощью циклической проверки четности с избыточностью, которая проводится для обнаружения ошибок, а также повторов поврежденных кадров (пакетов).-Уровень управления радиоресурсами - RRM (ЭМ ВОС) отвечает за маршрутизацию пакетов и установку соединений через промежуточные системы. Здесь важными понятиями являются адресация, маршрутизация, определение местонахождения мобильного устройства и переключение между различными сетями. -Уровень управления мобильностью - MM (ЭМ ВОС) используется для установления сквозного соединения. Этот уровень отвечает за качество обслуживания и управление потоками. Протокол этого уровня отвечает за регистрацию, аутентификацию, идентификацию, обновление данных о местонахождении MS и обеспечение врéменной идентификации мобильной станции пользователя - TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identity. Временный код присваивается с помощью шифрования после идентификации в HLR-регистре. Временная идентификация мобильной станции MS заменяет международную идентификацию мобильной станции MS пользователя - IMSI - International Mobile System Identifier - международный идентификатор мобильной системы, который хранится в SIM-модуле, или SIM-карте мобильной станции MS. TMSI необходима для того, чтобы с помощью радиоинтерфейса скрыть личность пользователя мобильной станции MS. Для того чтобы определить свое местонахождение в глобальной мобильной системе GSM, мобильная станция MS передает идентификатор IMSI в базовую трансиверную станцию BTS, которая ищет пользователя в своем HLR-регистре. IMSI идентифицирует пользователя, а временный индикатор TMSI действует лишь в текущей зоне местонахождения регистра VLR.- Уровень управления соединениями - CM - Conection Management ЭМ ВОС содержит три объекта:- управление вызовами - СС - Call Control;- службу коротких сообщений - SMS - Short Message Serice;

246

- дополнительные службы - SS - Supplementary Service;Уровень управления соединением CM определяет местоположение той или иной телекоммуникационной службы, поддерживает мультимедийные приложения, адаптивные приложения, беспроводный доступ в Интернет с портативных и мобильных устройств, беспроводную передачу видеосигналов.

Схемы множественного доступа в беспроводных сетях сотовой связи второго поколения 2G

- SDMA - Space Division Multiple Access - множественный доступ с пространственным разделением (каналов). Мобильная станция MS может работать с несколькими базовыми трансиверными станциями BTS, но качество связи с каждой из них будет различным. Как правило, схемы SDMA используются не самостоятельно, а в сочетании с другими. Схема может быть использована на малых расстояниях, например радиостанции в диапозоне FM.- FDMA - Frequency Division Multiple Access - множественный доступ с частотным разделением (каналов). В сетях сотовой связи схемы FDMA используются для организации одновременного доступа к среде базовой трансиверной станции BTS и мобильной станции MS по дуплексному (двухстороннему) каналу связи. В этом случае для каждого из направлений - от мобильной станции MS к базовой станции BTS и наоборот - выделяются различные частоты. Такая схема называется дуплексом с частотным разделением каналов - FDD - Frequency Division Duplex.Например, в сетях сотовой связи GSM 900: -все исходящие частоты (прямой канал) находятся в полосе 890,2мГц - 915,0мГц; -все нисходящие частоты (обратный канал) находятся в полосе 935,2мГц - 960,0мГц. -полоса частот между полосами частот в прямом и обратном направлениях составляет 45,0мГц; -число каналов в каждом направлении - 124; -полоса (диапозон) частот каждого канала - 200,0кГц (0,2мГц).- TDMA - Time Division Multiple Access - множественный доступ с временным разделением (каналов). Схема TDMA в сравнении с предыдущей схемой FDMA является более гибкой. Она включает в себя все технологии, использующие распределение интервалов времени, т.е. временное уплотнение (логические каналы). В этом случае приемник работает на одной и той же частоте. Схемы передатчика и приемника существенно упрощаются, но прослушать каналы на одной и той же частоте разделенные по времени значительно проще, чем в случае использования частотного разделения. В схеме с временным разделением каналов - TDMA необходимо обеспечить синхронизацию передатчика и приемника во времени. В случае динамического распределения интервалов времени необходимо использовать идентификацию (например, указывать адрес передатчика). В схемах фиксированного распределения интервалов времени использовать идентификацию не нужно, но пропускная способность системы в целом снижается. Поэтому для обеспечения гибкости пропускной способности схемы TDMA и FDMA объединяются.

247

Схемы TDMA с фиксированным доступом (фиксированным распределением интервалов) используются во многих цифровых мобильных телекоммуникационных системах: GSM, IS-54 (PСS), IS-136 (AMPS), DECT и др. - для организации доступа и установления дуплексного канала между мобильной и базовой станциями.

Пример дуплекса с временным разделением (каналов) в беспроводной телекоммуникационной системе стандарта DECT:Схема распределения сигналов повторяется каждые 10,0мс, т.е. каждый выделенный временной интервал имеет продолжительность 417,0мкс.Этот способ обеспечивает каждой мобильной станции доступ к среде каждые 10,0мс, причем независимо от других соединений.Базовая станция использует 1 из 12 доступных временных интервалов для нисходящей связи

417мкс BTS

Нисходящие линии связи Исходящие линии связи

MS

Мобильная станция MS использует 1 из следующих 12-ти временных интервалов для исходящей связи. Таким образом, работа нисходящей и исходящей линий связи разделена во времени. Фиксированные схемы доступа на примере системы DECT идеально подходят для связи с постоянной скоростью передачи данных.

- CDMA - Code Division Multiple Access - множественный доступ с кодовым разделением (каналов). В схемах с кодовым разделением каналов - CDMA - коды (уникальная последовательность битов) используются для разделения мобильных станций MS различных пользователей в кодовом пространстве. Коды позволяют получить доступ в общую среду без помех. Главное найти такие ортогональные (уникальные, отличные от всех остальных) коды, которые позволят отделить полезный сигнал от шума, создаваемого окружающей средой и остальными сигналами. Для увеличения пропускной способности системы (увеличения емкости ячейки) схему CDMA используют в комбинации со схемами FDMA и TDMA. В отличие от других схем технология CDMA обладает преимуществом простоты переключения (каналов связи) и плавно изменяющейся емкостью ячеек. Переключение каналов обусловлено коммутацией между двумя соседними ячейками, т.е. организацией связи (установлением соединения) одновременно с двумя соседними базовыми трансиверными станциями BTS, т.к. используются одинаковые коды, что и обеспечивает "мягкое" переключение.

Сравнение технологий SDMA, TDMA, FDMA, CDMASDMA TDMA FDMA CDMA

248

1 1211...3211211...32

множественный доступ с пространственным разделением (каналов)

множественный доступ с временным разделением (каналов)

множественный доступ с частотным разделением (каналов)

множественный доступ с кодовым разделением (каналов)

Идеология Разбиение пространства на секторы

Разбиение времени передачи на непересекающиеся интервалы (фиксированные или выделяемые по запросам)

Разбиение полосы частот на непересекающиеся полосы

Расширение спектра с использованием ортогональных кодов (отличных от других кодов)

Мобильныестанции - MS, (телефоны, устройства, терминалы)

В одном секторе активной может быть только одна MS

Все MS используют одинаковую частоту и активны в течение коротких интервалов времени

Каждая MS имеет собственную частоту, ее работа не влияет на работу других MS

Все MS могут работать непрерывно в одно и то же время, не создавая помех друг другу, т.к. MS присваиваивается уникальная последова-тельность битов (код)

Разделение сигналов

Схема из отдельных секторов (ячеек) и направленных антенн

Синхронизация во временнóй области

Фильтрация частот Кодирование и применение специальных приемников

Преимущества Схема очень простая, можно увеличивать число абонентских устройств на единице площади

Схема очень гибкая, полностью цифровая

Схема простая, устойчивая к помехам

Схема гибкая, не требует планирования, простота переклю-чений каналов

Недостатки Схема не достаточно гибкая, антенны, как правило, фиксированные

Схеме нужны защитные временные интервалы, проблемы с качеством синхронизации

Схема имеет ограниченные частотные ресурсы, низкую гибкость

Схема предусматривает производство сложных приемников, необходимость контроля мощности MS

Рекомендации Схема полезна только в сочетании со схемами FDMA, TDMA или CDMA

Схема стандартная, используется в стационарных сетях, в беспроводных сетях применяется только со схемами SDMA и FDMA

Схема объединяется со схемами: TDMA - для переключения частот; SDMA - для повторного использования частоты

Высокая сложность,в перспективе должна будет интегрироваться со схемами FDMA и TDMA

Гибкая емкость систем CDMA заключается в том, что в ячейку можно добавлять все большее число пользователей, т.к. кодовое пространство практически безгранично. Этого невозможно обеспечить в системах FDMA и TDMA.Защита от ошибок-Автоматический запрос повторной передачи (ARQ - Automatic Repeat Request);-Создание защитных интервалов между отдельными мобильными станциями MS в схеме множественного доступа с кодовым разделением каналов - CDMA;-Резервирование в схеме множественного доступа с временным разделением каналов - TDMA (создание мини-интервалов для каждой мобильной станции); -Блочные коды с коррекцией ошибок: коды Хемминга, циклические коды (коды БХЧ), чередование блоков и другие; -Добавление бита четности в конце каждого блока данных:Например, один бит - единица (бит четности) добавляется к 7-битовому знаку. В результате добавления получается 8-битовый знак, при этом необходимо отметить следующее:

-положительная четность - если сумма всех единиц в знаке имеет положительное значение, следовательно, ошибки нет - используется в синхронных системах;-отрицательная четность - если сумма всех единиц в знаке имеет отрицательное значение (нечетность), ошибки нет - используется в асинхронных системах.

249

Сети сотовой связи поколений 1G, 2G - стандарты:

-GSM 900 - Global System for Mobile communication - глобальная мобильная система связи;-DCS-1800 - Digital Cellular System - цифровая сотовая система (уже не используется);-AMPS и D-AMPS - стандарты усовершенствованной системы мобильной телефонной связи (соответственно: аналоговый и цифровой);-NMT - "скандинавский" стандарт мобильной аналоговой телефонной сети, работает на несущей частоте 450,0мГц (NMT 450);

250

-GPRS - сервис пакетной радиосвязи - разработанный институтом ETSI сервис, который используется для пакетной передачи данных в цифровых сетях мобильной связи GSM;-3G - группа стандартов третьего поколения сетей мобильной связи;-CDMA - множественный доступ с кодовым разделением (каналов), а также базирующиеся на CDMA стандарты, обеспечивающие преемственность других стандартов: CDMA -2000, Global CDMA1, Global CDMAII, UTRA, W-CDMA и т.д. Современный рынок сетей сотовой связи предлагает своему потребителю широкий выбор аппаратуры различных стандартов. Самый молодой стандарт (внедрен в 1995г., Гонконг) из них CDMA, технологически более сложный стандарт, все чаще встречается на российском рынке связи. На базе этого стандарта создаются как сети подвижной связи, так и сети фиксированной связи.

Основные сравнительные характеристики цифровых систем сотовой связи второго поколения - 2G .

Наименование характеристик GSM-900/GSM -1800 D-AMPS CDMA1. Полоса частот, мГц - от базовые станции 935,0-960,0 / 869,0-894,0 869,0-894,0 (нисходящий поток) 1805,0-1880,0 - от мобильные станции 890,0-915,0 / 824,0-849,0 824,0-849,0 (исходящий поток) 1710,0-1785,0 2. Радиус ячейки, км 0,5 –35,0 0,5 –20,0 нет – 50,03. Скорость передачи, кбит/с 13,0 8,0 8,55

Технология CDMA сегодня доминирует на рынке беспроводной связи в США, Канаде, Японии, Китае и др. (всего: в более чем 70-ти странах мира пользуются этой технологией более 300,0млн. человек). Внедряемые системы радиотелефонной связи третьего поколения 3G, а точнее - 2,5G, ориентированы в основном на различные варианты CDMA. Технология CDMA имеет значительно бóльшую емкость, чем технология усовершенствованной системы мобильной связи - AMPS. По сравнению с GSM, системы множественного доступа с кодовым разделением (каналов) - CDMA требуют в три раза меньше базовых трансиверных станций BTS для одной и той же зоны покрытия, но их стоимость значительно выше, чем в других системах сотовой связи. Уменьшение общего числа BTS приводит к снижению затрат на развитие сети. Услуги, оказываемые пользователям системами CDMA, более качественные, чем в других сетях сотовой связи, аналогичны тем, что предоставляются пользователям сетей GSM: служба коротких сообщений SMS, конференц-связь, АОН, переадресация вызова, факсимильная связь, доступ в Интернет и другие.

Сети сотовой связи третьего поколения - 2,5G - 3G

Сети сотовой связи третьего поколения - 3G - разрабатываются с целью получения высокоскоростных беспроводных средств не только для передачи речи, но также данных и видео.

251

По инициативе МСЭ-Т (ITU-T) определена следующая концепция реализации возможностей систем сотовой связи третьего поколения:- высокое качество речи, сравнимое с качеством речи в ТфОП (телефонной сети

общего пользования) и прежде всего обеспечение нормативов на задержку при передаче-приеме речи (25,0мс - фиксированная связь, 260,0мс - спутниковая связь);

- высокая скорость (свыше 200,0км/час) передвижения мобильных станций MS, которым доступна скорость передачи данных 14,40÷115,0кбит/с (CDMA One), в пределах довольно большой зоны доступа, а для стоящих или медленно передвигающихся мобильных станций MS - 384,0÷1500,0кбит/с;

- скорость передачи данных для MS в офисах - 2,048мбит/с (CDMA 2000);- передача данных может быть симметричной и асимметричной

(универсальность); - поддержка связи как с коммутацией пакетов, так и с коммутацией каналов

(универсальность);- наличие адаптивного интерфейса с Интернет, который позволяет эффективно

отразить асимметрию трафика: исходящего (от мобильных к базовым станциям) и нисходящего (от базовых к мобильным станциям);

- эффективное использование всего допустимого спектра частот;- поддержка многообразия мобильного оборудования (универсальность);- гибкость системы при внедрении новых услуг и технологий (универсальность).-Универсальность - главная черта современных телекоммуникационных технологий:- один счет на оплату любых телекоммуникационных услуг по всему миру;- один абонентский терминал с удобным доступом в любую

телекоммуникационную систему, службу;- единый код доступа в любую открытую систему;- и т.д.В перспективе планируется цифровая технология с возможностью множественного доступа с временным (TDMA) и/или кодовым (CDMA) разделением каналов, что позволяет эффективно использовать спектр частот и, следовательно, обеспечивать высокую пропускную способность. Эти концепции глобальной мобильной связи (GSM) называются персональными службами связи (PCS) и персональными сетями связи (PCN), а их реализация - является задачей беспроводных систем третьего поколения - 3G.Мобильные телефоны (мобильные станции, терминалы) PCS должны иметь мéньшую мощность и быть относительно маленькими и легкими.

252

Одной из ключевых особенностей системы GSM является автоматическая всемирная идентификация (навигация) пользователей: системе всегда известно, где находится мобильная станция MS пользователя, поэтому телефонные номера действительны в любой точке земного шара. Для обеспечения такой услуги в системе GSM информация о местонахождении пользователя периодически обновляется, даже тогда, когда мобильная станция MS, находящаяся всегда в активном состоянии, не используется. Мобильная станция MS (при наличии в ней SIM-модуля, или карты) остается зарегистрированной в сети GSM и полностью не отключается. Данные о текущем местонахождении мобильной станции MS постоянно содержатся в регистре HLR, а с помощью регистра VLR, отвечающего за мобильную станцию MS, учитывается изменение ее местоположения. Когда MS попадает в зону действия другого регистра VLR, ему сразу же передаются необходимые данные из регистра HLR.

Изменения в регистре VLR, при которых все службы остаются доступными мобильной станции MS, называется роумингом (roaming).

Роуминг может осуществляться в сети одного Оператора связи (поставщика услуг), а также между двумя сетями (поставщиками услуг) внутри одной страны и между сетями (поставщиками услуг) разных стран.Общегосударственный роуминг обычно не поддерживается.Чтобы определить местонахождение мобильной станции MS и установить связь с ней, нужно присвоить этой MS несколько номеров:- Международный номер MS цифровой сети с интеграцией обслуживания

(ISDN) - MS ISDN (Mobile Station International ISDN Number) - структура номера определяется стандартом Е.164 МСЭ-Т - международного союза электросвязи, сектор телекоммуникаций, (или другая аббревиатура: Mobile Subscriber ISDN Number - номер ISDN мобильного телефона). Этот стандарт используется в стационарных сетях ISDN.

Международный номер ISDN мобильной станции MS: MS ISDN состоит из:- кода страны (СС); - национального кода адресата (NDC), т.е. адреса (кода) сети и регистра HLR;- номера телефона (SN). Специальные префиксы: "8" и "00" и другие в нумерацию не входят.

253

Функциональная схема установления соединения между абонентскими устройствами ТфОП и ССС GSM

где:ТА - стационарный телефонный аппарат.MS -мобильная станция (мобильный телефон) сети GSM.GMSC –Gatewey Mobile (Service) Switching Center (MSC) – шлюз мобильного центра коммутации. AuC – центр аутентификации.

- Этап 1: Пользователь набирает номер мобильного телефона GSM с любого телефона (мобильного или стационарного)- Этап 2: Телефонная сеть общего пользования (ТфОП) определяет с помощью

кода, что номер принадлежит сети GSM и переадресовывает соединение к шлюзу GMSC.

- Этап 3: Шлюз GMSC определяет регистр абонента HLR, который закодирован в телефонном номере, и посылает в этот регистр сигнал установки соединения.

- Этап 4: Регистр HLR проверяет наличие нужного номера и доступ пользователя к требуемой услуге, затем запрашивает из текущего регистра VLR номер MSRN - номер роуминга мобильной станции MS, который является временным адресом, скрывающим личность пользователя и местонахождение MS - этот адрес генерируется регистром VLR и сохраняется в регистре HLR.

- Номер MSRN включает гостевой код страны (VCC), гостевой код адресата (VNDC), идентификацию текущего мобильного центра коммутации MSC и номер мобильного телефона пользователя.

- Этап 5: Регистр HLR определяет, какой из мобильных центров коммутации MSC отвечает за связь с конкретной мобильной станцией MS и направляет эту информацию в шлюз GMSC.

- Этап 6: Шлюз GMSC переадресовывает запрос установки соединения в нужный мобильный центр коммутации MSC.

- Этап 7: MSC отвечает за само установление соединения.- Этап 8: MSC запрашивает из регистра VLR информацию о текущем состоянии

мобильной станции MS (свободная, занята другим соединением, отключена и т.д.).

254

ТА ТфОП

HLR

BSS: BTS, HLR, VLR, EIR

BSS

GMSC

BSS

MSC

VLR

MS

AuC

- Этапы 9 и 10: Если мобильная станция MS доступна, мобильный центр коммутации MSC инициирует ее поиск во всех своих ячейках.

- Этап 11: Базовые трансиверные станции BTS всех подсистем BSS (всех ячеек) посылают поисковый сигнал в мобильную станцию MS.

- Этапы 12 и 13: После ответа вызываемого абонента регистр VLR производит проверку безопасности (устанавливает шифрование и т. д.)

- Этапы 14 -17: Регистр VLR направляет сигнал в MSC об установлении соединения с мобильной станцией MS.

Установление соединения с мобильного телефона на мобильный телефон или телефон, включенный в ТфОП значительно проще, чем вышеописаный пример.

Пример установления соединения при вызове с мобильной станции MS

где:ТА - стационарный телефонMS - мобильный телефон (мобильная станция)

Мобильная станция MS посылает запрос на установление соединения, подсистема BSS переадресовывает этот запрос в текущий центр MSC, который проверяет права пользователя на доступ к данной услуге, проверяет наличие свободных ресурсов сетей GSM и ТфОП и устанавливает соединение между мобильной станцией MS и ТА (телефонным аппаратом) ТфОП. Кроме установления соединения происходит информационный обмен между мобильной станцией MS и базовой трансиверной станцией BTS в обоих направлениях. Дальнейшим шагом является выбор свободного канала случайного доступа (RACH). Следующие шаги (этапы) нужны для обеспечения безопасности (аналогично предыдущему примеру): - включение аутентификации мобильной станции MS;- переключение на шифрованную связь;- подключение канала информационного обмена TCH для передачи

пользовательских данных (например, речи, факсимильных сообщений). Каналы TCH подразделяются на два основных класса: полноскоростные (TCH/F) каналы с пропускной способностью 22,8кбит/с и полускоростные (TCH/H) каналы с пропускной способностью 11,4кбит/с;

- после подтверждения установления соединения обе стороны могут обмениваться сообщениями;

- после окончание соединения включается сообщение о разъединении, канал освобождается.

255

ТА ТфОП

GMSC

BSS

MSC

VLR

MS

Аутентификация (authentikos - "подлиный", "исходящий от первоисточника" - греч.) в ее основу положены данные, содержащиеся в SIM-карте (модуле) мобильной станции MS:- индивидуальный ключ аутентификации - Кi (хранится в AuC и SIM-карте) - идентификатор абоента - IMSI- кроме этого, для аутентификации применяется схема "вызов-отклик", когда

регистр AuC посылает 128-битовое число - случайное значение - RAND (случайные значения RAND, отмеченные откликом SRES, генерируются центром AuC) в модуль SIM, который после расчетов по формуле: RAND х К i отвечает 32-битовым откликом - SRES.

Идентификация ("identificare" - отождествлять - лат.) регистр VLR посылает случайное значение RAND (случайные значения RAND, отмеченные откликом SRES, генерируются центром аутентификации AuC) в модуль SIM, который отвечает откликом SRES.Кодирование (шифрование) - все сообщения в системе GSM кодируются (шифруются) базовой трансиверной станцией BTS с использованием ключа шифра Кс, который генерируется из индивидуального ключа Кi и случайного номера с помощью специального алгоритма (А8). Сам ключ Кс через радиоинтерфейс не передается.

Переключение внутри ячейки (максимальный радиус - 35,0км) в GSM возможно из-за узкополосных помех. В этом случае контроллер BSC подсистемы BSS может изменить несущую частоту и переключить соединение на этот канал.

Переключение ячеек в зоне действия одного контроллера BSC в GSM - самое распространенное переключение: мобильная станция MS переходит из одной ячейки в другую, но находится в зоне управления одного и того же контроллера BSC, который осуществляет переключение, выделяет радиоканал в новой ячейке и освобождает прежний радиоканал.

Переключение контроллеров BSC в зоне действия одного мобильного центра коммутации MSC связано с тем, что контроллер BSC управляет ограниченным числом ячеек. Это переключение осуществляет мобильный центр коммутации MSC.

Переключение мобильных центров коммутации MSC осуществляется в том случае, когда требуется переключение двух ячеек, относящихся к разным центрам коммутации MSC. В этом случае переключение осуществляется обоими центрами коммутации MSC.

Базовая трансиверная станция BTS и мобильная станция MS периодически измеряют качество (уровень сигналов и количество ошибок за единицу времени) исходящего и нисходящего каналов соответственно, усредняет эти величины, сравнивает их с пороговыми значениями с некоторой задержкой во избежание эффекта "пинг-понга" - исключения процессов переключения каналов при очень кратковременных помехах.

256

GPRS-General Packet Radio Service - сервис пакетной радиосвязи (общая пакетная радиослужба) в сетях сотовой связи третьего поколения - 2,5G

GPRS - определенный и стандартизованный институтом ETSI (спецификации 1998а, 1998в и требования к ним) сервис, который используется для частых передач пакетов данных в GSM - сетях небольшими объемами информации (запросы пользователей, например в Web-сервер) или редкой передачи больших объемов информации (например, ответы пользователю из Web-сервера).По сравнению с существующими службами передачи данных, в системе GPRS пакетные приложения используют сетевые ресурсы более эффективно. Пользователям службы GPRS обеспечивается возможность выбора параметров качества обслуживания. Кроме того, в отличие от GSM, GPRS предоставляет широковещательные услуги, а также услуги многоадресной и одноадресной передачи данных. Цель создания GPRS - обеспечение более эффективной и, следовательно, менее затратной, службы с пакетным режимом передачи данных. Эта служба особенно необходима Интернет-приложениям, которые используют пакетную передачу. Поставщики сетевых услуг взимают оплату не за время соединения, как это делается в службах передачи данных GSM, а за объем переданной информации. Разработка и внедрение системы GPRS в первую очередь была обусловлена стремительным развитием пакетно-ориентированной Интернет, а также новыми приложениями и моделями информационного обмена. Однако системы GPRS требуют дополнительных сетевых элементов: программного обеспечения и технических устройств. Так, например, для объединения каналов в системе GPRS не достаточно только обновления программного обеспечения.

Система GPRS основана на следующих идеях (ETSI, 1998в):- Для новых радиоканалов GSM может выделить от одного до восьми временных

интервала кадра с временным разделением каналов TDMA;- Временные интервалы распределены не фиксированным образом, а

управляются запросами;- Все временные интервалы распределяются между мобильными станциями MS

пользователей в зависимости от текущей нагрузки (трафика) и предпочтений Оператора связи, а исходящие (от MS к BTS) и нисходящие (от BTS к MS) каналы рассматриваются отдельно;

- В зависимости от принципов кодирования (шифрования) данных, скорость передачи может достигать 171,2кбит/с. Эта скорость не зависит от характеристик и типа канала: информационного или управления (сигнального) и ограничивается только транспортными возможностями системы GSM. Например, при использовании кодирования каналов с пропускной способностью 14,4кбит/с и выделении всех восьми временных интервалов получится канал с пропускной способностью:

14,4кбит/с · 8 = 115,2кбит/с ; Все службы GPRS можно использовать одновременно с традиционными службами.

Система GPRS первого поколения предоставляет услуги двухточечной передачи пакетов данных -PTP (ETSI,1998в).

257

Первая из предлагаемых версий двухточечной передачи пакетов данных: сетевая служба PTP ориентирована на установление соединения (PTP-CONS) и представляет собой виртуальное устройство, необходимое для изменения ячеек в сети GSM, соответствует всемирно известному протоколу для пакетной передачи данных с коммутацией каналов Х.25.Вторая из предлагаемых версий двухточечной передачи пакетов данных: сетевая служба PTP действует без установления соединения (PTP-CLNS), поддерживает приложения, основанные на протоколе IP.

Многоточечная многоадресная передача - PTM - многоточечная служба - обеспечивается системой GPRS второго поколения 2G.

Пользователи системы GPRS могут самостоятельно выбирать качество обслуживания, которое включает следующие хаоактеристики: - приоритет службы (высокий, средний, низкий);- класс задержки передачи;- пропускную способность канала пользовательских данных.Радиоресурсы распределяются таким образом, чтобы удовлетворить требования пользователей в полном объеме. Пакеты (модули) данных службы (SDU - Service Data Unit) могут дублироваться или следовать в неправильном порядке, потеряться или исказиться. Для разных классов надежности (их всего три) - разные вероятности допустимости ошибок:- для первого класса 10-9 - для приложений, чувствительных к ошибкам;- для второго класса 10-4 - 10-6 - для приложений более устойчивых к ошибкам;- для третьего класса 10-2 - 10-5 - для приложений практически не чувствительных

к ошибкам.Кроме задержки доступа к каналу в стационарной и беспроводной участках сети GPRS, существуют задержки передачи. Технология накопления (буферизации) пакетов в сетях GPRS отличается от технологии буферизации в сетях с промежуточным накоплением данных и не приводит к дополнительным задержкам, т.к. при использовании технологии GPRS пакеты переадресовываются чрезвычайно быстро.

Задержки в сетях GPRS, установленные стандартом ETSI, 1998в класс задержки

среднее значение для пакета 128байт, с

максимальное значение (95%) для пакета 128байт, с

среднее значение для пакета 1024байт, с

максимальное значение (95%) для пакета 1024байт, с

1 < 0,5 < 1,5 < 2,0 < 7,02 < 5,0 < 25,0 < 15,0 < 75,03 < 50,0 < 250,0 < 75,0 < 375,0

Система GPRS включает несколько служб безопасности, в которых осуществляется аутентификация, обеспечивается конфиденциальность пользователя и передаваемой им информации. Система GPRS может обеспечить пользователю полностью анонимные услуги, когда оплата производится независимо от личности пользователя мобильной станции MS, например - через платежные автоматы.

258

Архитектура системы GPRS содержит новые элементы: - Узлы поддержки GPRS - GSN (GPRS Support Node), которые интегрированы

в стандартную структуру сети GSM, а также много новых интерфейсов;- Шлюзовый узел поддержки GPRS - GGSN (Gateway GSN), который содержит

данные о маршрутизации, выполняет преобразование адресов и с помощью инкапсуляции (локализации с защитой) направляет (туннелирует) данные пользователям. Узлы связаны с внешними сетями (например, с сетями IP или Х.25) через интерфейс Gi

- Обслуживающий узел поддержки GPRS - SGSN (Serving GSN), который взаимодействует с мобильной станцией MS через интерфейс Gb. Передача пакетов обслуживающим узлам SGSN осуществляется через магистральную сеть GPRS (интерфейс Gn), основанную на протоколе IP. Узлы SGSN, в частности, запрашивают адреса пользователей из GR - регистра GPRS и отслеживают местонахождение мобильных станций MS, отвечают за сбор информации об оплате, выполняют некоторые функции, связанные с безопасностью (например, контроль доступа), взаимодействуют с контроллерами BSC подсистемы BSS посредством ретрансляции кадров. Узлы SGSN находятся примерно на том же уровне иерархии, что и мобильные центры коммутации MSC;

- Регистры GR, обычно являющиеся частью регистра HLR, хранят данные, относящиеся к системе GPRS.

Функциональная схема GPRS

сеть PDN

(ISDN, Х.25 и др.) Um Gb Gn Gi

Internet

Gi

где:EIR - Equipment Identity Register - регистр идентификаторов IMEI - оборудования MS (ME).HLR - Home Location Register - регистр идентификаторов IMSI - собственных абонентов "домашней" сети сотовой связи. Выдает P-TMSI при передаче пакетов данныхVLR - Visitor Location Register - регистр временных идентификаторов TMSI - визитеров (при передаче речевых сообщений - TMSI) , а также MSRN - номер роуминга MS. PDN - сеть передачи данных. ISDN - цифровая сеть с интеграцией услуг (служб).

259

SGSN

BSS GGSN SGSN

HLR/GR VLR

EIR

MS

PCU

IGSN BG

BG

Um - интерфейс радиодосупа MS к GPRS.G - интерфейсы системы GPRS. PCU - Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи.IGSN - узел поддержки Интернет соединений.BG - граничный шлюз для исключения атак извне.

У каждой мобильной станции MS есть окружение GPRS, которое сохраняется в мобильной станции MS и обслуживающем ее узле поддержки GPRS - SGSN.

В окружение GPRS входит: Состояние готовности мобильной станции MS, порядковый номер ключа шифрования - CKSN и метка индикации сжатия, данные маршрутизации: врéменная идентификация логического канала - TLLI, Recciver Addres - адрес получателя (RA), идентификаторы ячейки и канала передачи пакетов данных сети PDN .

Управление мобильностью MM, кроме закрепления и отделения, отвечает за аутентификацию, контроль местонахождения и шифрование (границы шифрования находятся между мобильной станцией MS и обслуживающим узлом поддержки - SGSN, что значительно расширяет возможности обычной системы GSM).Любые данные до передачи через сеть GPRS должны быть закреплены за определенной мобильной станцией MS. Это делается с помощью процедуры управления мобильностью, которая включает в себя присвоение временной идентификации логического канала - TLLI и порядкового номера ключа шифрования - CKSN.

Технология GPRS - General Packet Radio Service – общая пакетная радиослужба

Для достижения высокой скорости передачи данных, а также изменения идеологии системы оплаты была разработана технология GPRS - General Packet Radio Service. Принцип ее работы заключен в названии. Весь объем информации, передаваемый пользователем, разбивается на пакеты, каждый из которых "становится в очередь на передачу". При освобождении каналов базовой трансиверной станции BTS мобильная станция MS начинает осуществлять передачу этих пакетов. Мобильная станция может одновременно отслеживаться и, соответственно, обслуживаться несколькими базовыми станциями. Маршрут любого из пакетов данных может быть различным. Каждый пакет имеет адрес, где записан конечный пункт передачи пакета данных, поэтому на приеме вся информация собирается воедино. В результате увеличивается скорость за счет одновременной передачи нескольких пакетов по разным маршрутам. Благодаря тому, что "пакеты" данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи, введение GPRS будет способствовать более рациональному распределению радиочастотного ресурса.

260

Речевой трафик имеет безусловный приоритет перед передачей данных, поэтому скорость передачи информации (пакетов данных) определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и нагрузкой сети (трафиком).

Еще раз об изменениях в структуре сети GSM для функционирования GPRS.Для использования GPRS необходима модернизация сети GSM. Предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две формы - программную и аппаратную. Программное обеспечение нуждается в замене или обновлении практически во всех устройствах, начиная с регистров HLR-VLR и заканчивая базовыми трансиверными станциями BTS.Новые узлы для пакетной передачи данных:Для работы приложений GPRS в сети стандарта GSM требуется установить два новых типа логических узлов: -Узел обеспечения GPRS - Serving Support Node - SGSN; -Узел поддержки шлюза GPRS - Gateway GPRS Support Node - GGSN.Узел обеспечения SGSN обеспечивает прием и отправку пакетов данных, их маршрутизацию, посылает запросы основным регистрам, обеспечивает аутентификациюпользователей, отслеживает их перемещения, являясь, практически "коммутатором GPRS".Шлюз GGSN служит интерфейсом к внешним сетям с протоколом IP - Интернет, корпоративным сетям и др. GGSN собирает данные для начисления платы, которые пересылаются в биллинговую систему. Для обслуживания нескольких узлов SGSN может быть выделен один или несколько шлюзов GGSN.Каждый контроллер базовых трансиверных станциий BTS - BSC должен быть укомплектован одним или несколькими блоками управления пакетами PCU - Packet Control Unit. Трафик с мобильного телефона передается так же, как и в случае стандартного GSM-соединения. Однако на выходе BSC трафик разделяется: речевой сигнал отправляется в центр коммутации мобильной связи (коммутатор) MSC, а пакеты данных - через соответствующий интерфейс и блок управления пакетами PCU передаются в узел обеспечения SGSN.

Составляющие скорости в GPRS.

Результирующая скорость в сети GPRS зависит от двух основных параметров: - количества используемых временных интервалов (тайм-слот - временнóй интервал);- используемой схемы кодирования.

Временнóй интервал - тайм-слот, или просто: слот

Количество временных интервалов, или тайм-слотов, которое абонент системы GPRS может использовать для передачи данных ограничивается:

- абонентским оборудованием. - программным обеспечением сети GPRS.

-свободными ресурсами сети.

261

Ограничение абонентского оборудования.В характеристиках мобильной станции MS с поддержкой стандарта GPRS указывается максимальное количество временных интервалов (тайм-слотов), которое может использовать мобильная станция MS на прием и передачу данных. Например, мобильная станция MS работает по схеме 4 + 2. Это означает, что данные к MS могут передаваться в четырех временных интервалах, а от MS - в двух.В стандарте GPRS определены три класса мобильных станций MS (терминалов), которые предназначены для работы в разных режимах: - Терминалы класса "А" предоставляют самый полный спектр услуг. Они поддерживают одновременно два режима работы - в сети GSM (коммутация каналов) и в сети GPRS (коммутация пакетов).

- Терминалы класса "B" также могут работать в режимах GSM/GPRS, но поочередно, т.е. в каждый момент будет осуществляться передача лишь одного вида трафика - с коммутацией каналов или с коммутацией пакетов. - Терминалы класса "C" могут функционировать только в режиме коммутации пакетов.

Число временных интервалов (слотов), выделяемых для передачи информации, в схемах множественного доступа с временным разделением (каналов) TDMA может быть организовано от 1 до 8. Значение имеет число тайм-слотов как для передачи по исходящим каналам связи (от MS к BTS), так и для передачи по нисходящим каналам связи (от BTS к MS). Эти данные отражаются в GPRS-спецификациях, касающихся абонентского оборудования. В технических характеристиках мобильных телефонов производители указывают либо класс мобильных станций (телефонов), либо конкретные значения, например: 4 + 2 (конкретные значения тайм-слотов), класс: 6. Максимальное число выделяемых тайм-слотов не всегда соответствует арифметической сумме исходящих и нисходящих каналов. Например, класс 6 - это максимум 4 тайм-слота под пакетную передачу данных.При распределении ресурса между речевой информацией и пакетной GPRS. Передача речевых сигналов всегда имеет приоритет. На практике это означает, что временные интервалы могут отниматься у GPRS для передачи речевого сообщения, но не наоборот.

Схемы кодирования GPRS.

Технология GPRS предусматривает использование четырех схем кодирования - Coding Schemes - CS - схемы кодирования: CS1, CS2, CS3, CS4. Также как и тайм-слоты (временные интервалы), используемые схемы кодирования могут ограничиваться как оборудованием абонента (т.е. мобильная станция может не поддерживать все схемы кодирования), так и программное обеспечение сети GPRS. Схема кодирования определяет путь, по которому информация будет декодироваться при плохом качестве соединения и позволяет ускорить процесс передачи данных при хорошем качестве соединения:-CS1 - 9,05кбит/с-CS2 - 13,4кбит/с-CS3 - 15,6кбит/с-CS4 - 21,4кбит/сКаждая схема обеспечивает разную скорость передачи информации в расчете на один временной интервал (тайм-слот).

262

При увеличении номера схемы кодирования, возрастает обеспечиваемая ею скорость, но вместе с этим кодирование становится менее помехоустойчивым. Скорость передачи данных в сети GPRSСкорость передачи в сети GPRS обеспечивается за счет двух основных моментов: - использования различных схем кодирования; - временнóго уплотнения.Для управления работой радиоканала в режиме передачи пакетов разработан специальный протокол RLC - Radio Link Control - радиоканал контроля (управления), который обеспечивает адаптивную настройку, программную перестройку частоты и управление мощностью. Адаптация радиоканала включает выбор схемы кодирования CS1 - CS4 в зависимости от вида передаваемой информации, характеристик радиоканала и уровня помех. Конкретную схему кодирования для каждого соединения определяет базовая трансиверная станция BTS.Первая схема кодирования CS1, гарантирует соединение в любых условиях и наиболее удобна для передачи сигнализации и коротких сообщений. Вторая схема CS2, предназначена для передачи информационного трафика и позволяет существенно увеличить пропускную способность сети. Два других варианта кодирования обеспечивают наивысшую скорость передачи при высоком значении отношения сигнал/помеха, однако уступают схемам CS1 и CS2 при значении сигнал/помеха менее 9,0дБ. Кроме того, их реализация потребует модернизации Abis - интерфейса сетевого уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС).Технология GPRS использует и временнóе уплотнение, т.к. в режиме GPRS каждой мобильной станции MS может предоставлено от 1 до 8 временных интервалов (слотов). Схемы кодирования определяют скорость передачи пакетов данных:- при использовании CS1 - скорость почти не отличается от скорости передачи GSM 900 - 9,6кбит/с - в одном временном интервале (тайм-слоте), но при использовании всех 8 тайм-слотов - скорость достигнуть 72,4кбит/с;- при использовании CS2 - соответственно: 13,4кбит/с и 107,2кбит/с; - при использовании CS3 - соответственно: 15,6кбит/с и 124,8кбит/с;- при использовании CS4 - соответственно: 21,4кбит/с и 171,2кбит/с; Во время передачи пакетов данных ресурсы каналов связи могут выделяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация симметричного и асимметричного режимов передачи данных. Теоретически скорость передачи данных в GPRS-системе может достигать 171,2 (8х21,4)кбит/с - если применить схему кодирования CS4. Однако, существует несколько препятствий для достижения максимальной скорости: распределение тайм-слотов, доступность схем кодирования и ограниченные возможности мобильных станций (терминалов).Из-за использования одного и того же частотного ресурса GSM и GPRS, маловероятно, что Оператор сотовой связи будет использовать все 8 тайм-слотов для системы GPRS, так как передача речи является приоритетной услугой. С другой стороны все пользователи, находящиеся в одной и той же ячейке, совместно используют частотный ресурс соты и, в зависимости от объема пакетов данных, скорость передачи динамически изменяется.

263

Это означает что, если число передаваемых пакетов увеличивается, автоматически каждый пользователь получает меньшую скорость передачи, и соответственно, если число пакетов уменьшается - скорость передачи данных увеличивается.

Как отмечалось выше, одним из недостатков сетей сотовой связи стандарта GSM является низкая скорость передачи данных (максимум 9,6кбит/с). Для передачи данных пользователю выделяется только один канал, а биллинг (расчеты) осуществляется, исходя из времени соединения, причем по тарифам, мало отличающимся от тарифов на речевые услуги. Для высокоскоростной передачи данных (максимум 171,2кбит/с) посредством существующих сетей GSM и была разработана система GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу. В сетях GPRS расчеты за полученные пользователями услуги производятся пропорционально объему переданной информации, а не времени нахождения пользователя в сети, что имеет место в сетях GSM. Внедрение технологии GPRS способствует более рациональному использованию частотного ресурса последней мили (абонентского беспроводного доступа между MS и BTS). Пакеты данных передаются одновременно по нескольким каналам в паузах между передачей речи, которой отдается преоритет. Именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости. Речевой трафик имеет безусловный преоритет перед трафиком передачи данных, поэтому скорость передачи информации определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и загрузкой сети - прежде всего речевой информацией. В системе GPRS ни одна линия связи не занимается под передачу данных целиком и это основное качественное отличие новой технологии от используемых в других системах до ее внедрения. Оплачивается услуга пропорционально объему полученных и отправленных сообщений.Разработчики системы GPRS приложили все усилия для того, чтобы установка

новой системы "поверх" существующих GSM-сетей оказалась как можно менее обременительной для Операторов связи сетей GSM.

Доработку GSM-сети для предоставления услуг высокоскоростной передачи данных GPRS можно условно разделить на две составляющие: программную и аппаратную. Программное обеспечение нуждается в замене или обновлении практическиво всех устройствах сети сотовой связи: начиная с регистров HLR и VLR и заканчивая базовыми трансиверными станциями BTS. В частности, введен режим многопользовательского (множественного) доступа к временным кадрам каналов GSM, а в HLR, например, появляется новый параметр: Mobile Station Multislot Capability - MSMC - количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильная станция MS. Ядро системы GPRS - GPRS Core Network - два основных блока: - SGSN - Serving GPRS Support Node - узел поддержки GPRS; - GGPRS - Gateway GPRS Support Node - шлюзовой узел GPRS; - SGSN является мозгом системы GPRS, является аналогом MSC - центра мобильной коммутации сети GSM.

Обслуживающий узел поддержки - SGSN - контролирует доставку пакетов данных пользователям, взаимодействуя с регистром собственных абонентов HLR,

264

проверяет, разрешены ли запрашиваемые пользователями услуги, ведет мониторинг находящихся в режиме On-line мобильных станций MS абонентов "домашней" сети.

Так же как и центр коммутации MSC, узел SGSN в системе может быть не один - в этом случае каждый узел отвечает за свой участок сети.

Шлюзовый узел поддержки GPRS - GGSN - это шлюз между сотовой сетью связи (участком сети, передающим данные GPRS) и внешними сетями пакетной передачи данных (ISDN, Х.25 и другими).

Основной задачей шлюзового узла GGSN, является: роуминг (маршрутизация, доступ к службам) данных, передаваемых через обслуживающий узел поддержки - SGSN.

Вторичными функциями GGSN является: адресация данных, динамическая выдача IP-адресов, а также отслеживание информации о состоянии внешних сетей и собственных абонентах, а также тарификация услуг.

В GPRS - системе GPRS заложена хорошая масштабируемость: при появлении новых абонентов Оператор связи может увеличивать число узлов поддержки SGSN, а при резком увеличении суммарного трафика добавлять в систему новые шлюзы GGSN и IGSN. Внутри системы GPRS (между узлом поддержки SGSN и шлюзовым узлом поддержки GGSN) данные передаются с помощью специального туннельного протокола: GTP - GPRS Tunneling Protocol. Важным элементом системы GPRS является PCU - Packet Control Unit - устройство контроля пакетной передачи. PCU стыкуется с контроллером базовых трансиверных станций BSC и отвечает за направление трафика данных непосредственно от BSC к узлу поддержки SGSN. При ориентации системы GPRS на мобильный Интернет возможно добавление специального узла - IGSN - Internet GPRS Support Node - узел поддержки Интернет.

За управление и контроль системы GPRS отвечает OMC-R/G - Operation and Maintenance Center - Radio / GSN - центр управления и обслуживания радиоузла GPRS. Это - "интерфейс" между системой GPRS и обслуживающим ее персоналом.Перед началом работы с GPRS, мобильная станция MS, так же как и в случае передачи речевого сигнала, должна зарегистрироваться в системе. Регистрацию ("прикрепление" - attachment - к сети) пользователей обеспечивает узел поддержки SGSN. В случае успешного прохождения всех процедур: проверки доступности запрашиваемой услуги, копирования необходимых данных о пользователе из регистра HLR в узел поддержки SGSN, пользователю выдается P-TMSI - Packet Temporary Mobile Subscriber Identity - временный идентификатор мобильного телефона для пакетной передачи данных, аналогичный TMSI. TMSI назначается мобильной станции MS для передачи речи (если MS относится к классу "А", то ей при регистрации выделяются временные идентификаторы TMSI и P-TMSI). Для быстрой маршрутизации данных к мобильной станции системы GPRS нужны данные о местонахождении MS с большей точностью, чем в случае передачи речевого трафика (HLR и VLR данные).

LA - Location Area - зоны местонахождения, в которой находится мобильная станция MS пользователя. Если возрастает служебный трафик в сети сотовой связи и расход электроэнергии мобильной станцией, телефон обязан информировать систему каждый раз при переходе из одной зоны местонахождения в другую.

Три состояния мобильных станций MS:

265

- IDLE - неработающий режим. MS отключена или находится вне зоны действия сети. В этом случае система не отслеживает ее перемещение. - STANDBY - режим ожидания. MS зарегистрирована (прикреплена) в системеGPRS, но уже долгое время (определяемое специальным таймером) не работает с передачей данных. Местоположение STANDBY-пользователей (MS в режиме ожидания) известно с точностью до RA (Routing Area - область маршрутизации). RA мельче, чем LA (каждая LA разбивается на несколько RA, но RA крупнее, чем ячейка (сота) в локальной зоне - LA и состоит из нескольких элементарных ячеек, или сот). -READY – готовность к работе. MS зарегистрирована в системе и находится в активной работе. Координаты MS, находящихся в режиме готовности READY, известны узлу поддержки GPRS - SGSN с точностью до ячейки. MS, находящиеся в режиме ожидания STANDBY, при переходе из одной области RA в другую посылают SGSN специальный сигнал о смене области маршрутизации (routing area update request). Если новая и предыдущая область маршрутизации RA контролируется одним и тем же узлом поддержки SGSN, то смена области маршрутизации RA приводит лишь к корректировке записи в узле поддержки SGSN. Если мобильная станция MS переходит в зону действия нового узла поддержки SGSN, новый узел SGSN запрашивает у прежнего SGSN информацию о пользователе, а центр коммутации MSC и регистры VLR, HLR, а также шлюзы GGSN ставятся в известность о смене узла поддержки - SGSN. Если MS, взаимодействующая с системой GPRS, перемещается в другую зону LA, узел поддержки SGSN отправляет соответствующему регистру VLR сообщение о необходимости смены записи о местонахождении мобильной станции MS. В случае роуминга в сетях GPRS возможны два варианта: - узел поддержки SGSN в обоих случаях используется гостевой (VSGSN - Visited SGSN); - шлюзовый узел GGSN может использоваться: - либо гостевой (VGGSN - Visited GGSN), - либо домашний (HGGSN - Home GGSN). Во-втором случае между домашним и гостевым шлюзами должна быть организована GPRS-магистраль (Inter PLMN GPRS BackBone - GPRS-линия связи) для передачи трафика между HGGSN шлюзами и мобильной станцией MS. Кроме того, необходим BG (Border Gateway - граничный шлюз) с обеих сторон с целью обеспечения защиты сетей от "атак" извне. QoS (Quality of Service) - качество сервиса. Видеоконференция в режиме реального времени и отправка сообщения электронной почтой предъявляют разные требования, например, к задержкам на пути пакетов данных.

В системах GPRS существует несколько классов качества сервиса QoS, подразделяющихся по следующим признакам:

-необходимому приоритету (существует высокий, средний и низкий приоритет данных);

-надежности (разделение на три класса по количеству возможных ошибок, потерянных пакетов и т.д.); -задержкам (задержки информации вне GPRS-сети в расчет не принимаются); -количественным характеристикам (пиковое и среднее значение скорости). Класс качества QoS выбирается индивидуально для каждой новой сессии передачи

266

данных. Кроме QoS, в характеристику сессии передачи данных входит: -тип протокола PDP type - Packet Data Protocol type; -PDP-адрес, выданный мобильной станции MS (выдача адресов бывает как статической, так и динамической); -адрес шлюза GGSN, с которым идет работа. Пакетная передача данных предусматривает два режима "соединений": -PTP - Point-To-Point - точка-точка; -PTM - Point-To-Multipoint - точка-многоточие - широковещательный режим. Широковещательный режим РТМ в свою очередь подразделяется на два класса: - PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне; - PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной группе пользователей. Поддержка режима "многоточечной" передачи информации PTM реализуется во всех спецификациях GPRS.

GPRS - абонентские устройства

Для работы с системой пакетной передачи данных необходимо иметь специальный мобильный телефон, совместимый с системой GPRS. GPRS-терминалы подразделяются на три класса: -устройства класса "А" способны одновременно работать как с передачей речи, так и с передачей данных (они обладают возможностью функционировать как в режиме коммутации каналов (circuit switched), так и в режиме коммутации пакетов (packet switched), т.е. одновременная работа в разных режимах; -устройства класса "В" могут осуществлять либо передачу речи, либо передачу данных, но не одновременно; -устройства класса "С" поддерживают только передачу данных и не могут быть использованы для голосовой связи. Как правило, это разного рода компьютерные платы для обеспечения беспроводного доступа к данным. Максимальная скорость передачи данных определяется, в первую очередь, количеством каналов, с которыми одновременно может работать абонентский терминал. Один канал обеспечивает передачу данных со скоростью до 13.4кбит/с. Следующим шагом от сетей GSM второго поколения 2G к сетям третьего поколения 3G UMTS - Universal Mobile Telephone System - является технологияEDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution - передача данных на повышенной скорости, позволяющая осуществлять передачу информации со скоростью до 384,0кбит/с в восьми GSM-каналах (48,0кбит/с - каждый канал). Для внедрения EDGE "поверх GPRS" Операторам связи необходимо заменить аппаратуру базовых трансиверных станций BTS, а пользователям - приобрести поддерживающие EDGE мобильные станции MS. В настоящее время скорость передачи данных ~171,2кбит/с, которую обеспечивает система GPRS, вполне достаточна. Система GPRS - не является в полной мере системой третьего поколения 3G, а скорее - второго поколения - 2,5G, так как скорость передачи данных в ней не достигает 2,048мбит/с.

Интеграция с Интернет

GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где

267

происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). При использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

Применение

-Мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных. -Мобильный и безопасный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удалённым базам данных, почтовым и информационным серверам предприятий.

Телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов).

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

268

Системы сетей сотовой связи третьего поколения - 2,5G: IMT-2000, UMTS, UTRA, EDGE и другие- IMT-2000 - International Mobile Telecommunications - международные мобильные телекоммуникации (начало эксплуатации - 2000г.), эта система предложена европейским институтом ETSI и называется сегодня UMTS. - UMTS - Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система. Эта система не является полностью новой, а скорее является промежуточной между вторым поколением 2G системы GSM и третьим - 3G. Другим решением усовершенствованной промежуточной технологии между вторым 2G и третьим 3G поколениями сетей является - EDGE - Enhancend Data rates for GSM Evolution - ускоренная передача данных для развития GSM. Эта система очень хорошо взаимодействует с системами GSM, GPRS, UMTS (UTRA), а также с интеллектуальными сетями.- UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access - наземный радиодоступ UMTS - эта система разработана для наземного радиодоступа UMTS, поэтому в технической литературе эти системы объединяются под общим названием - UMTS. Система UMTS входит в состав более широкой структуры, разработанной институтом ETSI, которая называется - GMM - Global Multimedia Mobility - глобальная мультимедийная мобильность.GMM объединяет стационарные и мобильные терминалы, различные сети доступа:- GSM BSS - GSM Basic Service Set - глобальная мобильная сеть с базисным набором служб - UMTS - UMTS - Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система- MBS - Mobile Broadband System - мобильная широкополосная система- TCP/IP - Transmission Control Prtocol / Internet Prtocol - протокол управления передачей / Интернет протокол - общее название протоколов, разработанных Минобороны США в 1970-е годы для систем пакетной передачи данных.Институт ETSI разработал основные требования к системе UMTS и радиоинтерфейсу UTRA:- минимальная скорость - 144,0кбит/с (в перспективе - 384,0кбит/с);- в сельской местности и в пригороде - 384,0кбит/с (перспектива -

512,0кбит/с), при средней скорости передвижения - 120.0км/час, - в городе - 2,0мбит/с, при скорости передвижении до10,0км/час;- функционирование системы при скорости передвижения 500,0км/час; - несколько служб должны действовать в режиме реального времени (On-

line);- обеспечение передачи данных должно осуществляться способами

коммутации пакетов или коммутации каналов с различной скоростью;- переключение ("перескок") частоты (каналов) должно осуществляться не

только между ячейками, зонами покрытия (LA) усовершенствованной системы UMTS, но и между ячейками сети GSM и спутниковых систем;

- система UMTS должна быть совместима с сетями: GSM, ATM, IP и ISDN;- система UMTS должна обеспечивать функционирование при передаче

асимметричных исходящих и нисходящих потоков;- система UMTS должна обеспечивать функционирование с

радиоинтерфейсом UTRA в соответствии с требованиями международных мобильных телекоммуникаций - IMT 2000.

269

Функциональная схема системы UMTS

UU = Um (GSM) IU = A (GSM) канальный уровень сетевой уровень(овечает за радиоинтерфейс) (отвечает за соединения, доступом

к среде, приоритет, управление пакетами данных, функциями

управления соединениями)

Режим UTRA FDD

В режиме FDD - Frequence Division Duplex - дуплекс с частотным разделением каналов системы наземного радиодоступа UTRA - используется широкополосная схема множественного доступа с кодовым разделением каналов W-CDMA. Применение дуплекса означает, что исходящие (от мобильной станции MS) и нисходящие (от базовой станции BTS) линии связи (каналы) действуют на различных частотах:- несущие частоты исходящих каналов находятся в диапозоне1920,0Гц -

1980,0Гц;- несущие частоты нисходящих каналов используют диапозон 2110,0Гц - 2170,0Гц; Всего в таком режиме для передачи речевого сигнала выделяется 250 каналов, каждому из них выделяется своя несущая частота, распределительная система - DS - Distribution System и относительная фаза (только для исходящих каналов). Пропускная способность каждого канала - до 2,048мбит/с.Как и в системе GSM, в системе UTRA-FDD имеются логические и физические каналы:- исходящие линии связи - для передачи пользовательских данных, начиная с

канального - второго - уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС), используется выделенный исходящий физический канал данных - для передачи сигналов управления, для этого выделяется исходящий физический канал на первом - физическом уровне ЭМ ВОС;

- нисходящие линии связи - для передачи пользовательских данных и данных управления выделяется, начиная с первого - физического уровня нисходящий физический канал, при этом используется временнóе уплотнение каналов.

Режим UTRA TDD - Time Division Duplex - дуплекс с временным уплотнением - использует аналогичную схему с временным уплотнением, как и в системе GSM.

Технология ускоренной передачи данных для развития GSM - EDGE

EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution - ускоренная передача данных для развития GSM - переходная технология от нынешних GSM-сетей к сетям третьего поколения 3G - UMTS - Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система.

270

Радиоинтерфейс UTRA усовершенст-вованной системы UMTS

Пользовательское оборудование - UE

Внутренняя сеть для межсистемного переключения CN -Core Network

Впервые технология EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи (ESTI) в 1997 году. Использование EDGE позволяет ускорить процесс передачи информации в беспроводных сетях - до 384,0кбит/с (против максимально возможных ~171,2кбит/с в сетях GSM/GPRS). Технология EDGE используется для обеспечения быстрой загрузки Web-страниц, файлов и приложений Интернет, а также ускоренного обмена сообщениями. Активно внедряется в Западной Европе, требует модернизации программно-аппаратных средств и обновления пользовательских терминалов.Возможность делать покупки, совершать банковские операции, отправлять электронные сообщения и подключаться к Интернет, где бы вы ни находились - это реальность сегодняшнего дня, в котором есть технология EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции до 384,0кбит/с. С технологией EDGE Операторы мобильной связи приближают будущее, предлагая услуги сетей третьего поколения 3G и превращая мобильный доступ в Интернет в реальность для всех пользователей. Добавление EDGE к существующим сетям второго поколения сделает их совместимыми со стандартами международного союза телекоммуникаций - ITU-Т (МСЭ-Т) для сетей третьего поколения 3G. Технология EDGE третьего поколения 3G - это решение, которое заставит существующую сетевую инфраструктуру предоставлять современные мультимедийные услуги. Реализация EDGE позволит расширить перечень основных преимуществ технологии общей пакетной радиослужбы - GPRS: более быстрое установление соединений для пакетной передачи и более высокая скорость в радиоканале последней мили. Внедрение технологии EDGE не требует от Оператора сотовой связи значительного технического перевооружения. В технологии EDGE используется та же структура кадра TDMA - множественный доступ с временным разделением (каналов) - см. в разделе "сети сотовой связи", тот же частотный диапазон для логического (виртуального) канала - 200,0кГц, что и в современных сетях GSM. Для EDGE требуются относительно небольшие изменения в сетевом оборудовании (аппаратных и программных средствах), не нужно изменять топологию сети и, как следствие, получать новые лицензии.

3G - 3 Generation - третье поколение сетей мобильной связи, ориентированных не только на передачу речи, но и на высокоскоростную передачу данных, в том числе мультимедийной информации. Считается, что для пользователей с высокой скоростью передвижения, например людей, едущих в машине (120 км/ч), максимальная скорость передачи данных составит порядка 144,0кбит/с, для пешеходов (4,0км/ч) - 384,0 кбит/с, для пользователей стационарных терминалов - 2,048мбит/с. Коммерческие сети третьего поколения 3G уже действуют во многих странах мира. Сети мобильной связи третьего поколения 3G - это, прежде всего радиоинтерфейс, который обеспечивает канал связи между мобильной станцией MS пользователя и базовой трансиверной станцией BTS. Другими важными элементами сетей третьего поколения 3G являются магистральная сеть, способы организации служб и предоставления услуг. Технология 3G позволяет реализовать беспроводный, мобильный доступ к услугам Интернет.

271

3G характеризуется высокоскоростной беспроводной, мобильной передачей пакетов данных и мощными магистральными сетями пакетной коммутации. До недавнего времени основным фактором, определяюшим развитие мобильных коммуникаций, была традиционная передача речевого сообщения. Внедрение новых технологий высокоскоростной передачи данных, включая GPRS и EDGE, их эволюция к системам UMTS( UTRA ) / W-CDMA - универсальная мобильная телекоммуникационная система (наземный радиодоступ UMTS)/ широкополосная схема множественного доступа с кодовым разделением (каналов), позволяет Операторам сотовой связи предоставлять пользователям с помощью беспроводного доступа неограниченное число мультимедийных услуг, например, электронные открытки, просмотр видео, Web-страниц, доступ к корпоративным сетям ит.д. Современные сети сотовой связи второго поколения 2G являются основой, на которой внедряются системы третьего поколения 3G, а также системы четвертого поколения 4G. UMTS - это один из стандартов систем третьего поколения 3G, который разрабатывается под эгидой Европейского Института Стандартизации Телекоммуникаций ETSI. Он был внедрен на основе самой распространенной технологии второго поколения 2G - GSM и имеет все перспективы стать действительно глобальным стандартом персональной мультимедийной связи.

Характеристики UMTS. - Диапазоны рабочих частот: 1920,0мГц - 1980,0мГц (исходящая линия);

2110,0мГц - 2170,0мГц (нисходящая линия). - Разнос несущих частот приема и передачи (дуплексный разнос) - 190,0мГц. - Разнос несущих соседних частотных каналов - 5,0мГц, но в конкретной сети

допускаются отклонения от этой величины с шагом 200,0кГц.- Шаг несущих (ширина канала) - 200,0кГц. - Возможные значения частотных каналов:

а) на исходящей линии связи - 9612,0мГц - 9888,0мГц; б) на нисходящей линии связи - 10562,0мГц - 10838,0мГц.

- Полоса частот, занимаемая одним частотным каналом - 5,0мГц.- Вид модуляции:

1. Квадратурная фазовая модуляция - QPSK; 2. При работе в режиме HSDPA в зависимости от условий радиоканала -

квадратурная фазовая модуляция или квадратурная амплитудная модуляция QAM с числом уровней соответственно: 16 или 64.

- Разделение каналов в одном частотном канале - кодовое. - Скорость передачи данных в 1-м канале - 384,0кбит/с. - На исходящей линии связи - "вниз" (от базовой станции к абонентскому

терминалу) при одном соединении передается один кодовый канал управления и от одного до шести кодовых каналов данных.

- Коэффициент расширения и скорость передачи: а) на исходящей линии связи - от 256 до 4, соответственно максимальная скорость передачи данных - от 15,0кбит до 960,0кбит/с

(15,0 х 64слота = 960,0кбит/с); б) на нисходящей линии связи - от 512 до 4, соответственно максимальная скорость передачи данных в 2 раза выше - от 7,5 кбит/с до 960 кбит/с.

272

- Передаваемый цифровой поток разделяется на кадры длительностью 10,0 мс, кадр разделяется на 15 временных интервалов (слотов), которые являются единицами регулировки уровня передаваемой мощности.

- Кодирование в радиоканале - сверточное, турбо и без кодирования. При услугах в режиме On-line - "реальном времени" используется только помехоустойчивое кодирование, при услугах в режиме Off-line - "не реального времени" - помехоустойчивое кодирование. Способ кодирования и, следовательно, скорость передачи устанавливаются автоматически на каждом кадре передачи в соответствии с загрузкой данного частотного канала другими кодовыми каналами, помеховой обстановкой в радиоканале и характером его многолучевости.

Технология H-SCSDТехнология H-SCSD – High- Speed Circuit Switched Data - высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов. Этот стандарт - один из переходных этапов к технологиям мобильной связи четвертого поколения - 4G. Максимальная скорость передачи данных в канале - 14,4мбит/с, практическая - до 3,0мбит/с.Системы H-SCSD применяются на базе GSM-сетей. В основе H-SCSD лежит коммутация каналов, то этот протокол больше подходит для таких приложений, как видеоконференции и мультимедиа-приложения, чем для приложений коротких сообщений типа электронной почты, SMS, которые эффективнее передаются при помощи протокола пакетной коммутации. Так как сети GSM относятся к классу сетей с временным разделением каналов, то скорость обмена в H-SCSD прямо пропорциональна количеству временных интервалов (слотов), отведённых для передачи данных. При использовании одного временного интервала обеспечивается скорость 14.4кбит/с, а при использовании 4-х слотов достигается максимальная скорость 57,6кбит/с. Сетевой модернизации применение технологии H-SCSD на существующих сетях GSM не требует, только абонентского оборудования. На базовых трансиверных станциях и узлах коммутации меняется только программное обеспечение. Сегодня выпущены мобильные станции (телефоны) с поддержкой этого протокола.

Технология H-SDPAТехнология H-SDPA - High-Speed Downlink Packet Access - высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону - стандарт, один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G. Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4мбит/с, максимальная скорость - около 3,0мбит/с.В основу технологии H-SDPA положены: - схемы модуляции и кодирования фазовой квадратурной модуляции - QPSK и

амплитудной квадратурной модуляции - 16 QAM; - протокол ретрансляции - HARR - Hybrid Automatic Repeat Request; - очередность передачи пакетов в базовой станции протоколом MAC-high speed. H-SDPA базируется на высокоскоростном общем нисходящем канале - High-Speed Downlink Shared Channel - HS-DSCH, способном поддерживать высокие скорости передачи данных.

273

Технология позволяет обслуживать пользователей, осуществляя мультиплексирование пакетов данных с временным и кодовым разделением (каналов), то есть идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательском режиме.По сравнению с технологией UMTS, технология H-SDPA может передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше мобильных пользователей на одну ячейку (соту). В настоящее время скорость в нисходящем канале 3G (к пользователю) составляет порядка 384,0кбит/с (теоретически скорость, согласно спецификации 3G, должна составлять 2,4мбит/с).Кроме того, H-SDPA значительно улучшает качество мультимедийных услуг (именно за счет высокой скорости задержка становится неощутимой, а объем передаваемой информации увеличивается).Во время тестирований музыкальный файл объемом 5,0 байт загружался менее чем за 30,0 секунд, а электронное почтовое сообщение с объемом вложения 3,0 мбайт загружалось за 20,0 секунд. Эти скорости сопоставимы с теми, что и в проводных каналах DSL.Прогнозы аналитиков: коммерческие сети сотовой связи с поддержкой технологии HSDPA появятся в 2008-2009гг.У технологии H-SDPA есть серьезный конкурент: WiMAX (EEEI 802.16) - стандарт широкополосной беспроводной передачи данных, который позволяет достигать (теоретически) скорость 70,0мбит/с, и ее реализация в России ближе, чем H-SDPA. Стандарту EEEI 802.16 - WMAN - компании WiMAX присущ ряд недостатков. Один из них - необходимость строить дополнительную инфраструктуру, чего технология HSDPA не требует, т.к. используется существующая сеть сотовой связи.

Технология H-SUPA

H-SUPA - "Highly (просто) Seductive (сногсшибательная) Ultra (ультра) Pace (скоростная) Technology (технология)" На самом деле H-SUPA переводится: "High-Speed (высокоскоростная) Uplink (спутниковая) Packet (пакетная) Access (связь)". Компания Samsung представила новую технологию передачи информации, скорость загрузки больших объемов данных в 5 раз выше по сравнению с технологией W-CDMA. Первый мобильный H-SUPA телефон появился в 2007 г.H-SUPA - это усовершенствованная версия W-CDMA, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных. Сетевое оборудование имеет скорость передачи пакетов данных до 2,0мбит/с при передаче данных в сеть Оператора связи (от MS к BTS - исходящий канал) и до 3,6мбит/с при загрузке данных в мобильный телефон (от BTS к MS - нисходящий канал).В режиме H-SDPA несколько кодовых каналов на линии связи от базовой станции к мобильной станции MS объединяются в один составной кодовый транспортный канал CCTrCH - Coded Composite Transport Channel, предоставляемый нескольким пользователям для совместного доступа к услугам.В системе H-SUPA используется усовершенствованный канал в исходящей линии связи, в котором применены методы адаптации канала, аналогичные, которые использутся в H-SDPA, более короткий интервал времени передачи, позволяющий увеличить пропускную способность канала и снизить задержку передачи.

274

Таблица 5. Сравнительные характеристики систем W-CDMA FDD и UTRA TDD Показатель W-CDMA FDD UTRA TDD

Диапазон частот, мГц2110,0 - 2170,0 нисх. 1920,0 - 1980,0 исх.

1900,0 - 1920,0 нисх. 2010,0 - 2025,0 исх.

Метод доступа DS-CDMA TD-CDMAПолоса частот, мГц 2х5; 2х7,5; 2х15 5Разнос между несущими, кГц 200 200Скорость (базовая), мбит/с 3,84 3,84Модуляция в канале данных:нисх. QPSK QPSKисх. QPSK QPSKМаксимальная излучаемая мощность, Вт

24 27,2

Максимальное расстояние между мобильной и базовой станциями, км

5,787 (нисх.)/ 4,475 (исх.) 6,041 (нисх.)/ 5,279 (исх)

Ведущие Российские Операторы сетей сотовой связи: так называемая "большая тройка" - "МТС", "Мегафон" и "Вымпелком", а также три других компании беспроводной связи, получили лицензию на предоставление связи 3G (три диапозона) третьего поколения. Главным преимуществом связи 3G РФ перед другими видами беспроводной сотовой связи для пользователей является: -увеличение скорости передачи данных до 1900,0-2200,0мГц,-организация видеоконференций,-возможность участвовать в режиме реального времени в играх на бирже и т.д.-смотреть видеофильмы,-расплачиваться в магазине в режиме On-line и др.Услуги 3G будут активно предоставляться, начиная с 2008г.С технической точки зрения, основное отличие сетей четвертого поколения от предыдущего, третьего, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G соединяет в себе передачу речевого трафика и передачу пакетов данных. Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций (МСЭ-Т) определяет технологию 4G как будущее технологий беспроводной телекоммуникации, которая позволит достичь скорости передачи данных до 1,0гбит/с в условиях движения источника и/или приемника и до 100,0мбит/с в условиях обмена данными между двумя движущимися мобильными устройствами на скорости 120,0км/час. Технология 4G, в частности, обеспечивают пользователям просмотр телепередач высокой четкости и управление "умным домом" (домашней бытовой техникой, охранно-пожарной сигнализацией, водоснабжением, отоплением и т.д.) с помощью мобильного устройства. Сегодня уверенно внедряются технологии поколения 3,5G. Страны, которые недавно внедрили сети второго поколения (например Китай), пытаются "перескочить" на целое поколение вперед, начав эксплуатацию систем 4G, которые позволят увеличить скорость передачи данных по сравнению с 3,5G в несколько десятков раз. В сетях сотовой связи смена поколений технологий идет более быстрыми темпами, чем в других отраслях промышлености, например, в производстве компьютерной техники.

275

В телекоммуникациях с беспроводным абонентским доступом все четко: - 1G - первое поколение - это аналоговая связь (стандарт NMT). - 2G - второе поколение - это цифровая связь с коммутацией каналов (стандарты

GSM, CDMA, AMPS, D-AMPS). - 3G - третье поколение - (стандарты GPRS, UMTS) - предусматривает наряду с

коммутацией каналов и пакетную передачу данных. О сетях третьего поколения 3G сейчас говорят как о символе прогресса, но технологии 3G уже обгоняют системы следующего поколения сетей сотовой связи - 4G. В некоторых странах системы третьего поколения 3G так и не разовьются в полную силу - их место займут технологии четвертого поколения - 4G.

- 4G - четвертое поколение сетей сотовой связи. К 4G, как правило, относят технологии, ориентированные на высокоскоростную передачу пакетов данных в сетях сотовой связи со скоростью 100,0мбит/с и выше (EDGE, GMM, OFDM и др.).

- 5G - пятое поколение сетей сотовой связи ориентировано на скорость передачи пакетов данных свыше 1,0гбит/с.

4G - технологии четвертого поколения сетей сотовой связи

4G - это технологии беспроводной передачи данных Интернет, Wi-Fi (скоростные варианты этого стандарта) и WiMAX (в теории скорость - 1,0гбит/сек).

Наиболее распространенные сейчас в мире системы сотовой связи GSM/EDGE (2G), в которых предел скорости передачи данных составляет всего: 240,0кбит/сек.EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution - ускоренная передача данных для развития GSM.В сетях третьего поколения 3G, развернутых сейчас только в Европе, США и некоторых странах Азии (Япония, Тайвань, Сингапур), скорость передачи данных составляет 7,0 - 14,0мбит/сек.

Возможности сетей мобильной (беспроводной) связи поколения 4G

Южнокорейская компания Samsung Electronics на проходящем ежегодном форуме Samsung 4G Forum продемонстрировало возможность сетей сотовой связи четвёртого поколения 4G. Для демонстрации достоинств сетей 4G использовались специально оборудованный автобус и павильон. При этом скорость передачи данных 100,0мбит/с при скорости движения автобуса 60,0 км/час.Скорость передачи данных 1,0гбит/с для сотовых сетей связи четвёртого поколения 4G также не является предельной. Специалисты компании Samsung Electronics утверждают, что при использовании мультиплексоров множественного ввода/вывода - Multiple Input Multiple Output - MIMO - можно добиться скорости передачи 3,5гбит/с. IPv6 - IPng ''IP next generation'' (следующее поколение IP) - универсальный интерфейс четвертого поколения сетей сотовой связи четвертого поколения 4G (предположительно и 5G).

IPv6 (также называется IPng ''IP next generation'') является новой версией широко известного протокола IP (называемого также IPv4). Как и другие

276

современные системы *BSD, FreeBSD включает эталонную реализацию IPv6 от KAME. Так что система FreeBSD поставляется со всем, что вам нужно для экспериментирования с IPv6. Этот раздел посвящён настройке и запуску в работу IPv6.Операторы связи беспокояться о том, что быстро иссякает адресное пространство IPv4. В развитии Интернет, имеются проблемы:

Нехватка адресов. Сегодня это не такая большая проблема, так как стали применяться адресные пространства для частных сетей (RFC1918) (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/24) и технология преобразования сетевых адресов (NAT - Network Address Translation).

Таблицы маршрутов становятся чересчур большими. IPv6 решает эти многие вопросы:

128-бит адресный пакет. Это означает плотность примерно в 6,67 · 1027 адресов IPv6 на квадратный метр поверхности Земли.

Маршрутизаторы будут хранить в своих таблицах только адреса сетей, что уменьшает средний размер таблицы маршрутизации.

Имеется также множество других необходимых особенностей IPv6, таких, как: Автоматическая настройка адреса. Групповые адреса (''один к нескольким из многих''). Обязательные адреса множественной рассылки. IPsec (IP security - безопасный IP). Упрощённая структура заголовка. Мобильный IP. Взаимодействие IPv6 с IPv4

Предполагается, что коммерческая эксплуатация сотовых сетей четвёртого поколения 4G начнётся активно в 2012 году.

Главное отличие сетей четвертого поколения 4G от предыдущего, третьего поколения 3G, заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных, в то время как 3G объединяет в себе передачу речевого трафика и пакетов данных. Международный союз электросвязи сектор телекоммуникаций (МСЭ-Т) определяет технологию 4G как технологию беспроводной телекоммуникации, которая позволяет достичь скорости передачи данных до 1,0гбит/с в условиях движения источника или приемника и до 100,0мбит/с в условиях обмена данными между двумя мобильными устройствами. Передача данных в сетях 4G осуществляется по протоколу IPv6 (IP версия 6) - для широкополосных высокоскоростных систем передачи пакетов данных. Это заметно облегчает взаимодействия телекоммуникационных сетей, особенно если они разных типов. Для обеспечения необходимой скорости используются частоты 40,0гГц и 60,0гГц. Создатели приемопередающего оборудования для 4G применили испытанный в цифровых сетях прием - технологию мультиплексирования с ортогональным разделением частот - OFDM. Такая методика манипулирования сигналом позволяет значительно "уплотнить" данные без взаимных помех и искажений. При этом происходит разбиение частот с соблюдением ортогональности:

277

максимум каждой несущей частоты приходится на тот момент, когда соседние несущие частоты имеют нулевое значение. Этим исключается их взаимодействие, а также более эффективно используется частотный спектр - не нужны защитные ("противоинтерференционные") интервалы. Для передачи сигнала применяется одна из самых распространенных схем модуляции - квадратурная фазовая манипуляция (со сдвигом фазы) –QPSK - Quadrature PSK, с которая обепечивает передачу бóльшего объема информации. Применяется также схема, в которой объединяются схемы фазовой и амплитудной модуляции - квадратурная амплитудная модуляця - QAM. Квадратурная амплитудная модуляция QAM - более современная схема, позволяющая получить максимум из пропускной способности канала. QAM используется в стандартных модемах, обеспечивающих скорость передачи данных 9,6кбит/с. Конкретный тип модуляции выбирается в зависимости от требуемой скорости и условий приема. Сигнал разбивается на определенное количество параллельных потоков при передаче и собирается в единый поток на приеме. Для уверенного приема и передачи на сверхвысоких частотах планируют применять так называемые адаптивные антенны, которые смогут подстраиваться под конкретную базовую трансиверную станцию BTS. Но в условиях города таким антеннам в определении правильного направления могут помешать замирания сигнала и его искажения, возникающие в процессе распространения. Особенность ортогональной частотной модуляции OFDM - устойчивость к "замираниям" сигнала (для разных типов модуляции есть свой запас на замирания), работа антенн в условиях отсутствия прямой видимости, что не мешает приему сигналов мобильными станциями MS, как это наблюдается в системах второго поколения - GSM.

Недостатки ортогональной частотной модуляции OFDM - чувствительность к искажениям и высокая требовательность к качеству электронных схем.

В Европе также готовятся к запуску первые сети мобильной связи четвертого поколения 4G. О своем участии в проекте LTE (Long-Term Evolution) заявили крупные европейские операторы T-Mobile International, Orange и Vodafone Group, а также производители мобильного оборудования Alcatel-Lucent, Nokia Siemens Networks, Nortel Networks и Ericsson. LTE-сети (поколение 4G) - Long Term Evoluton – долгосрочое развитие, или долговременное развитие – сети сотовой связи четвертого поколения (4G). Для работы LTE достаточно полосы 1,5мГц, а для развертывания технологии LTE/LTE Advanced могут задействоваться полосы частот в диапазоне от 450,0мГц до 4990,0мГц (это дает возможность операторам использовать уже имеющиеся у них частоты). LTE возможно уже сегодня. Но остаются препятствия: в мировом масштабе - это отсутствие терминалов, в российском масштабе - политика распределения спектра, когда частоты привязаны к технологиям.Минсвязи РФ рассматривает возможность применения идеологии "открытого спектра", т. е. отсутствия непосредственной связи частот с технологиями. Изучается вопрос о том, нужны ли специальные лицензии для предоставления услуг связи на основе технологии LTE.Мировой опыт показал, что услуги 3G не столь востребованы, как прогнозировалось, и инвесторы испытали разочарование. До сих пор никто не обосновал окупаемости сетей LTE. Полосы 1,5мГц хватит для обслуживания лишь небольшого количества абонентов, а чтобы технология LTE заработала на полную

278

мощность, обеспечивая скорость 100,0мбит/с и более, необходима непрерывная полоса 20,0мГц. Но частотного ресурса для этого нет. На диапазон 800,0мГц, который предполагалось получить от внедрения кабельного цифрового телевидения, рассчитывать не приходится.

В коммерческую эксплуатацию первые сети четвертого поколения будут запущены в 2010-2012 годах. Эксперты полагают, что к этому сроку можно развернуть сети 4G, но зоны покрытия базовых станций будут "очаговыми".

Специалисты уверены, что вряд ли услуги 4G станут популярными у европейских пользователей в ближайшие годы. После запуска первых сетей третьего поколения 3G в Европе, они используются менее чем на 50,0% своих возможностей. Аналитики связывают непопулярность у пользователей систем 3G с завышенными тарифами на услуги этой связи. В успехе внедрения технологий 4G будет играть ценовая политика европейских Операторов связи. Далеко не все пользователи заинтересованы в услугах Интернет - большинству нужна обычная телефонная связь (речевые и текстовые сообщения). Учитывая проблемы 3G, существенное влияние технологий связи четвертого поколения 4G на рынок телекоммуникационных услуг в Европе станет заметным лишь к 2020 году. Сейчас в США Оператор мобильной связи Nextel рассматривает возможность отказаться от 3G в пользу системы 4G компании Flarion.

Проверка жизнеспособности 4G охватит 150 базовых трансиверных станций BTS в крупнейших городах юга Америки. Испанская Telefonica не отказывается от внедрения сетей третьего поколения, а только ограничивает масштабы их применения для того, чтобы сконцентрироваться на "прыжке" через одно поколение. На пути введения в эксплуатацию сетей 4G есть ряд проблем:

- Первая: на рынке практически нет мобильных абонентских устройств, обеспечивающих связь с системами четвертого поколения.

Мобильные телефоны поколения 4G, если бы и существовали, потребляли бы слишком много энергии и не могли бы долго работать на аккумуляторах (подобные проблемы есть и у мобильных телефонов поколения 3G).

- Вторая: скоростной доступ в Интернет и видеосервисы потребуют больших по размеру и более качественных дисплеев, чем те, которые встроены в мобильные телефоны сегодня.

- Третья: главная проблема - капиталовложения в развертывание сетей четвертого поколения должны быть намного больше, чем в технологии 2G и в системы 3G. Быстрая экономическая отдача от реализации проектов четвертого поколения 4G проблематична.

Производители предлагают объединить технологии 4G сетей сотовой связи и беспроводные широкополосные сети WMAN.

В 4G, технология Wi-Fi получит сильного конкурента. Новые возможности в передаче огромных объемов пакетов данных, которые предоставляются технологиями 4G, уже сейчас заставляют поставщиков мобильного оборудования задуматься о расширении своего бизнеса.

Если сегодня основным товаром на этом рынке являются мелодии и простенькие игры, то появление 4G сделает намного более актуальным мобильное телевидение - video-on-demand - VOD - "видео по запросу", " игры и т.п.

279

Благодаря 4G станут возможны мобильные видеоконференции (видеочаты) и сети подвижной связи PTP (P2P) - Peint-to-Point - двухточечный (точка-точка).

По прогнозам исследовательской компании Screen Digest, к 2011 году во всем мире будет 140,0 млн пользователей сервисов мобильного телевидения. Ежегодный совокупный доход этого рынка в Европе через пять лет достигнет 4,7 млрд. евро. Аналитики полагают, что потенциально сервисы мобильного ТВ могут приносить гораздо бóльшие доходы, чем игры и музыка для мобильных телефонов. К 2011 году этот рынок увеличится ненамного - до 2,0 млрд. евро. Причиной столь незначительного роста специалисты Screen Digest называют стремление Операторов сотовой связи сфокусироваться на музыкальных и телевизионных сервисах, а не на играх. На рынке музыкального мобильного оборудования в течение следующих пяти лет, напротив, ожидается рост. Объем рынка в сравнении с 2007г увеличится в 8 раз и составит 1,5 млрд. евро. Одним из основных факторов роста станет доступность сервисов, которые предлагают пользователям не только аудиотреки, но и сопутствующие сервисы. В 2011 году большинство музыкальных композиций пользователи будут, загружать в мобильные телефоны с персональных компьютеров.

Краткий итоговый обзор основных сетей сотовой связи поколений1G-4G Изначально все абоненты обслуживались одной базовой трансиверной станцией станции BTS,что вызывало следующие проблемы:- Ограничение передвижения в зоне действия базовой станции BTS.- Затухание радиосигнала к периферии.- С увеличением мощности базовой станции, возрастает вредное воздействие на человека, окружающую среду и создаются промышленные помехи, которые в свою очередь, ухудшают качество связи.- Ограниченное число радиоканалов (узкий частотный диапазон) - не позволяет увеличивать число обслуживаемых абонентов.- Большие и тяжелые мобильные станции MS (телефоны).Для того чтобы устранить большинство недостатков такой системы необходимо: - Увеличить количество базовых станций. - Разделить территорию покрытия на зоны (ячейки, или соты). - В центре каждой ячейки установить базовую станцию BTS. - Мощность передатчиков MS и BTS уменьшить до минимальной величины, но достаточной для устойчивой связи между мобильной станцией и базовой станцией.

С увеличением числа BTS, появляются новые проблемы, т.к. называемые "мертвые зоны" или места перекрытия сигналов, для устранения которых используется гексагональная форма зон покрытия (ячеек, сот). В системе, которая использует в качестве геометрической формы ячеек равносторонний шестиугольник, нет зон перекрытия радиосигналов и пропусков участков покрытия - "мертвых" зон.В шестиугольной сотовой структуре повтор одинаковых частот возможен через две ячейки, что решает проблему дефицита радиоканалов. Используя семь несущих частот, можно покрыть зону обслуживания всей сети сотовой связи.Радиус сот увеличивается к периферии от густо населенных центров, что позволяет экономить количеств базовых станций BTS, увеличивая их мощность.

280

Разделение сот, в зависимости от их зоны обслуживания:- Пикосота - до 100,0м - дома, крупные офисные центры, выставки, магазины.- Микросота - от 50,0м до 300,0м - города.- Макросота - от 1,0км до 20,0км - пригороды крупных городов.- Гиперсота - больше 20,0км - малонаселенная местность.

Все базовые станции соединены с центром коммутации сотовой связи (коммутатором). Коммутатор осуществляет связь с городской телефонной сетью, междугородными и международными линиями связи.Основной принцип сотовой связи состоит в следующем: в мобильном телефоне сотовой связи встроен приемо-передатчик, который при переходе из одной соты в другую, перестраивается на частоту другой базовой станции, сигнал которой выше по уровню мощности. Это происходит, кода мобильный телефон включен, не зависимо от того, находится в рабочем режиме или режиме ожидания. Таким образом, система всегда "знает" местоположение мобильной станции. Множественный доступ и организация каналов в сети GSM.Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сети GSM работают в диапазоне 900,0мГц, 1800,0мГц, 1900,0мГц. Частотный диапазон, используемый для стандартов GSM900, GSM1800, разделяется на две полосы: нижняя полоса (от MS к BTS - исходящая линия связи) и верхняя полоса (от BTS к MS - нисходящая линия связи). Физическое соединение обеспечивается двумя несущими частотами в верхней и нижней полосах и временным интервалом (стандарт TDMA - множественный доступ с разделением каналов).Каналы передачи от мобильной станции MS к базовой станции BTS называются восходящими (исходящими), каналы передачи от базовой станции к мобидьной станции - нисходящими. Один частотный канал занимает полосу 200,0кГц. Всего в полном диапазоне системы GSM 900 размещается 124 частотных канала, в системе GSM1800 - 374 частотных канала. В стандарте GSM применяется множественный доступ с временным разделением каналов TDMA. В стандарте TDMA каждый частотный канал разделяется во времени между несколькими мобильными станциями пользователей, т.е. частотный канал предоставляется нескольким пользователям на определенные промежутки времени. На одной несущей частоте можно организовать 8 временных интервалов.

Технолоия CSD - Circuit Switched Data - передача данных по коммутируемым каналам связи.

Основные характеристики:

- При использовании CSD информация передается по одному выделенному радиоканалу. - Скорость передачи данных - 9,6кбит/с. - Зона CSD соответствует зоне GSM. - Тарификация CSD-услуг зависит от времени занятия канала связи и не зависит от объема переданных или полученных данных. - СSD - соединение надежно.

281

Технология WAP - Wireless Application Protocol - протокол беспроводных приложений

WAP - технология (стандарт) доступа к ресурсам Интернет посредством мобильного телефона, без дополнительных устройств: компьютера, модема. WAP - Wireless Application Protocol - это стандарт, с помощью которого информация из Интернет передается на небольшой дисплей мобильного телефона. В этом заключается основное отличие технологии WAP от привычных методов доступа в Интернет, которые обеспечивают обмен информацией и просмотр Web-сайтов (протоколы HTTP и TCP/IP). Стандарт WAP учитывает особенности мобильных станций MS, а также беспроводного доступа:

- малый объем памяти мобильной станции MS; - малый размер дисплея мобильной станции, а также ограниченные возможности клавиатуры; - низкую скорость процессора; - низкую пропускную способность канала связи; - возможные большие задержки в передаче данных.

Внедрение WAP позволяет оптимально использовать для доступа в Интернет мобильный телефон, однако влечет определенные изменения в структуре доступа пользователя к информации на сайтах в Интернет. Большинство информации в Интернет хранится в виде файлов, написанных определенным образом на языке программирования HTML - Hyper Text Markup Language - язык гипертекстовой разметки - простой язык гипертекстового форматирования, в котором используются тэги - tag - признаки, определяющие тип данных. Домашний компьютер с помощью модема загружает из Интернет (с различных Web-серверов - хранилищ информации) файлы. Специальная программа, называемая браузером (Internet Explorer, и др.) расшифровывает эти файлы и переводит информацию из запрограммированного вида в обычное наглядное изображение на дисплее.Место модема и компьютера в системах GSM занимают модем и специальный браузер, встроенный в мобильную станцию пользователя. Запрос с мобильной станции поступает в WAP-шлюз Оператора связи. Этот шлюз является "переводчиком" между мобильной станцией MS и обычным Web-сервером Интернет. Для осуществления обмена информацией используется специальный "беспроводный гипертекстовый язык" - WML. WAP-браузер расшифровывает и преобразует информацию из запрограммированного вида в изображение на дисплее мобильного телефона. WML позволяет использовать для оформления страниц текст и простейшую графику. Чтобы пользоваться WAP, необходимо иметь мобильный телефон с WAP-браузером, который позволит просматривать WAP-страницы. WAP-браузер имеют не все мобильные телефоны. Важно не только наличие WAP-браузера, но и его версия (модификация). В настоящий момент их четыре: версия 1.0, 1.1, 1.2 и 2.0 . Версия 1.0. давно не используется, а WAP 1.2 и 2.0 используются во многих моделях мобильных станций MS. Для работы с WAP мобильные станции должны быть предварительно настроены, согласно требованиям Операторов связи.

282

Технология GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу

Для достижения высокой скорости передачи данных, а также изменения идеологии системы оплаты была разработана технология GPRS - General Packet Radio Service - услуга пакетной передачи данных по радиоканалу. Принцип ее работы заключен в названии. Весь объем информации, передаваемый пользователем, разбивается на пакеты, каждый из которых "становится в очередь на передачу". При освобождении каналов базовой трансиверной станции BTS мобильная станция MS начинает осуществлять передачу этих пакетов. Мобильная станция может одновременно отслеживаться и, соответственно, обслуживаться несколькими базовыми станциями. Маршрут любого из пакетов данных может быть различным. Каждый пакет имеет адрес, где записан конечный пункт передачи пакета данных, поэтому на приеме вся информация собирается воедино. В результате увеличивается скорость за счет одновременной передачи нескольких пакетов по разным маршрутам. Благодаря тому, что "пакеты" данных предполагается передавать одновременно по многим каналам (именно в одновременном использовании нескольких каналов и заключается выигрыш в скорости) в паузах между передачей речи, введение GPRS будет способствовать более рациональному распределению радиочастотного ресурса. Речевой трафик имеет безусловный приоритет перед передачей данных, поэтому скорость передачи информации (пакетов данных) определяется не только возможностями сетевого и абонентского оборудования, но и нагрузкой сети (трафиком).

Схемы кодированияТехнология GPRS предусматривает использование четырех схем кодирования (Coding Schemes - CS - схемы кодирования): CS1, CS2, CS3, CS4. -CS1. В режиме GPRS каждой мобильной станции MS может предоставляться от 1 до 8 временных интервалов.

Схемы кодирования определяют скорость передачи пакетов данных:- при использовании CS1 скорость почти не отличается от скорости передачи GSM 900 - 9,6кбит/с - в одном временном интервале (тайм-слоте), но при использовании всех 8 тайм-слотов - скорость достигнуть 72,4кбит/с;- при использовании CS2 - соответственно: 13,4кбит/с и 107,2кбит/с; - при использовании CS3 - соответственно: 15,6кбит/с и 124,8кбит/с;- при использовании CS4 - соответственно: 21,4кбит/с и 171,2кбит/с; Во время передачи пакетов данных ресурсы каналов связи могут выделяться независимо друг от друга, т.е. в системе допускается реализация симметричного и асимметричного режимов передачи данных. Теоретически скорость передачи данных в GPRS-системе может достигать 171,2 (8х21,4)кбит/с - если применить схему кодирования CS4.

Сервис MMS

MMS - Multimedia Message Service - сервис мультимедиа сообщений - это сервис мультимедийных сообщений. Благодаря этой технологии, появляется возможность передавать и принимать на мобильный телефон текст, графику, музыку и видео.

283

ММS во многом напоминает SMS - Short Messaging Service - службу коротких сообщений, но в отличие от SMS обеспечивает обмен мультимедийными сообщениями. Это означает, что отправляемый текст может быть, иллюстрирован рисунком или фотографией формата GIF и JPEG, снабжен аудиоклипы или видеоклипом MPEG4, MP3 и MIDI.Любое мультимедийное сообщение состоит из одного или нескольких элементов, которые могут комбинироваться. Это может быть фотография, сопроводительный текст и аудиоклип с синхронным проигрыванием. Пользователь мобильного устройства может самостоятельно создавать мультимедийные сообщения, используя готовые шаблоны, или загружать фотоизображения из встроенной или подключенной цифровой камеры. Кроме того, видеоклипы и аудиоклипы, а также графические изображения с высоким разрешением могут быть загружены из специализированных WAP-сайтов.

MMS-сообщения можно посылать не только с мобильного телефона на другой мобильный телефон, но и по электронной почте в компьютер адрессата. Для этого вместо номера мобильного телефона получателя нужно ввести адрес его электронной почты. Технология MMS представляет собой комплексное решение, которое состоит из поддерживающих передачу и прием мультимедийных сообщений мобильных станций MS, MMSC - Multimedia Messaging Service Center - центра обработки мультимедиа-сообщений и дополнительных мультимедия-приложений (новости, игры и т. д.). Мобильным терминалом может быть мобильный телефон, коммуникатор или подсоединенный к сети Оператора сети сотовой связи, PDA - Personal Digital Assistant - персональный цифровой помощник (карманный компьютер). Передача мультимедийных сообщений не зависит от каналов передачи данных и не ограничивается сетями стандартов GSM или W-CDMA. Сообщение может передаваться по каналам CSD, GPRS и HSCSD (см. словарь) в сетях сотовой связи второго поколения 2G, в сетях, основанных на стандарте GPRS, и в сетях стандарта UMTS третьего поколения 3G.Для обеспечения работы MMS в сеть добавляется новый элемент - MMSC - Multimedia Messaging Service Center - центр обработки мультимедиа-сообщений, именно с помощью этого элемента сети сообщения хранятся до момента их приема пользователем, кроме того, MMSC обеспечивает функционирование других услуг, например, электронной почты.В сеть включаются специальные шлюзы, которые определяют тип телефона, принимающего MMS-сообщения. Если мобильный телефон не поддерживает технологию MMS, ему направляется простое SMS-собщение со ссылкой на адрес в Интернет, где можно увидеть MMS-сообщение. Это будет похоже на просмотр Интернет-открыток, так как пользователю приходит не само сообщение, а только ссылка на него. Практически любой мобильный телефон, в котором имеется WAP-броузер, способен принимать MMS-сообщения, но это нельзя назвать встроенной поддержкой сервиса мультимедийных сообщений. При разработке технологии MMS изначально была предусмотрена возможность просмотра сообщений на дисплеях мобильных телефонов, не поддерживающих эту технологию. Это было сделано для того, чтобы не возник барьер между пользователями, у которых имеется и не имеется доступ к этой функции.

284

Минимальным требованием для приема MMS-сообщения является наличие в телефоне WAP-броузера. Сеть сама определяет, оснащен ли мобильный телефон полноценной поддержкой MMS. Если нет, то пользователю мобильного телефона придет обычное SMS-сообщение, содержащее номер отправителя, размер сообщения в килобайтах и ссылка на ресурс, где хранится это сообщение. Информация в сервере хранится в универсальной кодировке, которую "понимает" любое современное устройство. Максимальный размер сообщения определяет Оператор сотовой связи. С внедрением MMS необходимо быстро передавать большие объемы информации использование технологии высокоскоростной передачи данных GPRS. Без нее обмен мультимедийными сообщениями невозможен. извне.

Технология EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции

EDGE - Enhanced Data rates for Global Evolution - повышенная скорость передачи данных для глобальной эволюции. Впервые EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи - ETSI в начале 1997г в качестве эволюции существующего стандарта GSM. Однако разработки технологии велись параллельно в Европе (ETSI) и в США, где основные положения концепции EDGE стали фундаментом проекта стандарта UWC-136 - технологии построения системы третьго поколения 3G на базе широко используемого в США стандарта IS-136 (D-AMPS). Таким образом, EDGE внедряется не только в среде GSM, но также на рынке TDMA (IS-136) в США с применением тех же технических стандартов.

EDGE - стандарт пакетной передачи данных переходного этапа: от второго поколения (2G) к третьему поколению (3G) сетей сотовой связи. Он совместим с такими службами GSM, как GPRS. Первый этап (phase I) развития технологии EDGE (стандарт 1999 г.) использует функции GPRS, позволяет обеспечить скорость передачи данных до 384,0кбит/с. Более высокие скорости передачи данных - до 2,048мбит/с, которые определены в документе МСЭ-Т: IMT-2000 для сетей поколения 3G, предполагается реализовать на втором этапе реализации стандарта EDGE, который должен предоставлять обслуживание в режиме реального времени (On-line), например передачу мультимедиа сообщений (текста, речи, звука и видео).На первом этапе технология EDGE предусматривает организацию двух служб: -усовершенствованной службы коммутации пакетов (EGPRS, Enhanced GPRS); - усовершенствованной службы коммутации каналов (ECSD, Enhanced Circuit Switched Data). 384,0кбит/с - это скорость передачи данных, которая поддерживается на первом этапе внедрения сетей сотовой связи третьего поколения - 3G.Технология EDGE может стать альтернативой для Операторов сетей сотовой связи GSM, которые по каким либо причинам, например, не получат лицензию на функционирование сетей сотовой связи третьего поколения....

285

I-MODE - служба мобильного доступа в Интернет

I-MODE - это служба мобильного доступа в Интернет, полноцветный Интернет-сервис для мобильных телефонов, с постоянным соединением с Интернет, основанный на коммутации пакетов. "I-MODE " означает - "торговая", принадлежащая компании NTT DoCoMo (Япония)Технология I-MODE, разрабатываемая исследовательским центром телекоммуникационной компании NTT DoCoMo, была внедрена в 1999г. в сети сотовой связи, и сразу обрела огромное количество пользователей. Сегодня эта технологии широко внедряется и в других странах мира.

Современные технологии cетей сотовой связи

Несколько основных разновидностей сетей связи использующихся для обслуживания мобильных станций MS:

Сети персонального доступа (радиорелейные, пейджинговые, твейджинговые, транкинговые, радио...);

Локальные сети беспроводного доступа; Сети сотовой связи; Сети спутниковой связи.

В последнее время появились гибридные сети различной конфигурации и протяженности, например, беспроводные сети масштаба города стандарта WMAN - Wireless Metropolitan Area Network компании WiMAX.Мобильная сеть произвольной структуры - Mobile Ad Hoc network - это сеть, произвольно сформированная без какой-либо центральной системы и жесткой структуры, состоящая из узлов мобильной связи, использующих беспроводный интерфейс для передачи информации. Узлами в сети такого типа могут служить маршрутизаторы (router) и хосты (host). Они могут пересылать пакеты данных для других узлов мобильной связи и поддерживать приложения пользователя. Международная программа телекоммуникаций IMT-2000 базируется на построении систем 3-го поколения - 2,5G. Они должны обеспечивать скорости передачи для различных скоростей передвижения мобильных станций MS в зависимости от величины зоны покрытия:

2,048мбит/с - при низкой мобильности (скорость 3,0км/ч) и локальной зоне покрытия (офисы, здания);

144,0кбит/с - при высокой мобильности (до 120,0км/ч) и широкой зоне покрытия;

64,0кбит/с - при больших зонах покрытия.

.

.

.

.

.

286

Услуги систем связи третьего поколения – 2,5GВид услуги Услуги Скорость,

кбит/сРежим работы / трафик

РечьРечь, голосовая почта

8,0-32,0Коммутация каналов/ симетричный

Низкоскоростной обмен данными

SMS, определение местонахождения (навигация)

9,6-14,4Коммутация пакетов/ асиметричный

Обмен мультимедиа-данными

Видеотелефонная связь, передача изображений и больших объемов данных

144,0-384,0Коммутация пакетов/ асиметричный

Увеличение скорости передачи каналов связи в существующих системахНапример, одним из методов увеличения скорости передачи каналов связи, как отмечалось ранее, является технология EDGE, позволяющая в три раза увеличить скорость передачи данных в системах стандарта GSM. Увеличение скорости передачи данных в каналах связи осуществляется за счет использования одним каналом связи 8 временных интервалов (слотов).

Два пути перехода к системам третьего поколения

В рамках концепции IMT-2000 используются две стратегии перехода к третьему поколению сетей сотовой связи - 3G: эволюционная (постепенная) и революционная (одномоментная):

Определяющий факторЭволюционный путь Революционный путь

Использование частотного ресурса Работа в прежних диапазонах Освоение новых диапазонов

Предоставление услугПостепенно расширяемый набор услуг

Новые услуги с начала развертывания новой системы

Пропускная способность Постепенно наращиваемая Изначально высокая

Стратегия создания сетевой инфраструктуры

Медленный и постепенный переход от 2G к 3G по мере появления спроса на услуги

Создание опытных зон с полным набором услуг

Технологический уровеньНовые технологии в отдельных сетевых элементах

Все главные сетевые технологии новые

Архитектура сетиМаксимальное использование существующей сетевой инфраструктуры

Новая архитектура сети

Коммерческий риск Низкий Высокий

Состав Операторов связи В основном те же, что и в 2GОператоры, имеющие лицензии на услуги 3G

Глобальный роуминг С ограничениями С ограничениями

Капитальные затратыКапитальные затраты незначительные

Капитальные затраты значительные

287

Радиоинтефейсы IMT2000Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций - МСЭ-Т (ITU-T) утвердил сразу пять различных радиоинтерфейсов для систем третьего поколения 3G: IMT- UMTS, CDMA 2000, UTRA - базируются на технологии CDMA (2G). Для создания наземных сетей подвижной связи МСЭ-Т было рекомендовано использовать пять типов радиоинтерфейсов:

IMT-DS (Direct Spread, W-CDMA / UTRA FDD); IMT-MC (Multi Carrier, CDMA 2000); IMT-TC (Time-Code, UTRA FDD / CDMA, CDMA 2000); IMT-SC (Single Carrier, IS-136 - AMRS); IMT-FT (Frequency Time, DECT).

Смена поколений сетей сотовой связи Главной особенностью современного этапа развития систем сотовой связи является переход к системам третьего поколения 3G. Основным отличием систем 3G от эксплуатируемых сейчас сетей второго поколения 2G является возможность передачи больших объемов информации с высокими скоростями. В системах третьего поколения появляются возможности для предоставления мультимедийных услуг: передачи речи, текста, данных, видео, навигации и др.

Технология I-MODEI-MODE - технология предоставления абонентам дополнительных информационных услуг, в частности доступа в Интернет. Основу технологии, разработанной японской компанией NTT DoCoMo - Nippon Telephone and Telegraph DoCoMo, составляет использование компактной (усеченной) версии языка программирования HTML - так называемого c HTML (Compact HTML).

Технология EDGEТехнология EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution принята институтом ETSI в качестве основы для развития сетей GSM / GPRS. Соответствуя требованиям IMT-2000, технология EDGE способна обеспечить развертывание служб передачи данных со скоростями до 384,0кбит/с является хорошим дополнением к сетям радиодоступа UMTS. Реально достижимая средняя скорость передачи данных составляет 100,0–120,0кбит/с, с пиковыми значениями до 230,0кбит/с. Процесс стандартизации EDGE был разделен на два этапа. На первом акцент был сделан на разработку технологий E-GPRS - Enhanced GPRS и E-CSD (Enhanced Circuit-Switched Data). Соответствующие стандарты появились в 1999 году. На втором этапе определены шаги по реализации услуг мультимедиа в режиме реального времени. Кроме того, планируется согласовать интерфейсы EDGE и UMTS, что позволит обеим системам взаимодействовать друг с другом.

Системы 3.5GТермин 3.5G используется, для описания усовершенствованных 3G мобильных сетей передачи данных, в которых достигнуты более высокие, чем 2,048мбит/с, скорости передачи данных - порядка 3,0мбит/с. Первая страна, которая вводит 3.5G сети в большом национальном масштабе - Япония, первый Оператор связи - японская компания KDDI. KDDI ввела сеть множественного доступа с кодовым разделением каналов CDMA2000. 1x.

288

Технология H-SUPA – системы поколения 3.75GВысокоскоростной пакетный доступ по нисходящему каналу связи H-SUPA - High-Speed Uplink Packet Access является протоколом доступа к данным для сетей сотовой связи с высокой скоростью передачи данных 5,8мбит/с. Аналогично H-SDPA, H-SUPA считают эволюционной технологией поколения 3.75G. Предполагается введение H-SUPA в мобильные телефоны в 2008г.

Системы четвертого поколения 4GТермин 4G используется для краткого обозначения технологии беспроводного доступа четвертого поколения (Fourth-Generation), являющегося преемником 3G. Концепция 4G описывается двумя различными, но общими идеями:- Высокоскоростной беспроводный доступ с высокой скоростью передачи данных - до 20,0мбит/с. - Всепроникающие сети - Pervasive networks. Эти технологии доступа: WLAN, WMAN, UMTS, EDGE и др.

Поколения: 1G; 2G; 2.5G; 3G; 3.5G; 4G; 5G;Реализация: 1984; 1991; 1999; 2006; 2008; 2012; 2015гг.Сервисы: 1G - аналоговый стандарт, синхронная передача данных со скоростью до 9,6 кбит/с; 2G - цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS) большая ёмкость, пакетная передача данных, 4G - IP-ориентированная сеть, поддержка мультимедиа, скорости до сотен мегабит в секунду.Скорость передачи: 1G- 9,6кбит/с; 2G - 14,4кбит/с; 2.5G - 384,0кбит/с;3G - 2,048мбит/с; 4G - 3,0-14,0мбит/с, 1,0гбит/с. Главной особенностью современного этапа развития систем сотовой связи является переход к системам третьего поколения 3G. Наиболее актуальна эта проблема для Операторов связи сетей первого поколения, работающих в стандарте NMT. Операторы сотовых сетей связи GSM также прикладывают максимум усилий для удовлетворения потребностей своих пользователей в области мобильной передачи данных. Связано это, прежде всего с тем, что сети 3G позволяют предоставлять пользователям широкий диапазон новых услуг, которые способны существенно повысить доходы Операторов связи, а для производителей - продажи сетевого оборудования и телефонов. Основным отличием систем 3G от эксплуатируемых сейчас сетей второго поколения (2G) является возможность передачи больших объемов информации с высокими скоростями. Это позволяет получить качественно новый уровень связи, на основе которого возможно формирование глобального информационного пространства, доступ к которому не зависит от местоположения пользователя и его перемещений. Вследствие этого меняется и функциональное предназначение самого мобильного телефона - кроме средства голосового общения он становится многофункциональным устройством. Возможности сетей 3G открывают новые горизонты в использовании мобильной связи, как частным абонентам, так и крупным корпорациям.

289

С одной стороны, абоненты получают в свое распоряжение полноценный доступ в Интернет, и множество других услуг. С другой стороны - Оператор связи начинает зарабатывать на росте трафика, с третьей стороны - появляется новый вид деятельности по предоставлению сервисов и услуг. Появляются возможности для видеоконференций, мультимедиа, мобильной электронной коммерции, обеспечения безопасности и услуг на основе навигации.

Международный Союз электросвязи - МСЭ-Е (ITU) при сохранении идеи глобального роуминга, в качестве идеологической основы для объединения существующих сетей с системами, базирующимся на новом семействе стандартов 3-го поколения - IFS - IMT-2000 Family of Systems, отказался от принципа глобального международного стандарта и сосредоточил свои усилия в этом вопросе на их гармонизации. При этом в качестве основных стандартов данного семейства рассматривались стандарты CDMA и HSCSD.

Технология H-SDPAТехнология высокоскоростного пакетного доступа по нисходящему каналу Технология H-SDPA основана на использовании высокоскоростного нисходящего канала H-SDSC - High-Speed Downlink Shared Channel систем 3G, способного поддерживать высокие скорости передачи данных; она позволяет обслуживать разных пользователей, осуществляя мультиплексирование с временным и кодовым разделением. Благодаря этому, эта технология идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательской среде.

Расширение возможностей UMTS-сетей за счет использования технологии H-SDPA

Распространение технологии High-Speed Downlink Packet Access (H-SDPA) трансформирует характер беспроводных коммуникаций и позволяет реализовать широкополосный беспроводной доступ. Это очередное технологическое достижение, способное привести к увеличению спроса на услуги связи со стороны конечных пользователей. С появлением технологии H-SDPA рост рынка мобильного широкополосного доступа на базе UMTS повторяет тенденции рынка фиксированной широкополосной связи, что сказывается на пользователях. Внедрение технологии H-SDPA в UMTS-сетях позволяет добиться более высокой скорости передачи данных и снизить значение сетевых задержек для конечных пользователей. Тремя основными особенностями стандарта UMTS является преемственность услуг второго и третьего поколения, поддержка мультимедийных решений за счет возможности одновременного предоставления голосовых услуг и услуг по передаче данных, а также высокая скорость передачи данных. Использование технологии H-SDPA позволяет пойти еще дальше, и обеспечить на практике среднюю скорость передачи данных порядка 800,0кбит/с и даже 1,5мбит/с, поскольку пиковая скорость передачи данных составляет 3,6мбит/с для мобильных терминалов категории 6 и до 14,4мбит/с для терминалов категории 10. Кроме того, технология H-SDPA позволяет снизить время задержки полезного сигнала до 65,0мс, что позволяет использовать мобильную беспроводную связь для интерактивных приложений - многопользовательских игр.

290

Пример использования H-SDPA

Возьмем, к примеру, следующую ситуацию: родители с детьми рано утром отправляются в путешествие. После двух часов пути детям стало скучно. Проходили соревнования по компьютерным играм как раз в то время, когда они находятся в дороге. Это - многопользовательская игра с высоким разрешением, предъявляющая высокие требования к пропускной способности, благодаря технологии H-SDPA дети могут загрузить игру и участвовать в соревнованиях непосредственно во время движения. Спустя всего несколько секунд, они начинают играть со своими друзьями-соперниками. Низкие значения сетевых задержек обеспечивают высокую степень интерактивности игрового процесса; но для родителей важнее, что дети заняты игрой и всю дорогу ведут себя спокойно.

Кроме того, технология H-SDPA открывает Операторам новые возможности для выхода на рынок услуг triple play, и позволяет предоставлять местным жителям целый пакет услуг: телевидение, доступ в Интернет, голосовые и мобильные услуги. Благодаря H-SDPA, все это доступно уже сегодня.

Услуги triple play с использованием технологии H-SDPA

Для предоставления услуг H-SDPA не требуется специального оборудования

Переход к технологиям H-SDPA путем обновления программного обеспечения

Nortel производит базовые станции Node B, позволяющие предоставлять услуги UMTS. При этом любая базовая станция Node B, где бы она ни была установлена, будет поддерживать технологию HSDPA после обновления только лишь программного обеспечения (ПО). Опираясь на технологии стандарта IS-95 (CDMA) трех предыдущих поколений, а также используя свой опыт в разработке и внедрении решений 1xEV-DO в базовых станциях четвертого поколения для сетей CDMA и UMTS, Nortel уже на аппаратном уровне реализовала модуляцию QPSK и 16 QAM H-SDPA. Ни одна из установленных базовых станций Node B не требует замены модулей борудования.

291

Часть ПО контроллера подсистемы радиодоступа (RNC), необходимая для оказания услуг H-SDPA, выполнена в виде подключаемого модуля (add-on) для существующего ПО, позволяющего работать с мобильными телефонами версии R'99. Поэтому на работе сети с технологией UMTS версии R'99 внедрение H-SDPA никак не сказывается.

Программное обеспечение H-SDPA реализует новый фреймовый протокол, позволяющий работать с трафиком транспортного канала HS-DSCH на интерфейсе Iub. Кроме того, это ПО также включает обновление инструментов для управления радиоресурсами (Radio Resource Management) для сетей H-SDPA, в частности инициация и окончание вызовов H-SDPA, анализ возможностей пользовательского оборудования (UE), проверка канала радиодоступа (RAB) и контроль установления H-SDPA соединений (CAC). Первый H-SDPA вызов был продемонстрирован еще в 2004г., а запуск сетей в тестовую эксплуатацию начался в 2005 году. На конгрессе Ассоциации GSM в этом году Nortel продемонстрировала соединение со скоростью 3,6мбит/с на коммерческой сети.

При использовании H-SDPA расширяются возможности конечных пользователей за счет увеличения пропускной способности сети в пять раз и увеличения емкости сети в два раза по сравнению с UMTS-сетями. Технология H-SDPA обеспечивает низкие значения задержек (до 65,0мс). Это позволяет запускать в H-SDPA сетях интерактивные приложения, в том числе многопользовательские игры.

Кроме того, низкое время задержки сигнала играет важную роль для реализации интерактивных приложений IMS и в системах передачи данных ACK/NACK, где время задержки напрямую сказывается на пропускной способности.

Например, для обеспечения высокой пропускной способности канала TCP требуется, чтобы значение задержки сигнала не превышало 100,0 мс.

Низкая стоимость передачи данных, возможность управления перегрузками

Технология H-SDPA обеспечивает более высокую спектральную эффективность за счет использования нового общего нисходящего канала и усовершенствованных механизмов, таких как адаптивная модуляция и кодирование, или модуляция 16 QAM Modulation (в тех случаях, когда качество радиосигнала позволяет использовать более высокую скорость модуляции). Это приводит к ужесточению требований к пропускной способности между базовой трансиверной станцией - UMTS BTS и контроллером радиодоступа RNC. Пропускная способность каждой базовой станции UMTS будет зависеть от мобильных характеристик H-SDPA, которые в свою очередь определяются типом пользовательского оборудования (UE category).

В базовых станциях и контроллерах радиодоступа Nortel для UMTS-сетей используются наработки компании в области ATM. Оборудование полностью поддерживает все классы обслуживания ATM (CBR, , rt-VBR, nrt-VBR, UBR) и режимы работы (emission priorities). За счет сокращения задержек при передаче речи и видео, а также служебного трафика, продукты Nortel системы UTRA обеспечивают в современных UMTS-сетях (версии Rel'99) прирост пропускной способности на интерфейсе Iub до 50%, и дополнительную экономию пропускной способности до 90% на уровне управления. Это позволяет Операторам связи снизить эксплуатационные затраты на передачу данных.

292

Использование новой технологии пакетного доступа и увеличение пропускной способности, в решениях H-SDPA увеличивается вероятность возникновения перегрузок на канале между базовой станцией Node B и контроллером радиодоступа RNC.

Перспективное оборудование с поддержкой скорости передачи данных до 144,0кбит/с

Nortel продемонстрировала полную поддержку технологии H-SDPA на базовых станциях Node B, используемых в современных коммерческих сетях, где за счет использования всех 15 кодов на одном канале достигалась скорость передачи данных 144,0кбит/с (9,6кбит/с х 15). Однако в современных условиях без использования соответствующих приемников реализовать преимущество всех 15 кодов в H-SDPA не получается из-за серьезных помех между различными кодами.

Выводы: Первая версия H-SDPA обеспечивает высокую гибкость за счет поддержки нескольких несущих частот. Первая версия H-SDPA доступна для массового внедрения, поддерживая такие функции, как динамическое управление мощностью (Dynamic Power Management). Эти две особенности позволяют вдвое увеличить емкость каждой соты по сравнению с классическими решениями системы H-SDPA.

В ближайшее время для установки базовых станций UMTS-GSM в густонаселенных городских районах может потребоваться четыре и более потоков E1 (64,0кбит/с х 32 каналов = 2,048мбит/с). С распространением широкополосных услуг трафик базовых станций будет продолжать увеличиваться. С появлением технологии H-SDPA эта тенденция только усиливается. В 2009г. Операторы беспроводной связи столкнулись с изменением характера распределения трафика; около 60% всего UMTS-трафика - пакетная коммутация. Влияние этого перераспределения на пропускную способность каждой базовой станции UMTS зависит от мобильных характеристик H-SDPA, которые в свою очередь определяются категорией пользовательского оборудования (UE category).

Архитектура базовых станций UMTS также обеспечивает возможность экономически эффективной миграции к широкополосным решениям, где для реализации услуг H-SDPA потребуются новые, альтернативные способы передачи трафика по интерфейсу Iub, такие как темное оптоволокно (dark fiber), LMDS, медножильный кабель.

Кроме того, в целях удовлетворения растущего спроса на услуги передачи данных ведется дальнейшее развитие технологий H-SDPA. Инновации Nortel в области радиотехнологий MIMO и OFDM обеспечивают возможность эффективного увеличения емкости сети для обеспечения дальнейшего развития широкополосных беспроводных услуг. Компания продемонстрировала пиковую скорость передачи данных 300,0мбит/с на выделенном радиоканале 20,0мГц.

Повсеместное внедрение технологии High Speed Downlink Packet Access (H-SDPA) трансформирует характер беспроводных коммуникаций и позволит реализовать широкополосный беспроводный доступ.

293

Отличия смартфона от мобильного телефона

Об отличиях между смартфоном и телефоном говорится много, но не всегда верно или не в полной мере раскрываются отличия между ними. Сейчас я попробую пролить свет на то, что позволяет провести четкую грань между мобильным телефоном и смартфоном.Не каждый, услышав слово "смартфон" представляет себе, что это за аппарат и что в нем такого особенного, чтоб именоваться не просто мобильником, а носить титул "умного телефона". Слово "смартфон" (от англ. Smartphone), в прямом переводе означает ни что иное, как "умный (Smart) телефон (Phone)" - то есть телефон с широким набором функций и возможностей. Большей путаницы наводят супер функциональные телефоны, глядя на которые еще больше запутываешься и не различаешь разницы между первым и вторым. Но оказывается между мобильными телефона и смартфонами существует одна преогромная разница, которая четко определить, что находится перед тобой - простое средство связи, или устройство, претендующее на звание карманного компьютера.

Отличить смартфон от мобильного телефона можно по следующим признакам:-по внешним характеристикам:По габаритам смартфон всегда больше мобильного телефона, но сейчас, когда мобильники постепенно обзаводятся новыми функциями, а соответственно и прибавляют в размерах, а смартфоны переходят на новые микропроцессоры и постепенно теряют в "весе", разница не столь ощутима, как это было еще год назад.-по функциональности:Количество функций в смартфоне всегда было на порядок больше чем в обычном мобильном телефоне. Задачи, которые ставятся перед мобильным телефоном и смартфоном – существенно отличаются. Основная функция телефона – это прием и передача речевого сообщения, а смартфон , кроме этой функции, должен обеспечить частично функции карманного компьютера (КПК)Основное отличие смартфона от мобильного телефона кроется в следующем описании: Смартфон – это мобильный телефон, работающий на операционной системе (ОС) открытого типа.Чтобы "мобильнику" называться смартфоном, ему необходимо работать под управлением операционной системы, что позволяет загружать в телефон программы сторонних разработчиков или, если позволяет квалификация владельца, самому создать программу для своего маленького друга. Самый обыкновенный мобильный телефон позволяет загружать в него Java программы, но не называется смартфоном, т.к. используемая в телефонах технология Java является не ОС, которая работает под управлением, или параллельно с операционной системой самогȯ телефона - ОС закрытого типа, которая не позволяет вносить в изменения.

294

Итоговая таблица характеристик основных сетей сотовой связи

Поколение 1G 2G 2.5G 3G 3.5G 4G 4G 5GВнедрение 1984 1991 1999 2002 2008-2010 2010 - 2012

Сервисы аналоговый стандарт, синхронная передача данных скорость 9,6кбит/с

цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS)

большая ёмкость, пакетная передача данных

ещё большая ёмкость, скорости до 2,0 мбит/с

увеличение скорости сетей третьего поколения

большая ёмкость, IP-ориентированная сеть, поддержка MSM, мультимедиа,скорости до сотен мегабит в секунду

Скорость передачи

1,2 кбит/с 14,4 кбит/с 384,0 кбит/с 2,0 мбит/с 3,0-14,0 мбит/с 1,0 гбит/с и более...

Стандарты

AMPS(450, 900) NMT 450,NMT 900

D-AMPS (900мГц), GSM 900,GSM 1800, PDC (1900мГц)

CDMA (800мГц), CDMA (900мГц), CDMA PCS (1900,0мГц-США),PCN (1900,0мГц - Япония аналог PCS),EDGE (1900,0мГц - Европа) GPRS GSM

W-CDMA (2100мГц...), CDMA 2000 (весь спектр частот), UMTS (UTRA) (1900мГц)LTE (любой спектр частот)

H-SCSD, H-SDPA, H-SUPA, W-CDMA2100мГцIMT-2000I-MODE LTE (любой спектр частот)

единый стандартIPv6 (IP версия 6) и др.

Сети

Виды информации

PSTN (ТфОП)

только речь

PSTN (ТфОП)

речь + данные

PSTN либо PDN

речь + пакеты данных

Сети с коммутацией пакетов, каналов.

Либо оцифрован-ная речь, либо пакеты данных

Сети с коммутацией пакетов, каналов.

Либо оцифрованная речь, либо пакеты данных

Сети с коммутацией пакетов.

Только пакеты данных: Интернет, PDN - сеть пакетной передачи данных

Европа : H-SCSD, H-SDPA, H-SUPANMT 450 NMT900 GSM900 GSM1800 GPRS EDGE UTRA UMTS W-CDMA 450мГц 900мГц 900мГц 1800мГц 1800мГц 900мГц 1900мГц 1900мГц Все диапозоныАналоговые сети Цифровые сети Цифровые сети Цифровые сети Цифровые сети

1G 2G 2,5G 3G 3,5 G

Америка, Китай и др: H-SCSD, H-SDPA, H-SUPAN-AMPS D-AMPS CDMA800 CDMA900 CDMA-PCS (PCN) CDMA2000 W-CDMA450мГц 900мГц 800мГц 900мГц 1900мГц Все диапозоныАналог. Цифровые Цифровые сети Цифровые сети сети сети1G 2G 2,5G 3G 3,5G

Все страны:

IPv6 – цифровые сети с коммутацией пакетов, все диапозоны

4G 5G

295

Итоговые таблицы сравнительных характеристик основных систем сотовой связи поколений: 1G; 2G; 2,5G; 3G; 3,5G; 4G; 5G

Аналоговые системы сетей сотовой связи первого поколения - 1G

СистемыNMT450 (450,0мГц)мобильный телефон северных стран("скандинавский" стандарт), 450,0мГц

NMT900 (900,0мГц) N-AMPS (900,0мГц)Усовершенствованная система мобильного телефона

исх., мГц 453,0-457,5 825,0-850,0 825,0-850,0нисх., мГц 463,0-467,5 870,0-895,0 870,0-895,0Макс.R ячейки, км 2 - 20 2 - 20 2- -20Скорость передачи одного канала, кбит/с

1,2 10,0 управл. инф. 1,2 даные

10,0 управл. инф. 1,2 данные

Защитная полоса, мГц 10,0 45,0 45,0ширина канала, кГц 12,5 30,0 30,0Технология модуляции SDM

FDMSDMFDMA

SDMFDMA

Количество дуплексных каналов данных

198+198=396 395+395=790 395+395=790

Количество дуплексных каналов управления

10+10=20 21+21=42 21+21=42

Общее количество каналов

416 (208+208) 832 (416+416) 832 (416+416)

Количество пользователей на один канал

1 3 3

Максимальная мощность мобильной станции MS/BTS, Вт

6,0 / 100,0 3,0 / 100,0 3,0 / 100,0

Временный международный стандарт - IS

- - IS-136

Год внедрения 1979 1983 1983Страны Скандинавия, Европа,

Россия...Скандинавия, Европа США, Канада...

296

Цифровые сети сотовой связи второго поколения - 2G

Системы

D AMPS (IS-54)- Цифровая усовершенствованная система мобильного телефона, 900,мГцPDC - Персональная цифровая система, 900,0мГц

GSM900 - Глобальная мобильная система, 900,0мГц

GSM1800 -Глобальная мобильная система, 1800,0мГц

исх., мГц 824,0-849,0 890,0-915,0 1710,0-1785,0нисх., мГц 869,0-894,0 935,0-960,0 1805,0-1880,0Макс. R ячейки, км 20,0 35,0 35,0Скорость передачи одного канала, кбит/с

8,0 9,6 13,0

Защитная полоса, мГц

45,0 45,0 95,0

Ширина канала, кГц 30,0 200,0 200,0Технология модуляции

FDMA+TDMA FDMA+TDMA, FDMA+TDMA,

Количество дуплексных каналов данных

395+395=790 124+124=248 187+187=374

Количество дуплексных каналов управления

21+21=42 - -

Общее количество каналов

832 248 374

Количество пользователей на один канал

3 8 8

Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт

3,0 20,0 20,0

Временный международный стандарт - IS

IS-54 - -

Год внедрения 1991 - 1993 1991 1996Страны США - D-AMPS

Япония - PDCЕвропа, Россия... Европа...

*IS – промежуточный стандарт МСЭ-ТGSM - 1800мГц - первоначальные названия системы:

- DCS 1800 – цифровая сотовая система (1991г.) - PCN – сеть персональной связи (1993г.)PDC - 900мГц – персональная цифровая сотовая связь (Япония, 1991г.)

297

Цифровые сети сотовой связи третьего поколения 2,5G 3G

Системы

CDMA, CDMA800

CDMAOne ( IS-95)множественный доступ с кодовым разделением (каналов), 800мГц,

CDMA PCS (PCN ) множественный доступ с кодовым разделением (каналов)1900мГц

CDMA 2000 (IS-2000, IMT-2000) множественный доступ с кодовым разделением (каналов), от 450мГц до ... мГц

исх., мГц 824,0-849,0 1810,0-1885,0 453,0-457,0нисх., мГц 869,0-894,0 1905,0-1980,0 463,0-467,0R ячейки, км 50,0 50,0 50,0Скорость передачи данных в одном канале, кбит/с

14,4 х 8 =115,2 9,6 - с кодированием14,4 без кодирования (в одном слоте)

384,0 - 1500,0(суммарная, по всем слотам)

Количество слотов (временных интервалов)

8 8 8

Защитная полоса, мГц

45,0 95 10

Ширина канала, кГц 1250,0 5000,0Технология модуляции

CDMA + TDMACDMA + FDMA

CDMA + TDMACDMA + FDMA

CDMA + TDMACDMA + FDMA

Количество дуплексных каналов данныхКоличество дуплексных каналов управленияОбщее количество каналов

Количество кодов (УШЛА) для кодирования канала передачи от MS к BTS

64 64 64

Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт

35,0 35,0 35,0

Промежуточный международный стандарт - IS

IS-95 IS-95 IS-2000

Год внедрения 1995 1994 1995Страны США... Китай...70 стран США... США... Китай...70 странПримечание Работает со всеми

диапозонами частот

* PCS (PCN) - 1900мГц - системы персональной связи (США) – первоначальное название CDMA

298

Цифровые системы сетей сотовой связи третьего поколения - 2,5G 3G

Системы

EDGE (GSM/EDGE)(поверх GPRS)передача данных на повышенной скорости для глобальной эволюции (для развития - эволюции - GSM) -900,0мГц

GPRS (GSM/GPRS)сервис пакетной радиосвязи (общая пакетная радиослужба)I-e поколение - 900,0мГц II-e поколение - 1800,0мГц

UMTS (IMT-2000/UMTS)Универсальная мобильная телекоммуникационная система(международные мобильные телекоммуникации 2000)1900,0мГц

исх., мГц 1920,0-1980,0 нисх., мГц 2110,0-2170,0R ячейки, км до 50,0Скорость передачи данных в одном канале, кбит/с

144,0 - для 120,0км/час384,0 - малая скорость движения и небольшие расстояния2,048,0 - для 0,0км/час

171,2 - для 8 слотов,в одном слоте:9,6 - для схемы кодирования CS114,4 - для схемы кодирования CS215,6 - для схемы кодирования CS321,4 - для схемы кодирования CS4

171,2 - для 8 слотов,в одном слоте:9,6 - для схемы кодирования CS114,4 - для схемы кодирования CS215,6 - для схемы кодирования CS321,4 - для схемы кодирования CS4960,0 – для 15 слотов

Количество временных интервалов

8 8 15(при QPSK - 16 слотов, при QAM - 64 слота)

Защитная полоса, мГц

190,0

Ширина канала, кГц 200,0 200,0 200,0Технология модуляции

TDMA TDMA QPSK или QAM

Количество дуплексных каналов данныхКоличество дуплексных каналов управленияОбщее количество каналов

250

Максимальная мощность мобильной станции MS, Вт

20,0 20,0 27,2

Промежуточный международный стандарт - IS

IS-136 (на базе стандарта D-AMPS)

Год внедрения 1999г. 1998 1998г.Страны Зап. Европа США, Европа... Европа...

*Система EDGE – совместима с системами N-AMPS, D-AMPS (IS-54)

299

Цифровые системы сетей сотовой связи третьего поколения 3,5G 4G

Системы

W-CDMA FDDширокополосная (W) система CDMA, дуплекс с частотным разделением каналов (FDD), 2100,0мГц

UTRA TDD- дуплекс с временным раздел.UTRA FDD- дуплекс с частотным раздел. UTRA (IMT – 2000)наземный радиодоступ универсальной мобильной телекоммуникацион-ной системы (UMTS),

GMMглобальная мобильная мультимедиа (система)

исх., мГцнисх., мГц

1920,0 - 1980,0 исх.2110,0 - 2170,0 нисх.

1900,0-1920,0 исх. 2010,0-2025,0 нисх.

Эволюция DS-CDMA TD-CDMAПолоса частот, мГц

2х5,0; 2х7,5; 2х15,0 5,0

Ширина канала, кГц

200,0 200,0

Количество речевых каналов

250

Скорость передачи речевого сигнала, мбит/с

0,384 – на больших расстояниях со скоростью 120км/час2,048 – на коротких расстояниях со скоростью 0,0км/час

2,048

Защитная полоса, мГц

190,0

Скорость передачи данных, мбит/с

0,384 – на больших расстояниях со скоростью 120км/час2,048 – на коротких расстояниях со скоростью 0,0км/час

0,384 – на больших расстояниях со скоростью 120км/час2,048 – на коротких расстояниях со скоростью 0,0км/час

Схема модуляции QPSK - квадратурная фазовая модуляция

QPSK - квадратурная фазовая + QAM квадратурная амплитудная модуляции

Скорость передачи в канале управления, кбит/с

1600,0 100,0 - 800,0

Максимальная излучаемая мощность, Вт

24 27,2

Пропускная способность, мГц

57,0 106,0

Максимальная дальность между мобильной и базовой станциями, км

~5,8 ~6,0

Год внедрения 2002 2002Страны США, Китай..., Япония Европа... Европа...

300

Цифровые системы сетей сотовой связи четвертого поколения 4G 5G

Системы

H-SCSD -высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов(эволюция GSM)

H-SDPA - высокоскоростная пакетная передача от BTS к MS - нисх. (эволюция CDMA), базируется на технологииHS-DSCH- высокоскоростной нисходящий канал (TDMA+CDMA) LTE - Long Term Evoluton – долгосрочое развитие

H-SUPA - высокоскоростная спутниковая пакетная связь - эволюция W-CDMA - аналог H-SDPA

исх., мГцнисх., мГцR ячейки, кмСкорость передачи данных в одном нисходящем канале, кбит/с

384,0 - 3000,0 384,0 - 3000,0 до 2000,0 - исх.до 3600,0 - нисх.

Количество временных интервалов (слотов)

8 16

Защитная полоса, мГцШирина канала, кГцТехнология модуляции

TDMA QPSK и QAM QPSK и QAM

Количество дуплексных каналов данныхКоличество дуплексных каналов управленияОбщее количество каналовМаксимальная мощность мобильной станции MS, ВтПромежуточный международный стандарт - ISГод внедрения 2007 2007Страны США, Европа (LTE) КореяСерьезные конкуренты другим технологиям

WiMAX (стандарт WMAN)

301

Цифровые системы сетей сотовой связи четвертого поколения 4G 5G

СистемыIPv6 - универсальный интерфейс (следующего поколения) - IP версия 6

I-MODE - служба мобильного доступа в (полноцветный) Интернет

исх., гГц 40,0

нисх., гГц 60,0

R ячейки, км

Скорость передачи данных в одном нисходящем канале, мбит/с

100,0 - 1000,0

Количество временных интервалов (слотов)Защитная полоса, мГцШирина канала, кГцТехнология модуляции

OFDM - ортогональное разделение частот в радиоканале;QPSK или QAM, используемая в современных модемах (9,6кбит/с)

Количество дуплексных каналов данныхКоличество дуплексных каналов управленияОбщее количество каналовМаксимальная мощность мобильной станции MS, ВтПромежуточный международный стандарт - ISГод внедрения 2010 - 2012 1999

Страны США, Азия, Европа... Япония...

Серьезные конкуренты другим технологиям

302

Skypе - бесплатная IP-телефония. Технология VoIP (передача речевого сигнала по IP-протоколу)

GEO-компания Skype основана в 2003г.Общие сведения о технологии Skype:Skype - бесплатная программа, с помощью которой можно звонить своим родным и друзьям, где бы они не находились, главное, чтобы они тоже были пользователями Skype. Skype использует технологию P2P = PTP - Point-to-Point (P2P) - двухточечный (точка-точка) способ установления соединения, технологию для соединения с другими пользователями - только не для обмена файлами, а для речевого общения в сети. Благодаря применению этой технологии обработка всей информации ведется на персональных компьютерах пользователей, которые в данный момент общаются, а для ее передачи используется самый короткий путь. Создатели не используют никаких серверов для переадресации и хранения данных, даже адресная книга и та хранится исключительно в компьютерах у самих пользователей. Все это позволяет заметно повысить качество речи и скорость передачи информации. Не нужно иметь высокоскоростной доступ в Интернет, программа Skype позволяет общаться даже на модемной скорости! Только необходимо учесть, что чем более качественное передающее и принимающее оборудование, тем выше и качество речи. Приемущества Skype перед другими технологиями:

По сравнению с Net2Phone MSN Messenger, ICQ, AIM, Yahoo Messenger, Skype: -Не требует конфигурирования; -Обеспечивает соединения с пользователями других телекоммуникационных сетей, но в платном режиме (низкий тариф за доступ к шлюзам других сетей);-Качество звука выше, чем по телефону стационарной и сотовой сетей связи; -Безопасность и шифрование соединений;-100% без рекламы;

Особенности Skype:-Неограниченные временем и расстоянием соединения к другим абонентам Skype;-Превосходное качество звука;-Работа на любом компьютере без каких-либо дополнительных настроек программного обеспечения;-Благодаря удобному списку абонентов, всегда можно увидеть кто в сети, а кто вне ее;-Шифрование всех разговоров;-Отсутствие рекламы;-Технология P2P (peer-to-peer), развитая создателями KaZaA и Joltid;-Системные требования.

303

Для того чтобы использовать Skype компьютер должен соответствовать следующим минимальным требованиям: -Операционная система Windows 2000 или XP; -Процессор 400,0мГц; -128,0мбайт оперативной памяти; -15,0мбайт свободного места на диске; -Звуковая карта, наушники + микротелефонная гарнитура; -Соединение с Интернет на скорости не ниже 33,6кбит/с.-"Скайпером" может стать практически каждый, имеющий ПК. Все телефонные системы в мире используют для преобразования речевых сигналов в аналоговые электрические сигналы микрофон, а для обратных преобразований - телефон. Системы аналого-цифрового преобразования сигналов (VoIP - Voice IP передача речи по сети IP) продолжили эволюцию преобразования речевых сигналов в цифровые, разбивая их на пакеты данных, которые передаются по Интернет. При этом микрофон и телефон пользователей подключаются к их персональным компьютерам (ПК) через VoIP-адаптеры, которые преобразуют аналоговые речевые сигналы в цифровые сигналы - Интернет-пакеты. Шлюзы VoIP соединяют Интернет-системы с телекоммуникационными сетями (PSTN, или POTS - Public Switched Telephone Network обычная коммутируемая телефонная сеть общего пользования - ТФОП). Существует множество, не совместимых технологий передачи речи по Интернет:-стандарт Н.225 (ITU-T);-система SIP (Session IP);-система SCCP (запатентованная система Cisco Control Protocol);-система Skype - в 2003г. запатентована цифровая система VoIP - Voice over IP - передача речевых пакетов по сети IP, разработана корпорацией Skype S.A., которая зарегистрирована в Люксембурге.-др.

Программное обеспечение Skype доступно операционным системам:-MS Windows;-Pocket PC;-Linux.Использование программного обеспечения в сети Skype бесплатно, оплачивается только доступ к шлюзу телефонной сети общего пользования (ТфОП). Технология Skype использует высококачественные звуковые компрессоры, при условии использования высокоскоростного доступа в Интернет. Skype использует шифрование с помощью 128-ми криптографических кодов, что делает практически невозможным "перехват" разговоров и возможность их расшифровки. Skype не предоставляет услуги видеоконференции, используя одноранговую связь типа Peеr-to-Peеr (P2P).Система Skype отличается от системы КаZaA, не смотря на то, что владельцы и технический коллектив практически одни и те же: система KaZaA также как и Skype может передавать речевые сигналы, но KaZaA ориентирована на передачу (бесплатно) нелегальных (котрафактных) копий музыки и фильмов на компьютеры пользователей.

304

Как и любая телефонная сеть, Skype должна отвечать следующим требованиям:-конфиденциальность - исключение прослушивания разговора;-идентификация (аутентификация) - уверенность, что соединение установлено именно к данному, конкретному адресату;-доступность - доступны ли оба пользователя друг к другу при наличии загрузки необходимой для данной связи программы;-отказоустойчивость - возможна ли автоматическая перезагрузка сети при ее повреждении;-устойчивость - как быстро может восстановиться сеть при ее нарушениях;-целостность сообщений - имеет ли место потеря речевых пакетов;-совместимость - как на Skype влияют шпионские модули "spyware".

Испытания, проводимые на сети Skype, показали, что программное обеспечение этой сети более надежно, чем аналоговой сети и ISDN-сети (У-ЦСИО - узкополосной цифровой сети с интеграцией обслуживания), однако, как и практически на всех ТфОП, вероятность взлома программного обеспечения сети Skype существует, особенно, если компьютеры пользователей не обеспечены последними версиями антивирусных программ.

305

Wi-Fi - технологии в телекоммуникациях

Wi-Fi - Wireless Fidelit - дословный перевод: "беспроводная преданность". Зоны Wi-Fi имеют масштабы покрытия с радиусом до 50км., бóльшие, чем у традиционных беспроводных сотовых сетей. Wi-Fi - это в основном локальные сети, разворачиваемые в hot spots - оживленных местах: выставочные комплексы, аэропорты, вокзалы, отели, деловые, учебные и торговые центры, интернет кафе, крупные государственные организации и т.д. На рынке беспроводного доступа - зоны мобильного доступа Wi-Fi. организуются в крупных городах. Зоны Wi-Fi организуются и для крупных локальных компьютерных сетей общего пользования. Главное отличие зон мобильного доступа Wi-Fi от сетей сотовой связи заключается в масштабах покрытия. Wi-Fi - это территориально распределенные сети, как правило, в масштабе всего города с радиусом покрытия до 50-ти км. Сети Wi-Fi - это в основном локальные сети, разворачиваемые в так называемых оживленных местах (hot spots). Важным отличием Wi-Fi от традиционных беспроводных локальных сетей общего пользования (БЛС ОП) является обеспечение мобильного доступа. Перенос абонентского устройства в другую точку покрытия БЛС ОП в принципе возможен, но связан с проведением сложных технических мероприятий, которые, как правило, выполняются персоналом Оператора связи и занимают от нескольких часов до нескольких суток. На все это время абонент лишается связи. Зона покрытия Wi-Fi, напротив, является областью мобильного доступа. Авторизованный пользователь Wi-Fi может сколько угодно перемещаться в зоне покрытия и при этом постоянно оставаться на связи. Пользователь Wi-Fi может получить доступ в Интернет в любой другой зоне Wi-Fi своего Оператора связи или Поставщика услуг доступа в Интернет для нескольких Операторов связи. В худшем случае пользователю придется еще раз ввести свое имя и пароль, поскольку, как правило, Операторы связи Wi-Fi обеспечивают внутрисетевой роуминг. Но даже в странах, где рынок технологий Wi-Fi широко развит (США, Норвегия, Швеция, Южная Корея, Япония и др.) количество базовых трансиверных станций BTS в сетях сотовой связи (ССС) и БЛС ОП (беспроводных локальных сетях общего пользования) разноое в пользу ССС на несколько порядков, поэтому пользователю беспроводного доступа зоны Wi-Fi еще долго придется закрывать свой ноутбук или карманный ПК (КПК), покидая пределы очередного оживленного места (hot spots).

Российские зоны Wi-Fi

С возможностями технологий Wi-Fi сегодня уже можно ознакомиться и в России. Для этого достаточно с ноутбуком или карманным персональным компьютером - КПК, адаптированным к работе в сети Wi-Fi, зайти в оживленное место - hot spots, купитьу администратора беспроводной сети пароль для доступа в Wi-Fi на конкретное время, а при отсутствии собственной карточки Wi-Fi купить ее и в течение оплаченного времени пользоваться доступом в Интернет. Доступ в Интернет осуществляется по радиоканалу с пропускной способностью 1,0мбит/с. Большинство точек доступа в каждом hot spots объединяются в 100,0 мбит/с поток системой локальной компьютерной сети Ethernet.

306

Несмотря на большую пропускную способность сетей в оживленных местах (hot spots) и низкий трафик услуг Wi-Fi (ежесуточно в каждой зоне Wi-Fi активны десятки пользователей), информация в компьютеры (ноутбуки, карманные персональные компьютеры - КПК) передается со скоростью до 100,0кбит/с - 150,0кбит/с. Измерение скорости передачи данных осуществляется с помощью специальной программы ″ MyVital Agent″. Это значительно выше, чем в сотовых сетях связи третьего поколения 3G - GPRS, но вполне сравнимо с возможностями сетей множественного доступа с кодовым разделением (каналов) - CDMA (CDMA - 2000.1x). Первая сеть Wi-Fi в диапазоне 450,0мГц внедрена в Санкт-Петербурге. Небольшие скорости объясняются "узким" внешним радиоканалом в Интернет, т.к. с учетом служебного трафика и повторной передачи пакетов данных в цифровом виде, реальная скорость в нем может значительно снижаться. Оператор связи страхуется и от пользователей, которые максимально используют неограниченный по трафику доступ в Интернет, но на скорости 100,0кбит/с за сутки можно "скачать" не более 1,5 гигабайта информации. Роуминг между точками доступа всех оживленных мест (hot spots) поддерживается с помощью, например, системы Cisco - BBSM - Building Broadband Solution Manager, которая обеспечивает авторизацию и биллинг (расчеты) пользователей, настройку и предоставление различных сервисов, а также сопряжение с популярной (в гостиничном бизнесе) системой управления - PMS - Property Management Systems. На российском рынке наряду с BBSM предлагаются и другие системы поддержки функционирования систем Wi-Fi (OSS -Operations Support System), например, американской фирмы Nomadix и израильской Alvarion. Система последней - BreezeACCESS GO HotSpot OSS - может быть развернута на серверах сетевой операционной системы (СОС) в любой точке Земли, подключенной к Интернет или к любой другой сети передачи данных (СПД). Удаление СОС на тысячи километров от зон Wi-Fi в России не препятствовало идентификации и авторизации пользователей с помощью Интернет или SMS - службы коротких сообщений (SMS - Short Message Servce - обеспечивает передачу сообщений длиной до 160 символов). Полномасштабная версия BreezeACCESS GO HotSpot OSS поддерживает до 2000 PAC - контроллеров публичного доступа, служащих для управления точками доступа. Один контроллер может работать с бесконечным множеством точек доступа, но число одновременного обслуживания (открытых сессий) не должно превышать 100. В зонах Wi-Fi используется оборудование стандарта IEEE 802.11b, на котором построено большинство российских беспроводных сетей.

Сдерживают внедрение Wi-Fi российскими поставщиками телекоммуникационных услуг статьи Положения "О порядке использования на территории России внутриофисных систем передачи данных в полосе частот 2400,0–2483,5 мГц": -Положение не в полной мере решает проблему регистрации беспроводных локальных сетей общего пользования - БЛС ОП. Оно лишь исключает из этого процесса две инстанции и заметно сокращает официальные расходы; -Частотный спектр выделяется владельцам внутриофисных систем передачи на основе аренды и/или субаренды. Операторам связи БЛС ОП выделяются частоты на вторичной основе - после спецслужб, военных и др.;

307

-БЛС ОП в России разрешено строить только на основании лицензии и сертификатов на средства связи, но по каждому лицензированному виду деятельности нужно получать дополнительный допуск к их эксплуатации, включая его в Приложение к решению Государственной комиссии по радиочастотам - ГКРЧ от 29.10.2001. До сих пор внутриофисные сети можно строить лишь на ограниченном количестве моделей Cisco, Hand Held Products и Symbol, а Операторы связи должны обращаться в ГКРЧ с заявкой на проведение дополнительных испытаний с целью последующего включения их БЛС ОП в лицензионный список;- Положение касается внутриофисных систем передачи. В нем нет упоминания зон Wi-Fi, из-за чего у Оператора связи Wi-Fi может возникнуть проблема только потому, что при получении лицензии он приравнял гостиницу, деловой центр, кафе, ресторан, аэропорт или вокзал, например, к офису.

В новом Положении, которое разрабатывается для диапазона 5,0гГц. эти проблемы должны быть учтены. Положение должно открыть часть этого диапазона для свободной работы радиосредств стандарта IEEE 802.11а не только внутри офисов и других помещений, но и вне их, например, на городских площадях или территориях транспортных узлов. Предполагается, что в этой полосе частот любой гражданин России сможет пользоваться радиосредствами стандарта IEEE 802.11а, не получая для этого никаких лицензий. Единственными требованиями могут быть: - наличие для используемых оборудования и систем российского сертификата

соответствия; - соблюдение установленных норм по относительной излучаемой мощности.

Частоты для свободной работы радиосредств стандарта IEEE 802.11а есть и в спектре 5,8 - 5,9гГц. Часть расходов по изысканию частот готова взять на себя компания CompTek, а также корпорации Intel и Cisco. Как известно, первая из них выделила порядка $150,0 млн. на рекламную кампанию своего микропроцессорного комплекта Centrino, который разработан не только для стандарта IEEE 802.11b, но и для его более высокочастотной версии - IEEE 802.11а. Представители компании Intel заинтересованы микропроцессорного гиганта в продвижении этого комплекта микросхем в России. Не меньший интерес к распространению зон Wi-FI проявляет сетевой гигант Cisco - крупнейший в мире производитель оборудования для беспроводных локальных сетей (БЛС). Если Положение для диапазона 5,0гГц избежит проблем, которые содержатся в Положении для 2,4гГц, то будут сняты все препятствия для развития зон Wi-Fi в данном спектре частот. Ожидается, что ежегодно в нашей стране будет продаваться более 500,0тыс. портативных ПК, количество которых на международном рынке связи в среднем ежегодно растет на 40%, что обеспечит в ближайшем будущем востребованность услуг сетей Wi-Fi.В США, Западной Европе и России многие эксперты сомневаются в возможности зарабатывать деньги на услугах БЛС ОП.

308

Анализ развития рынка Wi-Fi в США и западноевропейского рынков Wi-Fi указывает на то, что в первую очередь к нему проявляют интерес крупные Операторы сотовой связи, располагающие сетями поколения 2,5G - GPRS и сетями сотовой связи третьего поколения 3G - UMTS. Желание пользователей иметь доступ в Интернет и к электронной почте вне офиса и дома, начнет привлекать их к карманным ПК в сетях GPRS и UMTS, которые не предоставляют услуги широкополосной связи и услуги со скоростью передачи выше 1,0мбит/с. Первыми пришли на рынок БЛС ОП (беспроводных локальных сетей общего пользования) еще в 2000г. скандинавские компании: Telia, Sonera и Telenor. Постепенно их примеру последовали практически все крупнейшие в мире Операторы сетей сотовой связи. Абсолютным рекордсменом мира по числу эксплуатируемых зон Wi-Fi является Оператор сотовой связи – T-Mobile USA - "американская дочка" немецкой компании T-Mobile International (дочернее предприятие Deutsche Telekom). На сегодня T-Mobile USA развернула более 3000 зон Wi-Fi. В 2002 г. японский Оператор связи внедрил сервис БЛС ОП под названием mZone. Беспроводные локальные сети общего пользования (БЛС ОП) и сети сотовой связи успешно дополняют друг друга. Далеко не всех пользователей удовлетворяют скорости передачи данных в 384,0кбит/с, которые предоставляют универсальные мобильные телекоммуникационные системы -UMTS, объединяющие сети стандарта GSM - глобальная мобильная система и CDMA - множественный доступ с кодовым разделением (каналов).

Карточки для компьютеров, поддерживающие передачу данных Финская компания Nokia еще в начале 2002 года выпустила карточку для ноутбуков, поддерживающую передачу данных в сетях GPRS / Wi-Fi. Чуть позже подобные карточки начала производить фирма Novatel Wireless. Модель Merlin U530 может работать еще и в сетях UMTS, а модель 3GlobeTrotter предназначена для сетей различных версий стандарта CDMA-2000 и, естественно, Wi-Fi. Карточки Merlin U530 и 3GlobeTrotter являются элементами системы защищенной мобильной связи для корпоративного сектора (Secure Mobile Data Solutions for Enterprises - SMDSe) компании Lucent. Эта система обеспечивает удаленный защищенный доступ к корпоративным приложениям. Она также решает задачу автоматического роуминга между сетями сотовой связи и беспроводным локальными сетями общего пользования. Успех Wi-Fi зависит от обеспечения роуминга: - между зонами Wi-Fi одного или разных Операторов связи; - между зонами Wi-Fi и сетями сотовой связи. Обе задачи легко решаются Операторами сетей сотовой связи, которые имеют долговременные договоры на обеспечение роуминга между сетями разных Операторов связи. Технология Wi-Fi, ранее претендовала на роль конкурента сетей сотовой связи. Сегодня системы Wi-Fi интегрируются в сети сотовой связи. Располагая успешным опытом обслуживания пользователей, отлаженным механизмами роуминга, биллинга и сервиса, крупные Операторы сотовых сетей связи являются главными претендентами на успешное внедрение мобильной передачи данных в зонах Wi-Fi.

309

Значительные шансы на успех на рынке Wi-Fi имеют крупные Операторы стационарной (фиксированной) связи, чьи сети обеспечивают национальное или региональное покрытие (в последнем случае речь идет о странах масштаба США, Канады, Китая, России и др.) и которые могут осуществлять интеграцию большого числа зон Wi-Fi на базе собственных сетей и обойтись без организации роуминга с другими Операторами связи. В качестве примера можно назвать такие компании, как British Telecom, Verizon объявила программу по развертыванию 10 000 БЛС ОП в 2008г. Британский и американский Операторы связи за счет Wi-Fi намерены получить преимущества в конкурентной борьбе с Операторами кабельного телевидения - КТВ, активно работающими на рынке широкополосного доступа. Государственная телефонная компания и Оператор связи кабельного телевидения Hanaro Telecom (Южная Корея) выполняют государственный заказ - внедрение широкополосного доступа для самых широких слоев населения, при поддержке правительства предполагается за несколько лет довести общее количество зон Wi-Fi в стране до 25 000. В последнее время североамериканские и западноевропейские Операторы фиксированной связи, подобно своим коллегам - Операторам сетей мобильной связи рассматривают зоны Wi-Fi в качестве технологии повышения сервиса для своих абонентов к своей основной деятельности в области широкополосного бизнеса, к которому относится ADSL-сервис. Компания British Telecom предоставляет своим абонентам, пользующимся услугами систем ADSL - асимметричные цифровые абонентские линии - значительные скидки на доступ к зонам Wi-Fi. Компания Verizon предоставляет своим абонентам доступ к зонам Wi-Fi бесплатно, предполагая, что вложения в Wi-Fi окупятся за счет сокращения числа абонентов кабельного телевидения - КТВ и привлечения новых пользователей ADSL. В то время как крупные Операторы связи в России выжидают, за дело взялись небольшие Интернет-компании ("Таском", "Комсет" и "Квантум" и др.). Компания "Вымпелком" развернула опытную зону в аэропорту Шереметьево-2, активно внедряя услуги по передаче данных в стандарте GPRS, зная, что Wi-Fi не конкурирует с GPRS, а наоборот, повышает его востребованность. "Вымпелком" обладает конкурентным преимуществом по сравнению с другими Операторами связи зон Wi-Fi, совмещая технологии Wi-Fi и GPRS, а, также предоставляя доступ в Интернет не только там, где есть зоны Wi-Fi, но и везде, где работает сеть сотовой связи "Би Лайн GSM". О соответствующих планах объявили, например, компании "РБК Софт" и "Race Communications". "Race Communications", генеральный подрядчик строительства в ближайшем Подмосковье нового офисного комплекса класса "А" под названием "Country-Park". Фирма объявила, что в этом деловом центре будет развернуто несколько корпоративных и общедоступных беспроводных локальных сетей для обслуживания баров, ресторанов, гостиницы и зон отдыха. Ноутбуками, карманными компьютерами и беспроводными IP-телефонами можно будет пользоваться на окружающей территории, в том числе: на набережной канала Москва - Волга. Все поставщики ADSL-услуг заинтересованы в том, чтобы вновь разворачиваемые зоны Wi-Fi подключались к Интернет не по беспроводным каналам, как это имеет место сейчас, а по ADSL-линиям.

310

В этом случае ADSL-провайдеры могут выступить в роли Операторов связи небольших зон Wi-Fi, предоставив владельцам зон Wi-Fi наряду с доступом в Интернет услуги биллинга, аутентификации пользователей, роуминга и защиты от несанкционированного доступа.

Voice over Wi-Fi, или Voice over IP - VoIP - (передача речи через Интернет-протокол)

Рынок телекоммуникаций активно развивается. Еще несколько лет назад мобильные телефоны использовались в первую очередь для речевых сообщений и развлечений. Сегодня в связи с ростом популярности "умных телефонов" (смартфонов) и снижением цен на них, пользователи все больше используют их функциональные возможности. Это повлекло за собой спрос на разнообразное программное обеспечение для мобильных станций MS. По мере внедрения технологий скоростной передачи данных и снижения стоимости трафика все большее внимание уделяется передачи речевых сообщений. Пользователю не важно, каким способом передается речевое сообщение: главное, чтобы информация не была искажена. При передаче речевых сообщений не по традиционным телефонным сетям, а через Интернет - VoIP - Voice over Internet Protocol - протокол передачи речи через Интернет, стоимость разговора значительно снижается. Низкая стоимость речевого трафика и простота использования привлекают все новых и новых пользователей VoIP. Сегодня происходит стремительное развитие беспроводных технологий: люди желают быть всегда на связи (например, конференц-связь с офисом) и иметь доступ к нужной информации (к любым базам данных) в любое время. Технология Wi-Fi предоставляет быстрый беспроводный доступ в Интернет и к его ресурсам, в том числе и к ресурсу передачи речевых сообщений. Получить доступ в Интернет через системы Wi-Fi возможно через множественные точки доступа (hot-spots - хот-споты), например в городах. На стыке этих двух технологий появляется новая технология - Voice over Wi-Fi - голосовая связь через Wi-Fi - Voice over Wi-Fi. Из любой точки мира, где есть доступ в Интернет, пользователь получает необходимую информацию. Технология Wi-Fi представляет интерес с точки зрения снижения тарифов на передачу речевых сообщений. Тарифы на связь, например, в США будут одинаковыми как из самой Америки, так и из России, т.к. эта связь осуществляется из точки доступа в Интернет, который не знает географических границ и расстояний. Значительную стоимость имеет лишь передача речевого сообщения из Интернет в телефонную сеть общего пользования (ТфОП) через шлюз в ближайшей к адресату географической точке. Стоимость голосовой связи через Wi-Fi определяется стоимостью самого подключения к системе Wi-Fi плюс стоимостью трафика (объема данных), что гораздо ниже стоимости связи в сетях GSM, особенно при использовании роуминга. Для соединения через беспроводную сеть необходим мобильный телефон с поддержкой технологий Wi-Fi и VoIP, тогда не нужно устанавливать в нем дополнительное программное обеспечение. Также необходимо находиться в зоне действия сети Wi-Fi, т.е. в оживленном месте hot-spots.

311

В зависимости от сетевых настроек безопасности, необходим пароль для подключения к сети Wi-Fi, который чаще всего вводится вручную. Для того, чтобы устанавливать соединения через Интернет, (если мобильный телефон не поддерживает технологию VoIP) необходима специальная программа, которую можно легко "скачать" из Интернет. Зарегистрировавшись (всего один раз) у Оператора связи, можно устанавливать междугородные и международные соединения. Эта схема давно положительно зарекомендовала себя при соединениях через обычный компьютер - в данном случае телефон Wi-Fi (телефон с поддержкой технологии Wi-Fi), который от подключенного к Интернет компьютера практически ничем не отличается. Сейчас основной проблемой являются настройки системы VoIP, которые в большинстве случаев осуществляются вручную. Настроек большое количество, они различаются в зависимости от модели телефона Wi-Fi и версии программного обеспечения. Для удобства пользователей, Операторы связи упрощают введение настроек для использования VoIP в мобильных станциях MS, поддерживающих технологию Wi-Fi. Например, по аналогии с активацией MS через использование функции настроек, через отсылку SMS с необходимыми автоматическими настройками. Для этого ведется тестирование на совместимость предоставляемых сервисов с определенными моделями мобильных телефонов MS. Количество пользователей услугами передачи речевых сообщений по IP- интерфейсу VoIP стремительно растет. Появляются мобильные телефоны с поддержкой технологий VoIP (например, фирма Nokia: серия "N"), обладающие всеми необходимыми опциями для этого вида услуг (лист контактов, последние вызванные абоненты и т.д.). О возросшей конкурентоспособности Voice over Wi-Fi говорит и факт, что некоторые британские Операторы сотовой связи блокируют VoIP-услуги в новых моделях мобильных станций MS при их продаже (за рубежом основная масса MS продается самими Операторами связи, а не дилерами). Операторы сотовой связи опасаются конкуренции с сервисом IP-телефонии, который предоставляет пользователям такую же мобильность, а также возможность дополнительных сервисов, с высоким качеством и более низкими тарифами. В ближайшие годы ожидается бурное развитие услуг Wi-Fi в России. Уже сейчас можно наблюдать увеличение зон покрытия беспроводными сетями Wi-Fi в крупных российских городах, но пока услуги беспроводного доступа Wi-Fi назвать массовыми нельзя, в первую очередь из-за относительной сложности настроек и использования для неподготовленного пользователя. Эту проблему понимают как Операторы связи, так и производители оборудования и систем связи, которые прилагают все усилия для упрощения и средств связи, и сервисов.

312

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access - "международное взаимодействие для микроволнового доступа" WiMAX - это некоммерческое объединение, созданное при активном участии Intel, а также еще около 30 ведущих производителей телекоммуникационного оборудования. Деятельность WiMAX направлена на устранение несовместимости развертываемых сетей, использующих серию стандартов IEEE 802.11 (a,b). Решение многих проблем - продвижение нового стандарта IEEE 802.16, который должен органично дополнить собою стандарт для беспроводного доступа в Интернет - Wi-Fi.IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers - институт инженеров по электротехнике и электронике. LAN-стандарты IEEE в настоящее время являются доминирующими для локальных сетей. LAN - Local-Area Network - локальная сеть - высокоскоростная компьютерная сеть, покрывающая небольшую площадь - до нескольких километров. LAN-стандарты определяют типы кабелей и сигналов на физическом и канальном уровнях эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС, или модель OSI - международной организации стандартизации).

LAN-технологиями являются:- Ethernet - спецификация широкополосной системы, использующей разные

типы кабелей, с пропускной способностью 10,0мбит/с, аналогична стандартам IEEE 802.3, 10Base, Fast Ethernet (100,0мбит/с), Gigabit Ethernet (1,,0гбит/с)

- FDDI - Fiber Distributed Data Interfac - интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам со скоростью 100,0мбит/с на расстояние не более 2,0км.

- Token Ring - локальная сеть с кольцевой топологиией работает со скоростью передачи данных 4,0мбит/с и 16,0мбит/с - аналог стандарту IEEE 802.5.Первоначально стандарт IEEE 802.16 разрабатывался для организации беспроводных сетей в условиях стран с большими территориями. WiMAX - это коммерческое название стандарта беспроводной связи, основанной на стандарте IEEE 802.16 (2004г), разработанном компанией "WiMAX Forum". Сама аббревиатура WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access переводится как "международное взаимодействие для микроволнового доступа". Технология WiMAX позволяет предоставлять одновременно услуги телефонии, доступа в Интернет и передачи данных без использования кабельных линий связи. В отличие от традиционных технологий радиодоступа, WiMAX работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости антенны базовой станции, несмотря на городские застройки, деревья или погодные условия. Технология WiMAX может стать ключевым решением проблемы связи для компаний, чьи офисы расположены в зданиях или районах города, где нет свободных кабельных линий связи, а стоимость прокладки новых слишком высока. По этой причине WiMAX рассматривается как оптимальная технология доступа "последней мили" для районов, где прокладка проводных линий связи либо дорогое удовольствие, либо вообще невозможна.

313

Характеристики технологий международной компании WiMAX: • Радиус действия: до 50,0км. • Рабочий диапозон частот: 2,0 - 11,0гГц. • Максимальная скорость передачи данных: до 70,0мбит/с на каждый сектор одной базовой станции. Типовая базовая станция имеет до шести секторов. • Покрытие зон: расширенные возможности работы вне прямой видимости значительно улучшают качество покрытия обслуживаемой зоны. Технология WiMAX - широкополосная технология передачи данных, взаимодействующая с технологиями сотовых сетей связи, обеспечивая тем самым передачу данных на гораздо бóльшие расстояния, чем технология Wi-Fi (50,0км). Скорости могут достигать 70,0мбит/с, но большинство Операторов связи предлагают связь со скоростями от 1,0мбит/с до 10,0мбит/с. WiMAX - очень перспективная технология, которая в ближайшее время будет внедрена в традиционной форме, но до внедрения ее мобильной версии еще несколько лет. В отличие от услуг глобальной мобильной системы GSM и сетей GPRS третьего поколения -3G (точнее 2,5G) , Операторы связи сетей WiMAX предлагают пользователям доступ к информационным базам данных сетей WiMAX.

В недалеком будущем технология WiMAX заменит асимметричные цифровые абонентские линии - ADSL. Например, в 2008 году южноафриканский Оператор связи "Vodacom" запустит сеть WiMAX, которая заменит технологию ADSL, постепенно переводя абонентов на новую технологию.

Компания "Vodacom" предоставляет также услуги сети сотовой связи, в том числе - услуги системы H-SCSD – High-Speed Circuit Switched Data - высокоскоростной передачи данных с коммутацией каналов. Этот стандарт рассматривается специалистами как один из переходных этапов к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G, максимальная скорость передачи данных по этому стандарту 14,4мбит/с, практическая - до 3,0мбит/с.

Таким образом, пользователь сможет в стационарных и в мобильных условиях иметь быстрый доступ в Интернет.

Чтобы не путать наименования WiMAX и Wi-Fi (разработчиков и самого стандарта) для стандартов серии IEEE 802.16 были придуманы специальные, запоминающиеся названия:

- WMAN - W ireless M etropolitan A rea N etwork - беспроводная сеть для больших территорий в отличие от стандарта WLAN, но меньших, чем территория, обслуживаемая системами стандарта WAN.

- WAN - W ide - A rea N etwork - глобальная сеть.

- WLAN - W ireless L ocal A rea N etwork - беспроводная сеть для локальных зон Wi-Fi, (стандарт разработан в 2001г).

В настоящее время выпущена первая версия стандарта WMAN 802.16a.

314

Преимущества стандарта WMAN IEEE 802.16a: - Сеть стандарта IEEE 802.16a проста в развертывании и наращивании зоны покрытия.- Базовые станции сети WMAN действуют в радиусе до 50,0км, не требуют возведения специальных вышек, однако, сегодня принимающее и передающее устройства функционируют лишь в зоне прямой видимости, в дальнейшем это ограничение преодолеется.- Широкополосный доступ WMAN, в сравнение с ADSL, обеспечивает возможность быстрой установки и настройки необходимого оборудования, а также оперативного развертывания зоны беспроводного доступа.- Полоса пропускания стандарта (скорость передачи данных) WMAN 70,0мбит/с.- Одна базовая станция WMAN способна обслуживать до 60 пользователей, предоставляя хорошее качество каналов и скорость передачи данных 2,048мбит/с.- Рабочая полоса частот стандарта составляет 2,0гГц - 11,0гГц, позволяя применять беспроводную связь на больших расстояниях.- Возможность организации роуминга между различными сетями,

использующими стандарты серии IEEE 802.16, а также стандарт сетей Wi-Fi - IEEE 802.11a,b и другие беспроводные стандарты, взаимодействующими со стандартами сетей сотовой связи.

WMAN как стандарт не является заменой или аналогом Wi-Fi, стандарт WMAN - дополнение к стандарту IEEE 802.11 для сетей Wi-Fi - решение проблемы беспроводного абонентского доступа ("последней мили") в городах между базовыми трансиверными станциями BTS и мобильными станциями MS. Технология Wi-Fi, также как и технология WMAN в перспективе будут выступать в роли звеньев единой цепи, связывающей сéти, использующие стандарты IEEE 802.11 и IEEE 802.16 с сетями других стандартов.

В перспективе для стандарта WMAN - IEEE 802.16 вероятен переход на более высокие частоты (12,0гГц ÷ 66,0гГц) с целью увеличения скорости и зон покрытия.

Wi-Fi и WiMAX

В соответствии с принятыми за последние два года решениями ГКРЧ развитие систем радиодоступа происходит в определенных полосах частот:2400,0 – 2483,5мгц. В этой полосе интенсивно развиваются сети Wi-Fi и внутриофисные системы передачи данных. Такими сетями активно занимаются Операторы сотовой вязи. В ближайшие три года планируется 8-, 10-кратное повышение количества точек доступа, увеличение пропускной способности и дальности действия. 2500,0 – 2700,0мгц. Относительно недавно открытый диапазон для систем БШД, в котором могут развиваться сети технологии WiMAX. В ближайшее время он станет одним из наиболее "загруженных". 3400 – 3450 МГц; 3500 – 3550 МГц. Эти полосы частот также рекомендованы WiMAX-форумом.

315

Спутниковая связь

Спутниковые навигационные системы

Спутниковая навигационная система США - NAVSTAR / GPS

NAVSTAR -звездная навигация (дословный перевод).GPS - Global Positioning System - глобальная система позиционирования (навигации) США. С ее помощью удается определять точные координаты объектов, и все связанные с этим параметры (например, скорость их движения). Использование GPS лежит в основе действия многих телематических систем. Благодаря этому, в автомобилях появились навигационные системы, которые ранее были доступны преимущественно морскому флоту и воздушному флотам.GPS - это аббревиатура общепринятого названия глобальной навигационной спутниковой системы определения местоположения Global Position System. Таких действующих систем в мире две - российская система ГЛОНАСС и американская система NAVSTAR/GPS . Каждая из систем GPS включает группировку низкоорбитальных (LEO) навигационных спутников, наземные средства слежения и управления и самые разнообразные приемники-индикаторы: носимые, возимые, стационарные и т.д., служащие для определения координат. Принцип определения своего места на земной поверхности в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) - с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат. Для выполнения этих функций в состав приёмника-индикатора GPS входят собственно приемник с антенной, компьютер, дисплей и клавиатура для управления работой прибора. В настоящее время множество американских, европейских и японских фирм производит большое количество самых разнообразных моделей мобильных станций (телефонов) GPS.

Глобальная навигационная система связи России - ГЛОНАСС

Спутники "ГЛОНАСС-М" в составе орбитальной группировки будут находиться, как минимум, до 2015 года. Спутники "ГЛОНАСС-К" с улучшенными характеристиками (увеличенным до 10 лет гарантийным сроком и с третьей частотой L-диапазона - для гражданских потребителей) должны быть запущены на орбиту в 2009 году. Этот спутник будет вдвое легче своего предшественника (~700,0кг; 1415,0кг - "ГЛОНАСС-М") В дальнейшем, после развёртывания орбитальной группировки из 24-х спутников, для её поддержания потребуется осуществлять по одному групповому пуску в год двух навигационных спутников "ГЛОНАСС-К" на носителе "Союз-2", что существенно снизит эксплуатационные расходы. Доступ к российской навигационной системе ГЛОНАСС будет предоставляться бесплатно и без ограничений как российским, так и иностранным потребителям.

316

Планируется постепенный перевод запусков спутников российской ГЛОНАСС с Байконура на космодром в Плесецке, что обеспечит независимость России по выводам на орбиту собственных космических аппаратов. Сфера применения спутников ГЛОНАСС в войсках простирается от обеспечения отдельного военнослужащего информацией о его координатах до обеспечения целых войсковых подразделений навигационной информацией. С вводом спутников ГЛОНАСС в необходимом количестве на борт ракеты-носителя устанавливается компактный блок, обеспечивающий высокоточные непрерывные траекторные измерения в ходе полета ракеты. Раньше применялся способ, требующий привлечения большого количества людей и средств, основанный на обеспечении контроля полета ракеты наземными пунктами траекторных измерений. В настоящее время в Космических войсках РФ идут испытания наземной и переносной аппаратуры ГЛОНАСС, применение которой позволит использовать приемники ГЛОНАСС в любых погодных условиях, обеспечивая высокоточную привязку к координатам и времени, особенно на сильно пересеченной и гористой местности. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС должна обеспечивать установление точных координат любого владельца приемника, принимающего одновременно сигналы от трех спутников, находящихся на высоте ~19,0 тысяч километров над поверхностью Земли. Система позволяет определять местонахождение объектов с точностью до 1,0 метра на поверхности Земли и водной акватории.

Объем российского рынка персональных компьютеров со встроенным спутниковым навигационным оборудованием в 2007 году вырос до $400 миллионов ($200 миллионов в 2006 году). Этот рынок развивается стремительными темпами и подразделяется на рынок физических и юридических лиц.

Рынок навигационных услуг для физических лиц делится: - персональную навигацию, - автомобильную навигацию, - охранно-поисковые услуги, в т. ч. - мониторинг места нахождения пожилых

людей и инвалидов, осужденных, находящихся на испытательном сроке, а также поиск пропавших животных, имеющих на ошейнике приемники спутниковой навигации.

Корпоративный рынок включает в себя:- системы управления парком транспортных средств, - системы для геодезии и картографии, - системы, использующие в своей основе устройства дифференцированной

коррекции, - системы для военных. Два направления - спутниковая навигация и мобильная (сотовая) связь - в самом ближайшем будущем станут одним неразрывным целым. Этот альянс скоро будет очень востребован. Еще несколько лет назад нельзя было и предположить, что доходы телекоммуникационных компаний сетей сотовой связи по обслуживанию SMS-сообщений могут быть сопоставимы с доходами от услуг передачи речевых сообщений.

317

Спецслужбы после появления в магазинах мобильных станций (телефонов) со встроенным модулем навигации "ГЛОНАСС - GPS" получат техническую возможность с высокой точностью определять местонахождение человека практически в любое время и в любой точке Земли. Ответ на озабоченность, высказываемую общественностью по контролю и защите прав человека на частную жизнь: каждый может воспользоваться своим правом - покупать или не покупать телефон с модулем навигации. Первые мобильные телефоны со встроенными модулями навигации "ГЛОНАСС - GPS", появятся в продаже в 2008 году. Одно из подразделений компании АФК "Система" - российская компания "Ситроникс" совместно с китайскими партнерами разработала мобильный телефон со встроенным модулем спутниковой навигации. Его стоимость будет сопоставима со стоимостью аналогичных зарубежных моделей, но, может быть, она будет и чуть выше, так как эти приемники способны принимать сигналы как с российских спутников ГЛОНАСС, так и с американских спутников GPS, что является важным преимуществом российского потребителя. ГЛОНАСС к 2011г. будет сопоставима по точности определения местонахождения с GPS. К 2011 году задача российских разработчиков - повышение точности работы системы ГЛОНАСС для гражданских пользователей до 1,0 метра. Американская система GPS уже сейчас работает с такой точностью. К 2011 году, после завершения ввода в строй новых спутников "ГЛОНАСС-К" с 10-летним сроком эксплуатации, ГЛОНАСС будет по характеристикам полностью сопоставима с GPS, при этом наши приемники будут работать одновременно с двумя стандартами - ГЛОНАСС и GPS. В 2008 году группировку ГЛОНАСС пополнят шесть спутников, а в 2009 году в группировку будет включено два усовершенствованных спутника "ГЛОНАСС-К", каждый со сроком работы 10 лет. Начиная с 2010 года, на орбиту будут запускаться только космические аппараты "ГЛОНАСС-К". ГЛОНАСС так же важная деятельность в масштабах России, как и ядерное оружие или стратегические запасы энергоресурсов.

Проблемы ГЛОНАСС:- недоступность услуг спутниковой навигации гражданам России, - поддержание спутниковой группировки навигационной системы, - отсутствие разветвленной системы образования пользователей ГЛОНАСС. Первый спутник ГЛОНАСС был запущен в 1982 году. Система создавалась в интересах министерства обороны, но так и не была в полном объеме введена в строй. Сегодня Россия начинает постепенно наращивать количество спутников ГЛОНАСС на орбите. Сейчас ГЛОНАСС включает в себя 18 спутников. В 2009 году на орбите будет функционировать 24 спутника системы ГЛОНАСС, и тогда ее услугами можно будет воспользоваться в любой точке Земли.GPS/ ГЛОНАСС мониторингGPS/ ГЛОНАСС мониторинг имеет и другие названия, например: GPS/ ГЛОНАСС трекинг от слова: трек - запись массива точек привязанных к координатам в файл, с возможностью последующего просмотра в режиме Off-line. GPS/ ГЛОНАСС слежение, иногда может использоваться название - телематика, телеметрия, но более распространенный термин - мониторинг.

318

GPS/ ГЛОНАСС мониторинг - это систематический сбор и обработка информации о местонахождении мобильной станции MS пользователя, перемещении, направлении движения, скорости и высоте.

GPS/ ГЛОНАСС прибор (трекер, или даталогер) - термин при использовании дополнительных датчиков, например в автомобиле, и получение дополнительной информации о расходе топлива, количестве пассажиров, скорости движении, простоях и др.Информация может передаваться в сервер (компьютер) в режиме On-line, по сетям GSM / D-AMPS, а также в режиме Off-line. Есть и смешанные системы при отсутствии на территории сотовых сетей связи информация сохраняется в памяти компьютера, при появлении сигнала информация о местонахождении трекера (датчика) передается в пакетном режиме. Возможна работа в параллельном режиме: информация передаётся в сервер и одновременно пишется в файл и сохраняется во внутренней памяти. В некоторых системах роль сервера может выполнять любой компьютер и почти любой современный мобильный телефон. Каждый способ передачи имеет как достоинства, так и недостатки. По потребительским свойствам все устройства навигации (трекеры) делятся на две основные категории: 1. Для транспорта; 2. Для людей и животных.

Система GPS/ ГЛОНАСС мониторинг состоит из нескольких основныхсоставляющих:- On-line мониторинг:Спутниковая GPS/ ГЛОНАСС группировка – предназначена для передачи специального рабочего сигнала на определённой частоте.- GPS/ ГЛОНАСС/GSM приёмопередатчик - прибор позволяющий сигналы спутников преобразовать в текущие координаты и сохранить их в определённом формате. - GSM сеть – служит для передачи накопленных данных из приемопередатчика в сервер посредством SMS/ GPRS / EDGE протоколов.- Сервер - принимает и обрабатывает информацию (компьютер с соответствующим программным обеспечением).- Интернет - используется для транслирования на электронной карте текущей информации о показаниях устройства навигации (трекера). - Технология передачи информации о показаниях трекера в устройства пользователей (компьютер, мобильный телефон, смартфон, коммуникатор), оснащенные специальным программным обеспечением и картографией. - Оператор системы - специалист, наблюдающий и анализирующий текущие отчёты одновременно одного или нескольких трекеров. На оператора системы возлагаются задачи по ответу на звонки пользователей о местонахождении трекера, принятие решений в случае сигнала тревоги, пришедшего с трекера, и еще много других функций. Системы могут незначительно отличатся от описанных выше, например роль оператора системы в некоторых системах выполняет сам пользователь трекера, в некоторых системах отсутствует передача данных на пользовательские терминалы, а в других - данные идут, минуя сервер непосредственно в ПК или мобильный телефон, но основные принципы, остаются такими же.

319

Off-line мониторинг проще в обслуживании, не требует сложного оборудования и применения сложных технологий передачи данных и поэтому дешевле и надёжней. Такая система не имеет абонентской платы, проста в установке и недорогая, не требует большого штата операторов системы, т.к. один оператор может просмотреть за смену отчёты 10-30 подвижных объектов и сравнить полученные данные с исходными данными. Например, если автопарк небольшой, не перевозит дорогие грузы, автомобили не имеют особой ценности, и главная задача - знать кто, когда и куда на этом автомобиле передвигался и сколько при этом потратил топлива, и при этом неважно, когда эта информация будет получена: через минуту или через сутки, этот вариант наиболее оптимальный.

Спутники серии "Глонасс-М" создаются в НПО прикладной механики им. М. Решетнева. Их назначение: обеспечение навигационной информацией и сигналами точного времени военных и гражданских наземных, морских, воздушных и космических потребителей.

Основные характеристики спутника "Глонасс-М":Срок активного функционирования - 7,0 летПогрешность ориентации на центр Земли - 0,5град.Погрешность ориентации на Солнце - 2,0град.Мощность системы электропитания - 1400,0ВтПлощадь солнечных батарей - 30,0кв.м.Масса - 1415,0кгМасса полезной нагрузки - 260,0кгПотребляемая мощность полезной нагрузки - 650,0Вт.

Еще несколько лет назад человек, идущий по лесу, мог потерять ориентацию на местности и попасть в беду. Школьные знания по методам ориентирования, например, по положению солнца на небе, мху на коре деревьев или складкам местности, не дают должного эффекта.

Появление в широкой продаже приемников сигналов GPS в корне изменило ситуацию. Устройство, внешне напоминающее мобильный телефон, стоимостью чуть более $100,0 в считанные секунды отображает на жидкокристаллическом дисплее координаты местонахождения мобильной станции MS пользователя на поверхности Земли. Более "продвинутые" и дорогие модели MS способны предоставить всю необходимую информацию на цветной электронной карте.

Жидкокристаллический дисплей заменяет атлас автомобильных дорог или карту города: теперь не придется, удерживая одной рукой руль автомобиля, водить пальцем другой руки по бумажной карте, чтобы понять, свое местонахождение. Яркая светящаяся точка на экране показывает в режиме реального времени (On-line) в каком городе (поселке), по какой улице или, вблизи какого дома едет автомобиль. Человек быстро привыкает к хорошему, и удобства, повышающие его безопасность и свободу передвижения, навсегда входят в его жизнь.

Спутниковая система навигации - комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования,

320

предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости, направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.Основные элементы ГЛОНАСС:- Орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) спутников, передающие специальные радиосигналы; - Наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения навигационных спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах; - Приёмное клиентское оборудование (спутниковые навигаторы), используемое для определения координат; - Информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Принцип работы ГЛОНАССПринцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до навигационных спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех навигационных спутников называется альманахом. Альманахом должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник пользователя сохраняет альманах в памяти с момента последнего выключения и, если он не устарел, мгновенно использует его. Каждый навигационный спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников ГЛОНАСС, с помощью обычных геометрических расчетов (автоматических), на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве. Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определения скорости распространения радиосигнала. Для измерения времени распространения радиосигнала, каждый спутник ГЛОНАСС излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты местонахождения объекта. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, можно вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.Реально работа ГЛОНАСС происходит значительно сложнее. Проблемы ГЛОНАСС: - Отсутствие атомных часов в большинстве навигационных приёмников. Этот недостаток обычно устраняется требованием получения информации не менее чем с двух (двухмерная навигация при известной высоте) или трёх (трехмерная навигация) спутников. При наличии сигнала хотя бы с одного спутника можно определить текущее время с хорошей точностью. - Неоднородность гравитационного поля Земли, влияющая на орбиты спутников. - Неоднородность атмосферы, из-за которой скорость и направление распространения радиосигналов может меняться.

321

- Отражения сигналов от плотных слоев атмосферы и наземных объектов. - Невозможность разместить на спутниках передатчики большой мощности, из-за чего приём их сигналов возможен только в прямой видимости.

В настоящее время готовятся к развёртыванию следующие системы спутниковой навигации:

* NAVSTAR - принадлежит министерству обороны США, что считается другими государствами главным ее недостатком. Эта система более известна под названием GPS. Единственная работающая в полном объеме спутниковая навигационная система.

* ГЛОНАСС - находится на этапе развёртывания спутниковой группировки. Принадлежит министерству обороны России. Обладает, по заявлениям разработчиков, некоторыми техническими преимуществами по сравнению с NAVSTAR, однако в настоящее время эти утверждения проверить невозможно ввиду недостаточности спутниковой группировки и отсутствия опыта коммерческого использования гражданскими организациями и населением России.

* Бэйдоу - развёртываемая в настоящее время в Китае система - GNSS глобальная система спутниковой навигации, предназначена для использования только в этой стране. Особенность - небольшое количество спутников, находящихся на геостационарной орбите (спутники ГЕО).

* Galileo (Галилео) - европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковая группировка.

Среднеорбитальные (MEO) спутниковые навигационные системы GPS.

С разработкой в 1960 году атомных часов стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков кодированных сигналов. В 1973 году программы ВВС были объединены в общую технологическую программу " NAVSTAR - GPS". Полностью система была развернута в 1995 году. Сегодня в составе GPS - Global Positioning System - глобальной системы позиционирования (навигации) находится более 30 искусственных спутников Земли. Около 100 компаний производят приемную аппаратуру, которая используется в самых различных отраслях человеческой деятельности: от авиации и транспорта до строительства и земледелия. Мировой рынок продаж продукции, связанной с навигационной системой GPS, составляет около $20 млрд. GPS предназначена для высокоточного определения трех координат, составляющих векторы скорости и времени различных подвижных объектов. США предоставляют систему GPS в стандартном режиме для гражданского, коммерческого и научного использования без взимания за это специальной платы. Космический сегмент образован орбитальной группировкой из 31 среднеорбитальных (MEO) спутника, которые находятся на шести круговых средних орбитах высотой около ~20,0тыс. км над поверхностью Земли. Период обращения космических аппаратов вокруг Земли ~ 12,0 часов. ...

322

ГЛОНАССИспытания среднеорбитальной (MEO) российской навигационной системы начались в октябре 1982 года запуском спутника "Космос 1413". Российские спутники "ГЛОНАСС-М" имеют меньшее время ~ 7 лет функционирования на орбите, чем американские. Для надежного определения местонахождения объектов необходимо минимум 18 спутников. Основное назначение второго поколения ГЛОНАСС - любой объект (корабль, самолет, автомобиль или пешеход) в любом месте, в любой момент времени за несколько секунд определяет параметры движения - три координаты и три составляющие вектора скорости. В ГЛОНАСС применяются среднеорбитальные спутники (МЕО) на круговых геоцентрических орбитах с высотой ~19100,0км над поверхностью Земли. Период обращения спутника вокруг Земли - 11 часов 15 минут (~12 часов). Благодаря использованию в бортовых эталонах времени и частоты атомных стандартов частоты, в системе обеспечивается взаимная синхронизация радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой. Подвижный объект принимает сигналы не менее чем от четырех радиовидимых спутников и использует для измерения не менее четырех расстояний и четырех скоростей. Результаты измерений от каждого спутника, позволяют определить три координаты и три составляющие вектора скорости, а также смещение шкалы времени объекта относительно шкалы времени спутника. Точность определения координат объектов с помощью GPS и ГЛОНАСС примерно одинакова. Сигналы в системе GPS передаются на частоте 1227,0мГц и 1575,0мГц, а ГЛОНАСС - 1250,0мГц и 1600,0мГц и кодируются для организации так называемого "селективного (избирательного) доступа". Оба сигнала используют два кода: - Первый код в GPS называется "легко обнаруживаемый", а в ГЛОНАСС - "стандартной точности". - Второй код в GPS называется "закрытый", а в ГЛОНАСС - "высокой точности" и предназначен для санкционированного использования.

Пытаясь сделать GPS безальтернативной спутниковой навигационной системой для пользователей всего мира, 1 мая 2000 года пресс-служба Белого дома опубликовала заявление о прекращении использования режима "доступа не для всех" к GPS, однако власти США сохранили за собой право избирательно восстанавливать закрытый режим на региональной основе. Системы определения координат объектов с помощью GPS и ГЛОНАСС находятся в пределах 5,0м - 40,0м, системы измерения скорости: 0,04 - 0,2 узла, системы определения высоты: 8,0м - 60,0м. Для решения некоторых задач подобная точность не может считаться удовлетворительной, поэтому был внедрен дифференциальный режим функционирования среднеорбитальных (MEO) спутниковых систем навигации. Суть этого режима состоит в том, что погрешность определения места может быть уменьшена до десятков сантиметров путем оперативного измерения и излучения специальных поправок, автоматически принимаемых и учитываемых в аппаратуре потребителя. Измерять поправки целесообразно на стационарных объектах, а расстояние и время доведения их до потребителя не должны превышать 500,0км и 20,0 минут соответственно (из-за так называемого уровня пространственной и временнóй корреляции).

323

Такими стационарными объектами являются радиомаяки, расположенные на побережье морей и океанов. Начата установка подобной аппаратуры и в России. Поправки к сигналам излучаются радиомаяком Шепелевский, расположенным на берегу Финского залива. В результате появилась возможность осуществлять управление любым транспортным средством (от самолета и автомобиля до корабля) оператором системы, находящимся вне этого средства. Страны Европейского союза начали развертывание гражданской глобальной спутниковой навигационной системы "Галилео", опирающейся на свои собственные спутники. Предполагается, что навигационная система "Галилео" должна быть: - независимой от GPS, но взаимодействующей с нею; - управляемой под международным контролем (США пытаются установить полный или частичный контроль над этой системой); - более точной и доступной, способной быстро обнаруживать и оповещать о неисправности элементов системы; - рентабельной; - открытой для участия других партнеров, в частности России (наше участие в проекте не подтверждено). Запуск первого спутника "Галилео" состоялся в 2004 году, а начало эксплуатации системы ожидается в 2008 году. По оценке специалистов, стоимость работ по программе "Галилео" до 2008 года составила $2,5-3,0млрд., а ежегодная окупаемость после 2008 года - $150,0-210,0 млн. Планируется, что "Галилео" будет передавать один общедоступный сигнал: - OAS -Open Access Service - служба открытого доступа и один или два сигнала с контролируемым доступом: - CAS - Controlled Access Service - служба контролируемого доступа. Сигнал OAS эквивалентен GPS и должен обеспечивать точность порядка 10,0м. Эта информация останется бесплатной до тех пор, пока будет сохраняться бесплатное использование GPS. Сигналы CAS - платные, шифруемые, контролируемые коммерческой компанией и предназначены для потребителей, требующих более высокого уровня точности, целостности и уверенности для жизнеобеспечения и других специальных применений. В CAS, в свою очередь, возможны два уровня: - Уровень CAS-1 будет открыт за плату всем желающим. - Уровень CAS-2 будет доступен только ограниченному кругу потребителей. Предполагается, что система обеспечит определение места с точностью 3,0 - 4,0м. Особенности основных систем спутниковой навигации NAVSTAR/GPS и ГЛОНАСС Обе системы имеют двойное назначение - военное и гражданское, поэтому излучают два вида сигналов: - один -L1 - с пониженной точностью определения координат (~100,0м) - для

гражданского применения; - другой - L2 - высокой точности (~10,0м - 15,0м и точнее) для ограниченного

применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от Военного Ведомства США.

324

В настоящее время эти помехи отменены, и точный сигнал доступен гражданским приёмникам, однако, в случае соответствующего решения государственных органов стран-владельцев, военный код может быть снова восстановлен. Спутники NAVSTAR/GPS располагаются в шести плоскостях на высоте примерно ~20180,0км. Спутники ГЛОНАСС находятся в трёх плоскостях на высоте примерно ~19100,0км. Номинальное количество спутников в обеих системах - 24. Группировка NAVSTAR/GPS полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается. Группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в 1995 году, но в течение 10 лет практически не поддерживалась. В настоящее время идёт её активное восстановление. Обе системы используют сигналы "псевдошумовых" последовательностей, применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при малой мощности излучения передатчиков. В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты:

L1 - стандартной точности и L2 - высокой точности. - Для NAVSTAR/GPS: L1 = 1575,42мГц и L2 = 1227,6мГц.

- Для ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно:

L1 = от 1602,56мГц до 1615,5мГц и L2 = от 1246,43мГц до 1256,53мГц. Сигнал L1 доступен всем пользователям, сигнал L2 — только военным, то есть, не может быть расшифрован без специального, секретного ключа. Каждый спутник навигационной системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную и управляющую информацию - для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах - таблица положений всей спутниковой группировки на орбите, передаваемых последовательно в течение нескольких минут. Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) - это называется "горячий ("теплый") старт, но может занять и до 15-ти минут, если приёмник вынужден получать полный альманах - так называемый "холодный старт". Необходимость в "холодном старте" возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить так называемое "дифференциальное измерение" расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. Кроме того, есть несколько систем, которые посылают уточняющую информацию ("дифференциальную поправку к координатам"), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до 10,0см. Дифференциальная поправка основана на геостационарных объектах (спутниках и наземных базовых станциях), обычно является платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты услуги). В настоящее время функционирует бесплатная европейская геостационарная навигационная услуга -EGNOS - European Geostationary Navigation Overlay Services, основанная на двух геостационарных спутниках, дающая высокую точность местонахождения объекта (до 30,0см), но работающая с перебоями и ненадёжно. В США её аналог - WAAS. Спутниковые навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) функционируют в собственном системном времени. Все процессы

325

измерений фиксируются в этой шкале времени. Необходимо, чтобы шкалы времени навигационных спутников были согласованы между собой. Это достигается независимой привязкой каждой из шкал спутников к системному времени.Системная шкала времени есть шкала атомного времени. Она задаётся сектором управления и контроля, где поддерживается с точностью более высокой, чем бортовые шкалы спутников. Системное время GPS есть Всемирное координированное время - UTC, отнесённое к началу 1980 г.: T-GPS = UTC(1980.0). UTC - Coordinated Universal Time - универсальное координированное время - часовой пояс на нулевом меридиане (ранее называлось Гринвичским средним временем - Greenwch Mean Time - GMT, или зулусским временем). Поправки T-GPS к Всемирному координированному времени UTC регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях. Системное время ГЛОНАСС периодически подстраивается под Всемирное координированное время (T-ГЛОНАСС = UTC).При доведении количества действующих спутников до 18, на территории России обеспечивается практически 100%-ная непрерывная навигация. На остальной части Земного шара при этом перерывы в навигации могут достигать 1,5час. Практически непрерывная навигация по всей территории Земного шара обеспечивается при полной орбитальной группировке из 24-х спутников. Увеличение количества навигационных спутников ГЛОНАСС, используемых по целевому назначению до 18, позволяет повысить доступность навигации с использованием системы ГЛОНАСС на территории России с 66% до 90% , а по всей территории Земли с 56% до 80%.Навигационные системы КитаяКитай добился успехов в области спутниковой навигации. В стране создана

региональная навигационная система на базе 3 геостационарных спутников

“Бэйдоу-1” (BD-1), которая применяется на транспорте, в рыболовной отрасли,

морской навигации и разработке месторождений полезных ископаемых. Китай

разрабатывает проект спутниковой группировки новой навигационной системы

“Компас-2”. В настоящее время идет согласование рабочих частот в

международном союзе радиосвязи МСЭ (ITU). Китай в качестве партнера

участвует также в создании европейской навигационной системы “Galileo”. Новые

системы обзора Земли и навигации (ОЗН) Китая создаются для повышения

качества и конкурентоспособности национальных космических систем, внедрения

систем космической информации в практическую деятельность госструктур

(прежде всего в данные госстатистики) и интеграции национальных и зарубежных

систем в единый комплекс обзора Земли и навигации

(GPS/ГЛОНАСС/Galileo/Compass).

Спутниковая связь

326

По оценкам специалистов в перспективе всеми системами фиксированной электросвязи будет охвачено около 70,0 % поверхности Земли, системами сотовой связи может быть охвачено всего 15,0% поверхности Земли, системами спутниковой связи будет охвачено 100% поверхности Земли, включая водную поверхность. Но спутниковая связь обеспечит только 30,0% всего международного трафика.

Спутниковая связь сегодня незаслуженно занимает последнее место на рынке телекоммуникационных услуг. Это говорит, прежде всего, об ограниченности ресурсов частотного диапазона, ограничении числа спутников-ретрансляторов, находящихся одновременно, как правило, на геостационарной орбите и все еще достаточно высокими тарифами на системы и услуги спутниковой связи. Тарифы на услуги спутниковой связи имеют тенденцию к снижению, они не зависят от длины канала, установленного на время обмена сообщениями. В ближайшем будущем Операторы спутниковой связи внедрят в коммерческую эксплуатацию среднеорбитальные (MEO) системы спутниковой (космической) связи и низкоорбитальные (LEO) системы спутниковой связи, что приведет к революции в телекоммуникациях. Не смотря на то, что темпы роста информационного трафика, передаваемого по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС), обгоняют все виды связи, в том числе и спутниковую связь, охват волоконно-оптической связью населенных пунктов всех регионов, например, России - перспектива весьма далекая, дорогая и трудоемкая. Антенны, а также приемо-передатчики (трансиверы) и другая аппаратура связи, расположенные на Земле, называются наземными (базовыми) трансиверными (приемо-передающими) станциями. Восходящий (исходящий, прямой, вверх) канал - uplink - канал от наземной станции до спутника. Нисходящий (входящий, обратный, вниз) канал - downlink - канал от спутника к наземной станции. Транспондер - электронное оборудование спутника, принимающее сигналы восходящего канала и преобразующее их в сигналы нисходящего канала. Спутниковые орбиты: 1. Круговые орбиты с центром окружности в центре Земли; Эллиптические орбиты с центром, находящимся в одном из фокусов эллипса; 2. Орбиты в разных плоскостях: экваториальные орбиты - расположены в плоскости земного экватора; полярные орбиты проходят над обоими полюсами Земли; 3. Наклонные орбиты - все остальные орбиты; Орбиты над уровнем моря: - Геостационарные (геосинхронные) околоземные орбиты (GEO - geostationary earth orbit) - lnmarsat . Геостационарные (или геосинхронные) спутники движутся на расстоянии 35 786км от поверхности Земли по круговой (эллиптической) орбите, поэтому угловая частота вращения спутника совпадает с угловой частотой вращения Земли.

327

Спутники на таких орбитах используются для передачи телеметрической информации, телерадиовещания, метеорологии, реже - в качестве магистралей стационарных телекоммуникационных сетей. Задержка сигнала - 260,0мс. Срок функционирования спутника GEO на орбите - около 10 -15 лет. Трех спутников GEO достаточно для покрытия любой точки Земли. В связи с необходимостью высокой мощности сигнала (десятки Ватт) спутники на этих орбитах для организации мобильной связи использовать нельзя - это опасно для человека. Время одного оборота спутника GEO вокруг Земли ~ 24 часа (23 час. 56 мин. 4,091с).

- Средние околоземные орбиты (MEO - medium earth orbit) . Спутники MEO движутся на расстоянии 5 000,0км - 12 000,0км от поверхности Земли. На этих орбитах находится небольшое количество спутников, но по оценкам экспертов будущее может быть именно за ними. Задержки сигнала - до 70,0мс - 80,0мс. Для покрытия любой точки Земли на орбите должно быть не менее 18 спутников. Функционирования спутника MEO на орбите составляет 10,0лет.

Время одного оборота спутника вокруг Земли ~ 6 часов.

- Низкие околоземные орбиты (LEO - lov earth orbit). Спутники LEO движутся на расстоянии до 4000,0км. Они использовались ранее исключительно в военных и разведовательных целях, но постепенно на этих орбитах появились телекоммуникационные спутники Iridium, Globalstar и другие. Задержка сигнала - до 5,0мс - 10,0мс. Короткий срок функционирования спутника на орбите: всего 5,0 - 8,0 лет. Общее количество спутников на орбите должно быть от 48 до 200 - для разных сетей и их назначения.

Время одного оборота вокруг Земли 95,0 - 120,0мин.

- Сильно эллиптические орбиты – (HEO - highly elliptial orbit). Этот класс спутников включает все спутники с некруговыми орбитами. Орбиты проектируются для коммерческих телекоммуникационных организаций так, чтобы перигей был над большими городами, чтобы улучшить качество связи. Радиационные пояса Ван Аллена (ученого), состоящие из ионизированных частиц, находятся на высотах 2000,0 - 6000,0км (внутренний пояс Ван Аллена) и 15000,0 - 30000,0км (внешний пояс Ван Аллена), поэтому использовать эти орбиты для размещения спутников связи довольно сложно и дорого.

Задержки сигнала зависят от точки орбиты.

328

1. Пример размещения спутников GEO на геостационарной (геосинхронной) орбите (Inmarsat)

2. Пример размещения трех спутников на геостационарной орбите

1200 1200

1200

3. Пример размещения геостационарных (геосинхронных) спутников Земли на "поясе (орбите) Кларка"

Орбитальная скорость 3075,0м/с, т.е. навигационный спутник делает один оборот вокруг Земли приблизительно за 24,0 часа

Северный полюс Радиус орбиты: 35 786км (над уровнем моря)

(по другим данным: 35 863км, или 35 875км)

329

Земля

Земля

Экватор

Земля

Преимущество геостационарной орбиты получило широкую известность после выхода в свет научно-популярной статьи Артура С. Кларка в журнале "Wireless World" в 1945г. Именно поэтому на Западе геостационарная орбита иногда называется "орбитой Кларка".Спутник, находящийся на геостационарной орбите кажется неподвижным из любой точки на поверхности Земли. В результате, неподвижно закреплённая направленная антенна может сохранять постоянную связь с этим спутником. Спутник должен обращаться в направлении вращения Земли, на высоте 35 786км над уровнем моря. Именно такая высота обеспечивает спутнику период обращения, равный периоду вращения Земли - 23 часа, 56 минут, 4,091сек.

4. Пример размещения навигационной спутниковой системы на средней околоземной орбите (МЕО)

Навигационные спутники Средняя околоземная орбита (МЕО)

Наземная станция центра сбора информации

Функционирование спутниковых систем связи, название спутниковых систем и отдельных приборов, например регистров VLR и HLR аналогично функционированию и названиям средств связи в сетях сотовой связи GSM. До недавнего времени практически единственной спутниковой системой связи ГЕО была "Инмарсат", созданная в 80-е годы и обеспечивающая практически глобальное обслуживание суши и океанов, за исключением полярных областей Земли достаточно развитая технологически и располагающая широкой сетью наземных станций. Функционирование системы Инмарсат (Inmarsat) обеспечивают не более четырех-пяти спутников-ретрансляторов, которые находятся на геостационарной орбите (GEO). Долгосрочная эксплуатация системы Инмарсат гарантирована участием в ней около 80 стран, включая Россию. Первоначально система Инмарсат планировалась как морская спутниковая служба. Терминалами Инмарсат оснащено 35,0тыс. судов всемирного флота. Но позднее ее применение распространилось на сухопутную и воздушную области. Пользователям Инмарсат предлагаются услуги передачи речи, данных (протоколы Х.25, Х.400), факса, Интернет, электронной почты, ТВ и др. Недостаток системы Инмарсат: невозможность определения местонахождения наземного объекта, ограниченная

330

емкость системы, низкие скорости передачи сигналов, большие задержки передачи речевых сообщений - свыше 260,0мс.Функционируют две разновидности системы Инмарсат:-Инмарсат-А – с аналоговым интерфейсом;-Инмарсат-В – с цифровым интерфейсом.

Спутниковая система Иридиум состоит не из геостационарных спутников, а из довольно большого числа низкоорбитальных (LEO) космических аппаратов с высотой орбиты до 1500,0км, их необходимое количество составляет 66. Спутники выводятся на орбиту космическими кораблями.Система Иридиум обеспечивает глобальную магистральную связь в любой точке земли и суши: от северного полюса до южного полюса Земли. Система Иридиум предоставляет пользователям более широкий спектр услуг, чем Инмарсат: передача речи, данных, факсимильных сообщений, пейджинговые услуги, передача коротких сообщений, определение местонахождения наземного объекта (например, мобильной станции MS).Продвижением проектов низкоорбитальных спутниковых систем связи (LEO) занимаются: Космический центр им. М.В. Хруничева, компании: "Хруничев Телеком", "Иридиум Евразия" (система Иридиум) и др.По оценке российских экспертов, число пользователей в нашей стране к 2008 году достигло ~750,0 тысяч.

В последние годы резко изменились приоритеты спутниковой связи:-магистральные станции играют все меньшую роль, уступив ВОЛС волоконно-оптическим линиям связи;-бурное развитие получили VSAT - Very Small Aperture Terminal - спутниковый терминал с малой апертурой (диаметр, раскрыв антенны). VSAT применяются, как правило, для связи со спутниками связи, находящимися на геостационарной орбите (GEO)VSAT при минимальной скорости (64,0кбит/с) обеспечивают одновременную передачу нескольких телефонных разговоров, обмен данными и факсимильными сообщениями. При необходимости скорость передачи данных без особых проблем может быть увеличена до 2,048,0мбит/с. Что же такое VSAT? До сих пор в России нет четкого определения этого понятия. По европейской терминологии, под VSAT подразумеваются станции спутниковой связи со следующими параметрами: - максимальная эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ) – 50,0Вт; - максимальная мощность передатчика – 2,0Вт; - диаметр антенны - от 0,5 до 3,8 м, с потребляемой мощностью от 25,0Вт и стоимостью от 3500,0$. Современные VSAT могут не только обеспечивать обмен информацией, доступ в Интернет, но и принимать программы спутникового телевидения. Главное приемущество спутниковых VSAT-терминалов - это их установка вблизи рабочих мест, что крайне выгодно и удобно для пользователей, которым нужны не высокие скорости, а экономичность, защита от несанкционированного доступа и техническая возможность иметь в конкретном месте услуги связи, названные выше. Срок активного нахождения спутника-ретранслятора на орбите - не менее 10 лет. Большинство спутниковых систем, использующих VSAT-технологию, обслуживаются спутниками-ретрансляторами, находящимися на геостационарной орбите (ГСО), радиус которой 35786,0км от поверхности Земли.

331

Задержка сигнала составляет: - 260,0мс (при "односкачковом" режиме, когда сигнал проходит один раз путь

до спутника-ретранслятора и обратно);- -520,0мс (при "двух скачковом" режиме). При передаче данных задержка

совсем незаметна, лишь незначительно снижается скорость передачи. В телефонных сетях с одним скачком задержка не превышает нормативную величину (для спутниковой связи - 260мс) и не слишком заметна. В телефонных сетях с двумя скачками задержка чувствуется сильнее и при высоких требованиях к каналу связи может быть неприемлима. В этом случае топология телекоммуникационной сети выбирается с учетом того, чтобы исключить два скачка при разговоре.

Основные характеристики спутниковых систем связи

Наименование Инмарсат-А/Инмарсат-В Иридиумхарактеристик1. Скорость передачи, кбит/с 9,6 – 64,0/ 9,6 – 64,0 9,6 – 72,02. Точность определения местонахождения, метр не определяется 300,03. Стоимость (дол. США) подключения, включая ТА ~ 9500,0 ~3000,0 4. Абонементная плата в мес. 40,0 ~30,0

(мин./дол. США)

Спутниковые абонентские устройства систем Иридиум можно использовать как телефоны сетей сотовой связи, т.к. их вес и габариты аналогичны.

Развитие услуг, предоставляемых пользователям с помощью спутников, находящихся на геостационарной орбите

Объем услугмлн. долл.

7000

6000 Видео

5000

4000

3000 Данные

2000

1000 Речь

332

2007 2009 2011 2013 2015 годы

Системы спутниковой связи общего пользования - общая схема

Гиперячейка

Спутник связи

Антенна Пикоячейки Транспорт: Пикоячейки - воздушный

- водный - наземный

Микроячейки

333

Земная поверхность

Транкинговая связь

Впервые, как уже отмечалось, подвижная (мобильная) радиосвязь появилась в США в конце 30-е годов. В конце 70-х годов появились первые аналоговые транкинговые системы, которые успешно дожили до наших дней в виде протоколов LTR, ESAS, MPT1327 (мировой хит цифрового транкинга - основная система на территории России, крупнейший ее клиент – "Газпром"), Smartnet, Smartsone. Транкинг пришел в Россию в 60-х годах (одной из первых транкинговых систем с децентрализованным управлением был наш хороший знакомый радиально-зоновый "Алтай"). Традиционная беспроводная связь заняла практически весь частотный диапозон. Число абонентов подвижной связи резко возросло, и остро встал вопрос эффективного использования радиочастотного спектра, а также увеличения пропускной способности каналов радиосвязи. В транкинге пользователю предоставляется любой из имеющихся свободных в данный момент времени каналов. Транкинг наиболее бережно относится к частотному ресурсу. Если в обычной радиосвязи и в сетях сотовой связи среднее число пользователей на канал равно 30-40, то в транкинге их 50-100, а в системах последних поколений еще больше.Транкинг оказывается единственно полезным там, где пасует сотовая связь, где применение систем сотовой связи экономически нецелесообразно, а именно в том случае, когда число пользователей не менее 5 тысяч. Транкингу нужен размах – десятки и сотни тысяч абонентов.Транкинговая связь на порядок дешевле сотовой связи, больше, чем у сотовой связи, радиус зоны ее обслуживания до 80,0км.Транкинг не заменим для силовых структур, аварийных и охранных служб, морских и авиационных портов, небольших населенных пунктов (городов, сел), корпоративных и ведомственных сетей. Его главное предназначение - работа с командой. Он - коллективист. Транкинговые системы передают не только речевую, но и телеметрическую информацию.

Большинство систем Транкинга (аналоговых и цифровых) имеют выход в ТфОП, предусматривают возможность использования дуплексных радиостанций, обеспечивают преобладающий внутренний трафик (до 90%) и. как результат, низкие тарифы на услуги связи.В России работает система транкинговой радиосвязи TETRA на всей территории Северо-западного региона, которая базируется на технической идеологии широко распространенного стандарта GSM, специально оптимизированного для западных регионов России, где большая плотность населения. Стандарт TETRA не предусматривает работу с аналоговыми системами и имеет две спецификации: TETRA V+D -спецификация - ориентирована на передачу голоса и данных;TETRA PDO -спецификация - ориентирована только на передачу данных.Еще один новый стандарт радиосвязи, в том числе и транкинговой, APCO-25 создан в США Ассоциацией Официальных представителей служб Связи общественной безопасности, который признан международным, с точки зрения качества связи, стоимости и стыковки с цифровыми и аналоговыми системами.

334

Основные сравнительные характеристики систем транкинговой связи.

Наименование характеристик APSO -25 TETRA PDO IDEN

1. Тип связи цифровой, цифровой цифровойсовмещаетсяс аналоговым

2. Рабочий диапозон, мГц 160,0 (базовый) 400,0 800,0400,0 и 800.0 (базовый)(перспектива) 800,0

(перспектива)3. Радиус действия базовой станции, км 150 (нормальный 33 20

рельеф, диапозон (открытая (открытая 160,0мгц.) местность) местность)

до 50 (при диапозоне до 4-х 400,0мгц.) (город)

4.Скорость передачи, кбит/с 4,8 – 7,2 2,4 – 28,8 9,6 (КК) 34,0 (КП)

где: .КК – коммутация каналовКП – коммутация пакетов

Функциональная схема транкинговой связи

АС АС АС АС

......... ..........

БС БС БС БС

где: АС - Абонентская станция БС - Базовая станцияТСК - Транкинговый системный контроллерГСК - Главный контроллер системы

335

ТСК ТСК

ГСК

ТфОП

ТфОП

ТфОП

Пейджинговая связьФункциональная схема местной пейджинговой связи

Центр управления

где:ПРД – Передатчик

Пейджинговая связь (системы персонального радиопоиска - СПР) – всем известная, доступная и эффективная система радиосвязи. Как уже отмечалось, пейджинговые системы (ПС) работают через оператора и в автоматическом режиме. В зависимости от размеров зоны обслуживания различают региональные (распределенные на большой площади, например Москва и область) и локальные (местные, например службы оповещения) пейджинговые системы. Кроме того, различают пейджинговые системы ведомственные и общего пользования.Известно и то, что технологии односторонних пейджинговых систем связи, основанные, прежде всего, на экономии спектра частот и временном уплотнении, а также на снижении капитальных и эксплуатационных расходов, себестоимости и цен на услуги. Особую роль пейджинговая связь играет в службах безопасности (оповещении персонала, оперативном управлении, поиска объектов и т.д.).Первые пейджинговые системы появились в 70-е годы в США. С тех пор сменилось 5 поколений пейджеров: тоновые, аналоговые, цифровые, аналого-цифровые, компьютерные. Основным недостатком пейджеров является симплексность (односторонность) связи и отсутствие подтверждения о приеме переданного сообщения.

336

АТС

ТА

ТА

Принтер

ПК ПК

ПРД ПРД ПРД

Центральный блок управления

Функциональная схема пейджинговой связи

Операторский центр

БС

БС

Телефонный модемПейджинговый Пейджеры:терминал -тональные,(ПД) -цифровые,

-буквенно-цифровые,БС – Базовые станции -речевые.

337

ТфОП ПД

Твейджинговая связь.

В 1998 году на росссийском рынке связи появились двусторонние пейджеры, использующие Твейджинг (Two way paging – двусторонний пейджинг) - технологию, которая открыла новые перспективные возможности для развития систем персонального радиопоиска. Принципиальным отличием твейджеров от пейджеров является наличие канала обратной связи. Это позволило реализовать такие новые возможности, как дуплексная связь, промышленный, коммерческий и экологический мониторинг, определение местоположения подвижных объектов, выход в Интернет и др.По уровню сервиса твейджеры далеко опередили все предыдущие поколения пейджеров, особенно в такой необходимой для всех автовладельцев области, как автоматическая локация движущихся объектов, предотвращающая угоны автотранспорта, передача сигналов бедствия из автомобиля и т.д.

Функциональная схема твейджинговой системы связи

Командно-контрольный центртвейджинговой связи (ККЦ ТС)

где:Т - твейджерыПК – персональный компьютер

338

Принтер

ПК

Центральныйблок управленияи обработкисигналов

Т Т Т

ПК

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ И СИСТЕМЫ

СЛОВАРЬ (терминология, глоссарий, аббревиатуры).

"А"

Абонент - юридическое или физическое лицо, заключившее договор с телекоммуникационной компанией на предоставление доступа к услугам данной компании.

А И - автоинформатор.

А ИС - автоинформационная служба.

а .л. - абонентская линия.

А ккумулятор – устройство, обеспечивающее телефон энергией, необходимой для работы. Аккумуляторы бывают разного типа. Сейчас в основном используются литий - ионные, допускающие подзарядку (зарядку с любого состояния). Новым этапом стала разработка литий - полимерной батареи. Пока её производство очень дорогостояще, но плюсы такого вида аккумулятора несомненны. Ей можно придать любые размеры и форму, а это даст производителям мобильных телефонов необходимую творческую свободу. А ксессуары – набор принадлежностей, облегчающих и дополняющих использование телефона различными функциями. К аксессуарам относятся: микротелефонная гарнитура, кабель для передачи данных и синхронизации с ПК, дополнительный аккумулятор. Также всевозможные элементы дизайна: ремешки, чехлы, цепочки, наклейки, сумочки и так далее. А нтенна – часть мобильного телефона и базовой станции, с помощью которых принимаются и передаются радиосигналы. Для мобильных телефонов (мобильных станций MS) существуют выносные антенны, которые подключаются для улучшения приёма и передачи в местах со слабым сигналом. Конструкция антенны (встроенная или внешняя) несущественно влияет на качество связи.

А ОН - автоматический определитель номера.

А ТС - автоматическая телефонная станция.

А ТС-ДШ - АТС декадно-шаговой системы (электромеханическая АТС, с непосредственным управлением установлением соединения батарейным способом).

А ТС-К - АТС координатной системы (электромеханическая АТС, с централизованным способом установления соединения многочастотным способом).

339

А ТС-Э - АТС электронного типа (с централизованным способом установления соединения).

А мплитудно-импульсная модуляция - АИМ - PAM - P ulse A mplitude Modulati о n процесс взаимодействия двух сигналов: первичного аналогового и последовательности импульсов с частотой не менее, чем в два раза превышающей максимальную частоту спектра первичного аналогового сигнала. Итоговый сигнал - последовательность импульсов, изменяющаяся по амплитуде в соответствии с первичным аналоговым сигналом.

А МТС - автоматическая междугородная (международная) телефонная станция.

А утентификация - authentification password - (authentikos - "подлиный", исходящий от первоисточника - греч.) в ее основу положены данные, содержащиеся в SIM-карте (модуле) мобильной станции MS установление пользователя по паролю. -authentification code - код аутентификации, контрольное поле, добавляемое к блоку данных для аутентификации сообщений. -authentification of message - аутентификация сообщений, необходима для защиты сообщений от случайных или намеренных искажений.

- authentification of user - аутентификация пользователя используется для защиты от несанкционированного доступа к компьютеру (мобильной станции).

А ЦП - аналого-цифровой преобразователь.

"Б"

б айт, или октет - пакет цифровых данных, состоящий из 8 битов.

Б азовая станция – набор оборудования для каждой ячейки, или соты (сердце соты), которое устанавливает соединение между сотовым телефоном и сетью, занимается распределением вызовов и аутентификацией, то есть распознаванием абонента.

Б елл Александр Грехем (США) - выкупил патент на принцип телефонии у физика Э. Грея в 1876г., а в 1978г. создал практически пригодное телефонное устройство. Однако первым, кто передал речевое сообщение по проводам, был Антонио Муччи - итальянец по происхождению - американец, который работал над этой темой в 1857-1871гг., составил заявку на патент, но не смог собрать 250,0$. Б илинг – набор программно-аппаратных систем для отслеживания и калькуляции баланса абонента.Проще говоря, это система, которая вычитает деньги с личного счета абонента при разговорах (передаче данных и прочих сервисах) и набавляет при добавлении денег в кассе оператора.

б ит - bi nary digi t - bit - бинарное (двоичное) число, принимающее значения "0" или "1".

340

Б раузер (browser ) – программа, клиентское приложение для работы с гипертекстом, помогает пользователю просматривать и использовать ресурсы служб, расположенных на различных удаленных серверах в WWW и Интернет - аналог Internet Explorer. Б С (BTS) - базовая станция (базовая трансиверная станция) в сети сотовой связи.

"В"

Вендор - продавец товара; чаще используется для обозначения оптового продавца (и не обязятельно представитель). Если производитель продаёт сам, то он тоже вендор по отношению к покупателю, хотя одновременно и manufacturer, производитель.

В иртуальный канал -ВК - это понятие логическое, поэтому виртуальный канал иногда называют логическим каналом - ЛК (не физический канал), создаваемым только на время передачи цифровых данных.

В окодеры - Voice codinq - кодеры речевого сигнала, или спектральные канальные вокодеры (иногда их называют вокодеры с возбуждением основного тона), более сложное, чем просто кодер устройство, состоит из: кодера - на передающем конце и декодера - на приемном. Вокодеры кодируют только речевую информацию и не могут применяться на телефонной сети общего пользования (ТфОП).

В семирное координированное время - UTC , отнесённое к началу 1980 гг. T-GPS = UTC(1980.0) - системное время навигационной системы США - GPS. UTC - Coordinated Universal Time - универсальное координированное время - часовой пояс на нулевом меридиане (ранее называлось Гринвичским средним временем - Greenwch Mean Time - GMT, или зулусским временем).Поправки T-GPS к Всемирному координированному времени UTC регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях.

"Г"

Г олосовая почта – сервис сотовой связи, предоставляемый сетевым Оператором связи. Он заключается в записи в голосовой почтовый ящик адресованного вам голосового сообщения. В отличие от традиционного автоответчика, этот сервис может принимать сообщения, когда телефон в рабочем состоянии, а не только в режиме ожидания.

Г олосовой набор – способ набора номера телефона посредством голосовой команды. Предварительно голосовая метка записывается в память телефона в соответствии с номерами из телефонной книги. Функция доступна не всем типам мобильных телефонов и не всегда корректно работает из-за погрешностей сенсора. Нужно воспроизводить голосовую метку тем же тембром и с такой же скоростью, как и при записи. А это не всегда удается.

341

Г ТС - городская телефонная сеть (городская телефонная станция).

"Д"

Д искретизация (процесс дискретизации) - наложение двух потоков: аналоговой волны и импульсов.

"З"

З вено (Link) - ранг, соединение, связь (коммуникационный путь) между двумя смежными элементами сети.

З ИП - запасные изделия и приборы.

З она действия сети Оператора связи – территория, на которой Оператор связи гарантирует оказание услуг связи. Зона действия не всегда совпадает с зоной покрытия (территория, на которой можно пользоваться услугами сотовой связи, к ней не относится территория, на которой предоставляется роуминг).

з .с.л. - заказно-соединительная линия (междугородной и международной связи).

З уммерный сигнал - сигнал "ответ станции", "контроль посылки вызова", поступающие в аппарат вызывающего абонента (4-6В, 425Гц).

"И"

И дентификация - (от "identificare" лат.) - отождествление.

И нсайдер – это сотрудник компании, который сознательно способствует или осуществляет утечку информации для своей выгоды и во вред компании, в которой работает.

И нкапсуляция – добавление к пакету служебной информации в виде заголовка или трейлера (информации в конце сообщения) с большой гибкостью в сетях IP.

И КМ - процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму, т.е. импульсно-кодовая модуляция. Преобразование аналогового, в т.ч. речевого сигнала в цифровую форму осуществляется в 4 этапа (имеет место четыре процесса):-фильтрация - к преобразованию допускаются стандартные звуковые частоты-выборка (АИМ), или дискретизация (samplinq), - формирование дискретных во времени отсчетов амплитуды речевого сигнала (для речи амплитуда голосового сигнала измеряется 8000 раз в секунду, частота дискретизации равна 8000,0Гц);-квантование, т.е. корректировка амплитуды полученных отсчетов (каждого импульса АИМ сигнала) вдоль вертикальной оси - всего 256, или 28 уровней. При этом сигнал компрессируется (сжимается).-кодирование амплитуды каждого импульса конечным двоичным числом.

342

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) является развитием АИМ - амплитудно-импульсной модуляции.

И К-порт - инфракрасный порт - IrDA – передатчик для беспроводного доступа на небольших расстояниях (до нескольких метров) между периферийными устройствами в режиме PTP=P2P - точка-точка: телефонами, компьютерами и другими. Сигнал строго направлен. ИК-порт выглядит как маленькое окошко, используется, если есть необходимость передать данные с мобильного телефона или пульта дистанционного управления в телевизор, ПК, другие электробытовые приборы, приборы охранно-пожарной сигнализации, а также на другой мобильный телефон. Недостаток: передача данных на ПК при помощи инфракрасного порта займет несколько секунд. И ндукторный сигнал - сигнал, поступающий в телефонный аппарат вызываемого абонента (110В, 25Гц) для работы звонка.

И нкапсуляция - туннелирование - в компьютерных сетях используется, когда объединяются две сети с одной транспортной технологией для соединения с сетью, использующую другую транспортную технологию, т.е. пограничные маршрутизаторы, которые подключают объединяемые сети к транзитной, упаовывают пакеты транспортного протокола объединяемых сетей в пакеты транспортного протокола транзитной сети. Этод метод намного проще и быстрее, чем обычное соединение с транспортной сетью. Инкапсуляция – добавление к пакету служебной информации в виде заголовка или трейлера (информации в конце сообщения) с наибольшей гибкостью в сетях IP.

И нституты и организации стандартизации: - МСЭ-Т - Международный союз электросвязи - сектор телекоммуникаций - ISO - International Organization for Standardization - Международная организация по стандартизации - МОС, разработала стандарт по взаимодействию компьютерных сетей 7498); - ANSI - American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов (участник МОС); - ECMA - European Computer Manufactures Association - Европейская ассоциация производителей компьютеров (стандарты OSI - Open System Interconnection - взаимодействие открытых систем); - IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и электронике (LAN-стандарты IEEE в настоящее время являются доминирующими для локальных сетей. LAN - Local-Area Network - локальная сеть - высокоскоростная компьютерная сеть, покрывающая небольшую площадь - до нескольких километров. LAN-стандарты определяют типы кабелей и сигналов на физическом и канальном уровнях. LAN-технологиями являются Ethernet, FDDI и Token Ring); - Госстандарт Российской Федерации - участник МОС; - EIA - Electronic Industries Association - Ассоциация электронной индустрии (промышленности), разработала всемирно-известный стандарт RS-232C, используемый в устройствах подключения к персональным компьютерам периферийных устройств.

343

И нтеграция - взаимосвязь, совмещение, объединение (стыковка, интерфейс) технологически разных типов оборудования, коммутационных систем, линий связи и других элементов телекоммуникационной сети, а также разных типов двух и более телекоммуникационных и компьютерных сетей в единую взаимоувязанную сеть связи страны.

И нтеллектуальная сеть – определяется как сервисно ориентированная архитектура телекоммуникационной сети, это сеть, в которой управление вызовами отделено от основного элемента сети – оборудования телекоммуникации (определение из документов МСЭ-Т). В узком смысле - ИСС (или IN - Intellectual Network) - специализированная информационно-вычислительная сеть, надстраиваемая над базовой сетью (ТфОП, СПД, СПС) и принимающая от нее функции по управлению процедурами предоставления дополнительных услуг пользователям.

И нтерфейс - Interface: 1. Точка доступа - соединение между двумя системами или устройствами. 2. В контексте маршрутизации - сетевое соединение. 3. В контексте телефонии - общая граница с общими физическими

характеристиками соединения, характеристиками и значениями сигналов. 4. Граница между смежными уровнями ЭМ ВОС - эталонной модели взаимосвязи

(взаимодействия) открытых систем (OSI - Open Sistem Interconnection).

И нтерференция - наложение частот, что приводит к ослаблению ("замиранию", или "федингу") или усилению сигнала.

И нформация - это сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, хранения и использования.

И нформатизация - это предметная область, процесс создания условий (мероприятия) для обеспечения удовлетворения информационных потребностей пользователей сетей связи.

И нформатика - наука, предметная область, изучающие информационные процессы (информацию), а также программно-аппаратные средства, обеспечивающие передачу информации.

И С - IN - Intelligent Network - интеллектуальная сеть (связи).

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

344

"К"

К анал связи (физический или виртуальный) - средства связи - комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающие передачу (прием) сообщений (информации, данных, видео) от пункта передачи до пункта приема. Каналы подразделяются на: аналоговые, цифровые, смешанные, т.е. аналого-цифровые. В зависимости от вида связи каналы разделяются на : телефонные, передачи данных, радиорелейные, спутниковые и т.д.

К од "ав" - двузначный код, идентифицирующий внутризоновую нумерацию или сеть емкостью до 100 тысяч номеров

К од "АВС" - код административной (географической) зоны нумерации внутри страны.

К од "DEF" - код страны.

К оммутация каналов (КК) - способ коммутации (способ организации связи: передачи сигналов управления соединением), при котором информация передается аналоговыми сигналами в неизменной полосе частот - применяется в аналоговых участках телекоммуникационных сетей. Не возможна интеграция в одной сети с КК служб с разными скоростями передачи информации. Не возможна передача данных по одному и тому же каналу в диалоговом режиме, т.к. сеть с КК принципиально проектируется только для обслуживания речевых нагрузок с большими средними значениями времени занятий каналов связи (3-4мин). Такая сеть является сетью с отказами в установлении соединения. Здесь каналы используются не эффективно.

К оммутация сообщений (КС) - способ коммутации, при котором информация в цифровом виде передается по принципу "первый пришел, первый обслужен", при этом используется принцип промежуточного (перед отправкой) накопления сообщений в запоминающих устройствах (ЗУ). Такая сеть является сетью с ожиданием обработки информации в узлах (центрах) коммутации. Здесь очень высокое использование каналов связи, очень высокие скорости передачи.

К оммутация пакетов (КП) - способ коммутации, при котором цифровые сообщения "разрезаются" на пакеты для последующей передачи по принципу промежуточного накопления в узлах коммутации (УК). В пункте назначения (в УК) все пакеты собираются в исходное состояние, и сообщение доставляется в абонентский пункт. Здесь - сложность сборки пакетов и возможность их потери. К ПВ - контроль посылки вызова (зуммерный сигнал 4-6В, 425Гц).

К огерентность (от лат. - cohaerentia) - связь, сцепление - согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов (частот, световых волн и т.д.), разность фаз которых постоянна. Когерентные волны при сложении либо усиливают, либо ослабляют друг друга, т.е. наблюдается интерференция волн (частот).

345

К онвергенция - постепенное вытеснение морально и физически устаревших телекоммуникационных систем и сетей связи современными высокотехнологичными телекоммуникационными системами или сетями.

К С - коммутационная система.

"Л"

Л ВС - локально-вычислительная сеть.

Л КС – локальная компьютерная сеть

"М"

М СЭ-Т (ITU-T )- Международный союз электросвязи, сектор телекоммуникаций.(см. также другие международные организации стандартизации в этом словаре).

М обильный Интернет – технология беспроводного доступа в Интернет на основе протокола WAP (стандарт IPv6 четвертого поколения сетей сотовой связи - 4G).

М одернизация - усовершенствование отдельных узлов, устройств и систем сети связи с помощью новейших технологий.

М ультимедиа – универсальный доступ к услугам передачи речи, текста, звука и видео.

М ультиплексоры - устройства, используемые в качестве быстродействующих приборов, обеспечивающих сбор, объединение и передачу битов (или пакетов) в канал связи, используются в цифровых сетях проводной и мобильной связи.

"О"

О КС - общеканальная сигнализация (например: ОКС 7 - версия 7 МСЭ-Т).

О колоземные орбиты:

- GEO - G eostationary E arth О rbit - геостационарные (геосинхронные) околоземные орбиты - lnmarsat . Геостационарные (или геосинхронные) спутники движутся на расстоянии 35 786км от поверхности Земли по круговой (эллиптической) орбите, поэтому угловая частота вращения спутника совпадает с угловой частотой вращения Земли. Эта орбита называется геосинхронной. Спутники на таких орбитах используются для передачи телеметрической информации, телерадиовещания, метеорологии, реже - в качестве магистралей стационарных телекоммуникационных сетей. Задержка сигнала - 260,0мс. Срок нахождения спутника GEO на орбите - около 10 -15 лет. Трех спутников GEO достаточно для покрытия любой точки Земли. В связи с необходимостью высокой мощности сигнала (десятки Ватт) спутники на этих

346

орбитах для организации мобильной связи использовать нельзя - это опасно для человека. Время одного оборота спутника GEO вокруг Земли ~ 24 часа (23 часа, 56 минут, 4,091сек).

- MEO - Medium E arth O rbit - средние околоземные орбиты. Спутники MEO движутся на расстоянии 5 000,0км - 12 000,0км от поверхности Земли. На этих орбитах находится небольшое количество навигационных спутников, но по оценкам экспертов будущее может быть именно за спутниками МЕО. Задержки сигнала - до 70мс - 80мс. Для покрытия любой точки Земли на орбите должно быть не менее 18 спутников, нахождение на орбите которых составляет 10,0лет. Время одного оборота спутника вокруг Земли ~ 6 часов.

- LEO - L ow E arth O rbit - низкие околоземные орбиты. Спутники LEO движутся на расстоянии от поверхности Земли до 2000,0км. Реально все спутники LEO располагаются на высоте 500,0 - 1500,0км, ранее использовались исключительно в военных и в целях разведки, но постепенно на этих орбитах появились коммерческие телекоммуникационные спутники Iridium, Globalstar и другие. Задержка сигнала - до 5,0мс - 10,0мс. Короткий срок нахождения спутника на орбите: всего 5 - 8 лет. Общее количество спутников на орбите должно быть 48 - 200 - для разных сетей и их назначения. - Время одного оборота вокруг Земли 95,0 - 120,0мин.

- HEO - H ighly E lliptial O rbit - сильно эллиптические орбиты. Этот класс спутников включает все спутники с некруговыми орбитами. Орбиты проектируются для коммерческих телекоммуникационных организаций так, чтобы перигей был над большими городами, чтобы улучшить качество связи. Радиационные пояса Ван Аллена (ученого), состоящие из ионизированных частиц, находятся на высотах 2000,0 - 6000,0км (внутренний пояс Ван Аллена) и 15000,0 - 30000,0км (внешний пояс Ван Аллена), поэтому использовать эти орбиты спутниковой связи довольно сложно. Задержки сигнала зависят от точки орбиты.

О ператор связи - юридическое лицо - владелец телекоммуникационной сетью и (или) системами (оборудованием), каналами связи на правах собственности или аренды, имеющий лицензию на предоставление телекоммуникационных услуг.

о ператор связи (телефонист) - физическое лицо, предоставляющее населению и организациям информационные услуги и услуги связи с помощью средств связи.

О С - оконечная станция, Операционная система.

"П"

П В - посылка вызова - индукторный сигнал 110,0В; 25,0Гц.

П иксель – минимальная графическая единица дисплея мобильного телефона. Чем меньше пиксель, тем выше качество. Чаще всего термин используется при описании мобильных телефонов, имеющих встроенные фото - видеокамеры. Чем больше количество пикселей (0,5мегапикселя, 1,0мегапиксель), тем чётче получается изображение.

347

П лезиохронный - режим синхронизации приемников и передатчиков в иерархической структуре систем передачи цифровой информации (PDH - плезиохронная цифровая иерархия) - режим, при котором на всех узлах коммутации используются задающие генераторы (ЗГ) тактовых импульсов, стабильность которых не ниже 1011 (при частоте повторения циклов 8,0мГц).

П олифония – мелодии, состоящие из нескольких компонентов. Приодновременном воспроизведении создается эффект естественного звучания. В технических спецификациях мобильных телефонов обычно указывается тональность полифонии. Чем больше число тонов, тем лучше, объёмнее и естественнее воспроизводится звук.

П ользователь - юридическое или физическое лицо, пользующееся услугами телекоммуникационной компании без заключения с ней договора.

П рефикс - цифра, используемая для выбора сетей междугородной, международной связи и связи с Интеллектуальной сетью (в настоящее время в РФ - "8"). Префикс не входит в план нумерации сетей и не учитывается в значности нумерации.

П ропускная способность канала ИКМ определяется арифметически:4,0кГц (максимальная частота спектра речевого сигнала) х 2 = 8,0кГц (частота дискретизации) х 8бит = 64Кбит/с - составляет основу всей цифровой телефонии и является всемирным стандартом для цифровых сетей всех типов (т.к. обеспечивает высокое качество передачи речи).

П ротокол - описание набора правил и соглашений, которые управляют обменом информации между устройствами телекоммуникационной сети - документ, который определяет правила и процедуры взаимодействия одноименных уровней эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС), работающих друг с другом.

"Р"

Р егенерация - восстановление цифрового сигнала в случае искажения (норма МСЭ-Т: 1 щелчок / мин., т.е. разрешается принять с ошибкой один символ старшего разряда одной из кодовых комбинаций, либо один символ, следующий по старшинству) длительности его импульсов на приемном конце осуществляется регенератором.

Р еконструкция - замена отдельных элементов сети (абонентских устройств, коммутационных и транспортных узлов, станций и др.), участков сети связи с применением новейших достижений в области связи и информационных технологий.

348

Р оуминг - Roaming – использование мобильного телефона в сетях сотовой связи других Операторов сетей сотовой связи. На дисплее мобильного телефона отображается логотип (брэнд) компании того Оператора связи, который обслуживает данную территорию. Количество стран, в которых можно пользоваться роумингом, зависит от наличия контрактов о роуминге, заключённых Операторами связи, типа используемого мобильного телефона и тарифа. Роуминг может быть сетевым и международным. Международный роуминг – возможность пользоваться мобильной связью при нахождении на территории других стран.

"С"

С вязь - совокупность сетей и служб, которая функционирует на территории РФ как взаимоувязанный комплекс.

С еть связи - совокупность каналов (линий) и узлов (узлов коммутации) связи.

С игнализация – это совокупность сигналов, передаваемых между элементами сети для обеспечения процессов установления и разъединения соединений при обслуживании вызовов, а также для передачи различной служебной информации Сигнализация подразделяется на линейную сигнализация (для аналоговых сетей и систем) и ОКС - общеканальную сигнализацию (для цифровых сетей и систем). МСЭ-Т рекомендует применение общеканальной сигнализации, версию 7 - ОКС 7 для цифровых телекоммуникационных сетей передачи данных.

С инхронизация - synchronization - обеспечение временнóй одновременности действий параллельных процессов, например, при передаче-приеме информационных или управляющих битов в цифровых сетях передачи данных.

С корость передачи данных – это количество бит, передаваемых в единицу времени (как правило, единица времени это - секунда).

с .л. - соединительная линия.

С лужбы связи (в т.ч. и информационные) - комплекс средств связи и программно-аппаратных средств, обеспечивающий предоставление услуг связи.

С мартфон – интеллектуальный мобильный телефон: телефон + портативный компьютер. Его характерные черты: операционная система с библиотекой ПО и большой дисплей. Смартфон - другое название: коммуникатор, или Wi-Fi телефон.

С ота, или ячейка – зона (площадь), покрываемая одной базовой трансиверной станцией. Различные системы сетей сотовой связи имеют разную площадь соты и число абонентов внутри нее.

С ПД - сеть передачи данных.

С ПС - сеть подвижной связи.

С П - система передачи.

349

С ПС - сети подвижной связи, сотовая подвижная связь.

С СС - сеть сотовой связи.

С таффинг - процедура согласования скоростей (staffinq - "вставка") в цифровых телекоммуникационных сетях передачи данных.

"Т"

Т айм-слот, или: слот - временнóй интервал.

Т ехническое перевооружение - замена морально и физически устаревшего типа оборудования и линий связи на всей телекоммуникационной сети или ее значительной части современными, более технологичными, качественными, экономичными оборудованием и технологиями, с более широким набором сервисных услуг.

Т рафик – объём передаваемой информации в единицу времени. Например, для передачи данных в цифровом виде: бит/с.

ТфОП (PSTN - Publc Switched Telephone Network - телефонная сеть общего пользования - POTS - Plain Old Telephone Service - обычная телефонная сеть).

"У"

У К - узел коммутации, конечная или промежуточная точка сетевого соединения.

У ИС - узел исходящего сообщения.

У ВС - узел входящего сообщения.

У слуги связи (основные и дополнительные) - конкретные приложения служб связи.

У СС - узел специальных служб (службы сокращенной нумерации:01, 02,...09...009 и др.).

"Ф" Ф айл - часть ("кусок") текстового сообщения.

Ф единг – "замирание" сигнала в результате интерференции (наложения) двух встречно направленных колебаний (аналоговых сигналов полезной или управляющей информации). Обычно наблюдается в сетях подвижной связи.

350

Ф ишинг – в Интернет сплособ обманным путем получить с ПК пользователей личную или финансовую информацию через мошенническое сообщение e-mail или веб-узел, где требуется ввести личную информацию (пароль или номер банковского счета. Эта информация используется мошенниками для кражи личных данных

"Х"

Х от-спот (hot-spots) - точка многопользовательского доступа к Web-пространству в основном с мобильных ПК или карманных компьютеров по протоколу передачи Wi-Fi или WAP.

"Ц"

Ц АП - цифро-аналоговый преобразователь.

Ц КПС - центр коммутации подвижной связи.

Ц СИО, (ЦСИС, ISDN) - цифровая сеть с интеграцией обслуживания (служб услуг).

Ц ТЭ - центр технической эксплуатации.

"Ч"

Ч НН - часы наибольшей нагрузки.

"Э"

Э кстренный вызов – вызов, который возможно совершить с мобильного телефона или телефона фиксированной связи бесплатно, не имея средств на счёте, а также без наличия SIM-карты в мобильном телефоне. Вызов обычно производится на номер 112 (или: 911,в России: 01,02, 03, 04), позволяет связаться с оператором и сообщить об экстренном случае. Дальнейшие действия (вызов "скорой", МЧС, милиции и т.д.) выполняет оператор.

Э квала йзер (англ. Equalize) – выравнивать - устройство или компьютерная программа, позволяющая выравнивать амплитудно-частотные характеристики звукового сигнала, т.е. корректировать уровень сигнала избирательно, в зависимости от частоты.

.

.

.

.

.

.

.

.

351

"A"

A uthentification password - (authentikos - "подлиный", исходящий от первоисточника - греч.) в ее основу положены данные, содержащиеся в SIM-карте (модуле) мобильной станции MS установление пользователя по паролю. -authentification code - код аутентификации, контрольное поле, добавляемое к блоку данных для аутентификации сообщений. -authentification of message - аутентификация сообщений, необходима для защиты сообщений от случайных или намеренных искажений.

- authentification of user - аутентификация пользователя используется для защиты от несанкционированного доступа к компьютеру (мобильной станции).

A DM - A dd D rop M ultiplexer - мультиплексор ввода вывода информации, используемый в синхронных сетях SONET и SDH. Может объединять, добавлять и ответвлять любые потоки данных.

A MPS - A dvanced M obile P hone S ystem - усовершенствованная сстема мобильного телефона (радиотеелефонной связи) организована в США (Чикаго) в 1983г.

A rea - зона. Логический набор сетевых элементов и присоединенных к ним устройств. Как правило зоны соединены с другими зонами с помощью узлов коммутации (маршрутизаторов) и образуют единую автономную систему.

A RCnet - A ttached R esorce C omputer N etwork - локальная сеть с компьютерным доступом с пропускной способностью (скоростью) 2,5мбит/с. Сеть создана в начале 1980-х годов компанией Datapoint Corporation.

A TM - A synchronous T ransfer M ode - режим асинхронной передачи. Международный стандарт поэлементной передачи, когда несколько типов данных (речь, видео, цифровые данные) передаются в виде ячеек фиксированной длины (53 байта) . Ячейки обрабатываются на аппаратном уровне, что позволяет сократить задержки при передаче. Режим АТМ предназначен для высокоскоростных сетей, например SONET.

A uС - au thentification c ode - код аутентификации, контрольное поле, добавляемое к блоку данных для аутентификации сообщений. -authentification of message - аутентификация сообщений, необходима для защиты сообщений от случайных или намеренных искажений.

- authentification of user - аутентификация пользователя используется для защиты от несанкционированного доступа к компьютеру (мобильной станции).

"B"

B inary - двоичная система счисления на основе единиц и нулей (биты).

Bi nary digi t - bit - двоичная цифра (двоичное число).

352

B lack hole - "черная дыра" - область маршрутизации, куда пакеты поступают, но не выходят оттуда из-за плохих условий передачи или плохой конфигурации сети (системы).

B luetooth – стандарт беспроводной связи на коротких расстояниях, который позволяет организовывать соединения через радиоканал, между различными коммуникационными устройствами – технология, позволяющая осуществлять беспроводную передачу сигналов до 10,0м между мобильными телефонами, компьютерами и другими устройствами. В отличие от инфракрасного луча - INFRARED, сигнал распространяется во все стороны равномерно.

Bl u-ray Disc , BD (англ . blue ray — голубой луч и disc — диск) — формат оптического носителя, используемый для записи и хранения цифровых данных, включая видео высокой чёткости с повышенной плотностью. Стандарт Blu-ray был совместно разработан консорциумом BDA.

Blu-ray ("голубой-луч") получил своё название от использования для записи и тения коротковолнового (405нм) "синего" (технически сине-фиолетового) лазерного луча. На международной выставке потребительской электроники Consumer Electronics Show (CES), которая прошла в январе 2006 года. Коммерческий запуск формата Blu-ray прошел весной 2006 года.

B SC - B inare S ynchronous C omunication - двоичный синхронный обмен данными (контроллер) - символьно-ориентированный протокол канального уровня для полудуплексных приложений (канальный уровень эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМ ВОС, или модель ISO международной организации стандартизации). BSC представляет собой управление телекоммуникационными каналами с помощью стандартного набора управляющих символов и их последовательностей в двоичном коде для синхронной передачи между BTS.

B SS - B ase S tation ( S ub ) s ystem - (под)система базовой станции - комбинация функций базовой трансиверной станции BTS и контроллера BSC.

bps - b it p er s econd - количество битов в секунду.

B roadcast - широковещание, система доставки пакетов, предусматривающая передачу копий каждого пакета всем узлам (станциям) сети, характеризуется широковещательными адресами (Broadcast address), которые называются МАС- адресом, общим для всех узлов (станций).

B TS - B ase T ransceiver S tation - базовая трансиверная станция.

B us - шина, общий физический путь прохождения сигнала по проводам или другим носителям локальной компьютерной сети - от одной части компьютера (системы) к другой.

B urst - пакет (данных).

353

"C"

C all - вызов (успешно установленный).

C ATV - C ommunity A ntenna T ele v ision - абонентское телевидение.

" c hat room" - "комната для разговоров" (чат) - термин используется при общении пользователей Интернет в режиме "вопрос-ответ".

C C - ( C ountry c ode) - код страны (часть плана нумерации).

C DM - C ode D ivision M ultiplexing - в беспроводных сотовых сетях второго поколения 2G. Схема с кодовым уплотнением (каналов) CDM использовалась ранее только в военных целях, но в настоящее время широко применяется в гражданских беспроводных телекоммуникационных сетях.

C DMA - C ode D ivision M ultiple A ccess - множественный доступ с кодовым разделением (каналов). В схемах с кодовым разделением каналов - CDMA - коды (уникальная последовательность битов) используются для разделения мобильных станций MS различных пользователей в кодовом пространстве. CDMA составляет серьезную конкуренцию другим цифровым технологиям, например, GSM.

C D-ROM - c ompact d isk r ead- o nly m emry - постоянное запоминающее устройство на компакт-диске или сам компакт-диск.

C ell - ячейка - основная единица коммутируемых и мультиплексируемых в АТМ-сетях данных, состоит из 5-байтового заголовка и 48 байт полезной информации.

C ENELEC (ESO - E uropen S tandards O rganisation ) - европейская организация стандартов, в которую входят эксперты из 19 стран ЕЭС.

C IC - префикс - для выбора дальнодействующих носителей, линий прямой связи, магистральных линейных групп, а также способов нумерации, например номера на основе 10 цифр.

C KSN - C iphering K ey S equence N umber - порядковый номер ключа шифрования.

C oncentrator (Hub) - концентратор: 1. - обычно в топологии "звезда" ЛВС - это центральное устройство, находящееся в центре сети; 2. - программное и аппаратное обеспечение, которое содержит несколько независимых модулей, соединенных между собой. Концентраторы бывают активными (повторяют полученные сигналы) и пассивными (не повторяют полученные сигналы, а только разделяют их). Например: мультипортовый повторитель в локально-вычислительной сети Ethernet иногда называют концентратором.

C S - C oding S chemes - схема кодирования.

C SD - C ircuit S witched D ata - передача данных по коммутируемым каналам связи.

354

"D"

D ECT - D igital E nhanced C ordless T elecommunications - цифровые расширенные беспроводные телекоммуникации.

D M - д ельта- м одуляция. Метод дельта-модуляции (фазовой модуляции) основан на том, что идет сравнение двух соседних амплитуд аналогового сигнала. В этом случае нежен не один байт, как в ИКМ, а один бит (0 или 1):-если в сигменте амплитуда аналогового сигнала возрастает, дискрете дается значение "1"; -если амплитуда аналогового сигнала убывает, дискрете дается значение "0". При этом шаг дискретизации должен быть очень малым - 32,0кГц.D SL - D igital S ubscriber L ine - цифровой абонентский канал (альтернатива ISDN - см. далее в этом словаре) открытая сетевая технология, которая обеспечивает высокую скорость передачи данных на ограниченные расстояния по обычному медному проводу. Существует четыре типа каналов DSL: - ADSL (асимметричная DSL: основной трафик, т.е. к пользователю, скорость 1,5 - 9,0мбит/с, в противоположном направлении - 16.0 - 640,0кбит/с, расстояние - 5488,0м по одиночной витой паре); - HDSL (высокоскоростной цифровой абонентский канал, обеспечивает передачу двунаправленных потоков со скоростью 1,544мбит/с, расстояние 3658,5м, через повторители расстояние можно значительно увеличить); - SDSL (одиночный цифровой абонентский канал, работает со скоростью 1,544мбит/с в обоих направлениях по одиночной медной витой паре на расстояние не более 3048,8м); - VDSL (очень высокоскоростной абонентский канал, асимметричный: в основном направлении скорость 13,0 - 52,0мбит/с, 1,5 - 2,3мбит/с - в обратном направлении, расстояние от 304,8 до 1372,0м). Технологии основаны на модемных парах: один модем - на узле коммутации (УК), второй - на клиентском узле.

D SP - D igital S ignal P rocessor - 1) устройство цифрового преобразования сигналов. 2) доменная часть АТМ-адреса, которая содержит: идентификатор зоны, идентификатор станции и селекторный байт (лат. selector - сортировщик) -устройство для выделения импульсов определенной величины или длительности из имеющейся последовательности импульсов.

D SSS - D irect S equence S pread S pectrum - спектр, расширенный методом прямой последовательности - используется в системах (2,5 поколения 2,5G сетей сотовой связи) множественного доступа с кодовым разделением (каналов) CDMA.

D TMF - D ual T one M ulti F requency - двух тональный многочастотный (речевой полосы частот), используется для набора номера телефона, а также в АТС координатной системы в качестве управляющих сигналов многочастотный способ передачи управляющих сигналов. Например, такая возможность необходима для доступа к голосовой почте.

355

"E"

E DGE - E nhanced D ata rates for G SM E volution - ускоренная передача данных для развития GSM - переходная технология от нынешних GSM-сетей к сетям третьего поколения 3G - UMTS (Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система). Впервые технология EDGE была представлена Европейским институтом стандартизации электросвязи (ESTI) в 1997 году. Использование EDGE позволяет ускорить процесс передачи информации в беспроводных сетях - до 384,0кбит/с.

E GNOS - E uropean G eostationary N avigation O verlay S ervices - бесплатная европейская геостационарная навигационная услуга, основанная на двух геостационарных спутниках, дающая высокую точность определения местонахождения объекта (до 30,0см), но работающая с перебоями и ненадёжно. В США её аналог - WAAS.

E -mail - электронная почта.

E MS - E nhanced M essaging S ervice – улучшенная служба сообщений – технология, позволяющая передавать вместе с SMS мелодии и картинки с мобильного телефона на мобильный телефон.

E nterprise Netork - корпоративная сеть. Большая и разнородная сеть компании (корпорации, организации), отличается от глобальной сети тем, что является закрытой ведомственной сетью.

E thernet - широкополосная локальная сеть, использует множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access /Collision Detect), может работать с разными типами кабелей с пропускной способностью до 10,0 мбит/с.

E xplorer - анализатор. E xplorer frame - кадр-анализатор. Кадр, посланный сетевым устройством в локальных Token Ring сетях в режиме реального времени, но заранее, перед отправкой данных, для определения оптимального маршрута к другому сетевому устройству. E xplorer packet - пакет-анализатор. Пакет, генерируемый конечной станцией для поиска маршрута через сеть SRB (Source-Route Bridging - мостовая маршрутизация от источника - в сетях, разработанных IBM - Token Ring). Пакет формирует пошаговое описание маршрута по сети, помечаемое (обновляемое) каждым мостом, и создает полную топологическую карту сети.......

356

"F"

F DD - F requensy D ivision D uplex - дуплекс (двухсторонняя связь) с частотным разделением, т.е. частотное уплотнение каналов для множественного доступа (FDMA). Для доступа к среде применяется объединенная схема TDMA и FDMA - схемы множественного доступа соответственно с временным и частотным разделением (каналов). F DDI - F iber D istributed D ata I nterface - распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам (не более 2-х км.), LAN - стандарт для локальной (зоны) сети с эстафетным доступом и пропускной способностью 100,0мбит/с. Топология (архитектура) сети - двойное кольцо для обеспечения избыточности.

F DMA - F requency D ivision M ultiple A ccess - множественный доступ с частотным разделением (каналов). В сетях сотовой связи схемы FDMA используются для организации одновременного доступа к среде базовой трансиверной станции BTS и мобильной станции MS по дуплексному (двухстороннему) каналу связи.

F rame - кадр (логический блок информации канального уровня), имеющий заголовок и "концевик", между которыми размещаются пользовательские данные, и которые используются для синхронизации и исправления ошибок. Для описания логических групп информации на разных уровнях эталонной модели - OSI - Open System Interconnection, или ВОС - взаимодействие открытых систем. Кроме термина "кадр" применяются термины: "ячейка" (cell), "дейтаграмма" (datagram), "сообщение" (message), "пакет" (packet), "сегмент" (segment) и др.

F rame Relay - стандартный протокол коммутируемой передачи данных канального уровня - эталонной модели взаимосвязи открытых систем (модели ISO), который управляет несколькими виртуальными каналами между подключенными устройствами с помощью HDLC-инкапсуляции. Этот протокол более эффективный, чем Х.25 и обычно рассматривается как его замена.

"G"

G MM - G lobal M ultimedia M obility - глобальная мультимедийная мобильность, в состав которой входит и система UMTS - универсальная мобильная телекоммуникационная система, разработанная институтом ETSI.

G MSC – G atewey M obile ( S ervice) S witching C enter ( MSC) – шлюз мобильного центра коммутации.

G PRS - G eneral P acket R adio S ervice - сервис пакетной радиосвязи, разработан и стандартизирован институтом ETSI (Europian Telecommunication Standards Institute - Европейский институт телекоммуникационных стандартов) сервис, который используется для пакетной передачи данных в GSM-сетях.

G PS - в США, ГЛОНАСС - в России - космические навигации (навигационные системы). Стандарты связи: 900,0/1800,0мГц.

357

G SM - G lobal S ystem for M obile – глобальная мобильная система связи. Стандарт цифровой сотовой связи разработан и внедрен ETSI (Europian Telecommunication Standards Institute - Европейский институт телекоммуникационных стандартов).Применяется в Европе и многих других странах мира. Использует три диапазона частот: 900,0мГц, 1800,0мГц и 1900,0мгц. - GSM 900 – цифровой стандарт GSM на частоте 900,0мГц, распространён в более чем 100 странах Европы. - GSM 1800 – цифровой стандарт GSM на частоте 1800,0мГц, известен также как DCS 1800 или PCN, используется в Европе, в Тихоокеанских странах Азии, Австралии, России. - GSM 1900 – цифровой стандарт GSM на частоте 1900,0мГц, известен также как PCS, используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки, Африки и Азии.

G SM BSS - GSM Basic Service Set - глобальная мобильная сеть с базисным набором служб.

G uard band - защитная полоса - не используемый диапозон полосы пропускания между двумя каналами связи, который обеспечивает разделение каналов во избежание взаимной интерференции (взаимного влияния, наложения частот и, как следствие, помех и шумов).

"H"

h andover - переключение - название получило переключение используемого канала в процессе установления соединения и обмена сообщениями в сетях сотовой связи.

H ands-free – устройство, которое позволяет пользоваться мобильным телефоном, не держа его в руках. Посредником здесь служат головные или автомобильные микротелефонные гарнитуры. Их можно также использовать для прослушивания радио или плеера, при этом мобильный телефон остается в режиме ожидания.

h ard - "железо" в локальных компьютерных сетях, ПК и т.д. (аппаратные средства).

h ard handoff - "жесткое переключение" (каналов связи) , при котором: сначала разрывается связь канала покидаемой ячейкой и только после этого устанавливается связь с другим каналом новой ячейкой. Жесткое переключение каналов - в сетях сотовой связи первого и второго поколений.

H DLC - H ing-Level D ata Link C ontrol - высокоуровневый протокол управления каналом - бит-ориентированный синхронный протокол канального уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС - модели ISO), основанный на протоколе SDLC.

358

HDTV - High Dfinition TeleVision — телевидение высокой четкости представляет собой набор стандартов цифрового телевидения, которые обеспечивают лучшее качество изображения по сравнению с существующими аналоговыми и цифровыми телевизионными стандартами. HDTV предполагает разрешение 1920х1080 точек на дюйм, тогда как в используемом российскими телекомпаниями стандарте вещания SECAM разрешение составляет 625 строк. При этом формируемое сейчас изображение имеет размер 720х576 точек на дюйм, что примерно в пять раз меньше, чем в формате телевидения высокой четкости. Высокому техническому качеству изображения HDTV соответствует и более совершенное качество звука – ширина спектра речевого сигнала -7,0кГц.

H LR - H ome L ocation R egister - регистр собственных абонентов в сетях сотовой связи.

H -SCSD – H igh- S peed C ircuit S witched D ata - высокоскоростная передача данных с коммутацией каналов. Стандарт, рассматривается специалистами как один из переходных этапов к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G, максимальная скорость передачи данных по этому стандарту 14,4мбит/с, практическая - до 3,0мбит/с. H-SCSD применяется на базе GSM-сетей. В основе H-SCSD лежит коммутация каналов, то этот протокол больше подходит для таких приложений, как видеоконференции и мультимедиа-приложения, чем для приложений коротких сообщений типа электронной почты, SMS, которые эффективнее передаются при помощи протокола пакетной коммутации. Так как сети GSM относятся к классу сетей с временным разделением каналов, то скорость обмена в HSCSD прямо пропорциональна количеству временных интервалов (слотов), отведённых для передачи данных. При использовании одного временного интервала обеспечивается скорость 14.4кбит/с, а при использовании 4-х слотов достигается максимальная скорость 57,6кбит/с. Сетевой модернизации применение технологии HSCSD на существующих сетях GSM не требует, только абонентского оборудования. На базовых станциях и узлах коммутации меняется только программное обеспечение. Сегодня выпущены мобильные станции (телефоны) с поддержкой этого протокола.

H SDPA - H igh- S peed D ownlink P acket A ccess - высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону - стандарт, один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения 4G. Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4мбит/с, максимальная скорость - около 3,0мбит/с.

H SUPA - "Highly (просто) Seductive (сногсшибательная) Ultra (ультра) Pace (скоростная) Technology (технология)".На самом деле HSUPA переводится: High-Speed (высокоскоростная) Uplink (спутниковая) Packet (пакетная) Access (связь) - первое определение звучит лучше. Компания Samsung представила новую технологию передачи информации. С её помощью скорость загрузки и скачивания больших объемов картинок, файлов, игр и проч. возрастет в 5 раз по сравнению с W-CDMA, что, безусловно, приведет к значительной экономии времени и повышению эффективности. Первый HSUPA телефон появился в 2007г.

359

H ot spots - оживленные места (хот-спот), многолюдные места (центры городов, торговли, бизнеса, культуры и т.д.).

H TML - H yper T ext M arkup L anguage - язык гипертекстовой разметки - простой язык гипертекстового форматирования, в котором используются тэги - tag - признаки, определяющие тип данных.

H TTP - H yper T ext T ransfer P rotocol - протокол передачи гипертекстовых файлов (текстовых, графических), используется Web-броузерами и Web-серверами. или: h ttp - H yper T ext T ransfer P rotocol - гипертекстовый протокол обмена данными.

h ub - концентратор 1. Устройство в центре локальной компьютерной сети с топологией "звезда". 2. Программное или аппаратное обеспечение, содержащие несколько соединенных между собой, но независимых модулей сети и маршрутизирующего оборудования. 3. Многопортовый повторитель Ethernet, который называют иногда концентратором или мультиплексором.

"I"

I MEI - I nternational M obile E quipment I dentity - международный идентификатор мобильного устройства (мобильной станции).

I MSI - I nternational M obile Subscriber I dentity - международный идентификационный номер (идентификатор) абонента (подписчика) в сетях сотовой связи или: I MSI - I nternational M obile S ystem I dentifier - международный идентификатор мобильной системы, который хранится в SIM-модуле, или SIM-карте мобильной станции MS и необходима для того, чтобы с помощью радио-интерфейса скрыть личность пользователя мобильной станции MS.

I MT-2000 - I nternational M obile T elecommunications - международные мобильные телекоммуникации (начало эксплуатации - 2000г.), эта система предложена европейским институтом ETSI и называется сегодня UMTS. UMTS - Universal Mobile Telecommunication System - универсальная мобильная телекоммуникационная система. Эта система не является полностью новой, а скорее является промежуточной между вторым поколением 2G системы GSM и третьим - 3G. Функционирует пять интерфейсов радиодоступа:

- IMT-DS (Direct Spread, W-CDMA / UTRA FDD); - IMT-MC (Multi Carrier, CDMA 2000); - IMT-TC (Time-Code, UTRA FDD / CDMA, CDMA 2000); - IMT-SC (Single Carrier, IS-136 - AMPS);

- IMT-FT (Frequency Time, DECT).

I P - I nternet P rotocol - протокол Интернет сетевого уровня из набора TCP/IP - для объединения сетей без подтверждения соединения.

360

I P - интеллектуальная периферия - устройство, обеспечивающее связь между АТС и Интеллектуально сетью (платформой) в голосовом режиме.

I Pv6 - IP версия 6 - шестая версия протокола IP - для широкополосного мобильного доступа в Интернет, используемого в сетях сотовой связи четвертого поколения 4G.

I rDA – инфракрасный порт - передатчик для беспроводного доступа на небольших расстояниях (до нескольких метров) между периферийными устройствами в режиме PTP=P2P - точка-точка: телефонами, компьютерами и другими. Сигнал строго направлен. Инфракрасный порт (ИК-порт) выглядит как маленькое окошко, используется, если есть необходимость передать данные с мобильного телефона или пульта дистанционного управления в телевизор, ПК, другие электробытовые приборы, приборы охранно-пожарной сигнализации, а также на другой мобильный телефон. Недостаток: передача данных на ПК при помощи инфракрасного порта займет несколько секунд.

I S - I nterim S tandard - временный стандарт, используется для сетей сотовой связи в Ассоциации телекоммуникационной промышленности TIA - Telecommunications Industry Association.

I SDN - I ntegrated S ervices D igital N etwork - цифровая сеть с интеграцией услуг (ЦСИУ - услуг = ЦСИО - обслуживания = ЦСИС - служб), протокол, используемый гибридными (с коммутацией каналов - для передачи речи, с коммутацией пакетов - для передачи данных) телекоммуникационными сетями, позволяет передавать по телефонным сетям речь, данные и др. информацию в цифровой и аналоговой форме.

I SDN + IN - I ntegrated S ervices D igital N etwork - (цифровая сеть с интеграцией услуг) + Intelegent Network (интеллектуальная сеть).

"J"

J AVA – многопоточный язык программирования, разработанный компанией Sun Microsystems. Основное преимущество языка JAVA заключается в том, что он независим от платформы, где запускается написанное на нём приложение. Виртуальный процессор для мобильных телефонов, разработанный фирмой Sun Microsystems, называется JAVA 2 Micro Edition (J2ME). Он рассчитан не только на мобильные телефоны, но и на карманные компьютеры, коммуникаторы и прочие портативные устройства. J2ME поддерживает воспроизведение потоковой мультимедиа-информации, протокол Bluetooth, работу с внешними устройствами (фотокамерами и аудиоплеерами) и многое другое. Некоторые телефоны поддерживают загрузку JAVA -приложений через WAP. Загрузка JAVA -приложений является практически основным занятием многих пользователей мобильными телефонами, а также одной из главных статей доходов Операторов сотовых сетей связи, "мобильные развлечения" становятся всё более технологичными и доходными. - MIDP 2.0 - Mobile Information Device Profile – новый стандарт JAVA, облегчающий работу с приложениями. Он представляет собой улучшенный пользовательский интерфейс. MIDP 2.0 содержит средства для

361

создания "интуитивных" пользовательских интерфейсов, которые позволят сделать программы более интерактивными и простыми. MIDP 2.0 поддерживает ведущие стандарты соединений и обмена информацией с серверами. Существенным образом доработана безопасность соединений: данные передаются в зашифрованном виде. В состав MIDP 2.0 входят средства для внедрения новых игр.

"L"

L A - L ocation A rea -зона местонахождения. Каждой зоне мостонахождения LA соответствует свой идентификатор LAI.

L APB - L ink A cces P rocedure B alanced - сбалансированная процедура доступа к каналу - бит-ориентированного протокола из стека протоколов Х.25, , ведущий свое начало от HDLC.

L AI - L ocation A rea I dentity - идентификатор зоны местонахождения.

L AN - L ocal A rea N etwork - локальные зоны сети (локальные сети - ЛВС). Высокоскоростные компьютерные сети, покрывающие относительно небольшую географическую зону (до нескольких километров). Локальные сети объединяют рабочие станции, периферийные устройства, терминалы и другие устройства, находящиеся в одном здании или на другой небольшой территории. LAN-стандарты определяют типы кабелей и сигналов на физическом и канальном уровне эталонной модели взаимосвязи открытых систем - ЭМ ВОС (модель OSI - Open System Interconnection - взаимодействие открытых систем). Например: сети Ethernet, TokenRing, FDDI.

L APD m - L ink A cces P rocedure - on the D chanel - сбалансированная процедура доступа к каналу D - сигнальному каналу 16,0кбит/с в цифровых сетях с интеграцией услуг - ISDN), который представляет собой модифицированную версию протокола LAPD, для цифровой сети с интеграцией услуг - ISDN.LAPDm - эволюция протокола LAPB.

L TE-сети - L ong T erm E voluton – долгосрочое развитие, или долговременное развитие – сети сотовой связи четвертого поколения (4G). Для работы LTE достаточно полосы 1,5мГц, а для развертывания технологии LTE/LTE Advanced могут задействоваться полосы частот в диапазоне от 450,0мГц до 4990,0мГц (это дает возможность операторам использовать уже имеющиеся у них частоты). LTE возможно уже сегодня. Но остаются препятствия: в мировом масштабе - это отсутствие терминалов, в российском масштабе - политика распределения спектра, когда частоты привязаны к технологиям.Министерство связи РФ рассматривает возможность применения идеологии "открытого спектра", т. е. отсутствия непосредственной связи частот с технологиями. Изучается вопрос о том, нужны ли специальные лицензии для предоставления услуг связи на основе технологии LTE.Мировой опыт показал, что услуги 3G не столь востребованы, как прогнозировалось, и инвесторы испытали разочарование. До сих пор никто не обосновал окупаемости сетей LTE. Полосы 1,5мГц хватит для обслуживания лишь

362

небольшого количества абонентов, а чтобы технология LTE заработала на полную мощность, обеспечивая скорость 100,0мбит/с и более, необходима непрерывная полоса 20,0мГц. Но частотного ресурса для этого нет. В диапазоне 800,0мГц, который предполагалось получить от внедрения кабельного цифрового телевидения, рассчитывать не приходится (стр. ˜279).

"M"

M AC - M edium A ccess C ontrol - управление доступом к среде в сетях сотовой связи.

M AN - M etropolitan A rea N etworks - географическая зона сети. Это - сети передачи данных, обслуживающие так называемую "зону метро" (десятки кв. км.), т.е. обслуживают густонаселенные регионы типа городов. Скорости передачи данных в региональных сетях - в соответствии с MAN-стандартом.

M BS - M obile B roadband S ystem - мобильная широкополосная система.

M IMO - M ultiple I nput M ultiple O utput - мультиплексор множественного ввода/вывода, с помощью которого можно добиться скорости передачи данных 3,5гбит/с.

M MS - M ultimedia M essage ( Messaging ) S ervice - сервис мультимедийных сообщений - это технология, благодаря которой появляется возможность передавать и принимать на мобильный телефон текст, графику, музыку и видео. ММS во многом напоминает SMS - Short Messaging Service, но в отличие от SMS обеспечивает обмен мультимедийными сообщениями. MMS - стандарт обмена сообщениями, разработан специально для беспроводных устройств. Недостаток сервиса: для передачи MMS-сообщения необходимо большее количество времени, то есть более долгий сеанс связи, чем при отправке SMS. В инструкции к мобильному телефону разработчик уведомляет о нецелесообразности посылать важную информацию в виде MMS-сообщений, так как из-за технических причин она может не дойти до адресата. MMS-сообщения дороже, чем SMS, они способны вмещать в себя до 1000 символов (в SMS - 160 символов).

M MSC - M ultimedia M essaging S ervice C enter - центр обработки мультимедиа-сообщений.

M PC - M ultimedia P ersonal C omputer - стандарт, обеспечивающий взаимодействие с Microsoft Windos. Для компьютеров Macintosh - стандарт - Quick Time (разработанный фирмой Apple).

M S - M obile S tation - мобильная станция.

M SC - M obile S witching C enter - центр мобильной коммутации - обслуживает несколько базовых трансиверных станций BTS одновременно с помощью проводной, а иногда и беспроводной связи (радиорелейной, спутниковой). Иногда этот центр называют MTSO - коммутатор (центр) мобильных телекоммуникаций.

363

M SISDN - M obile S tation I nternational ISDN N umber - международный номер мобильной станции цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) - структура номера определяется стандартом Е.164 МСЭ-Т - международного союза электросвязи, сектор телекоммуникаций, или другая аббревиатура: Mobile Subscriber ISDN Number - номер ISDN мобильного телефона. Этот стандарт используется в стационарных сетях ISDN.

M SMC - M obile S tation M ultislot C apability - количество каналов, с которыми одновременно может работать мобильная станция MS в сетях сотовой связи GPRS. M SRN - M obile S tation R oaming N umber - номер роуминга мобильной станции. Идеология назначения кода роуминга мобильной станции MSRN, аналогична динамическому присвоению адресов IP при коммутируемом доступе в Интернет через модем.

M TSO - M obile T elecommunications S witching O ffice - коммутатор (центр) мобильных телекоммуникаций

M ultimedia - метод предоставления информационных услуг с помощью компьютера и средств электросвязи для передачи информации (текст, речь, звук, графика, видео) в диалоговом режиме.Поскольку графика и особенно видеоинформация занимает большой объем дисковой памяти, даже минимальная конфигурация системы мультимедиа должна быть запущена с использованием дисководов CD-ROM. Продукция мультимедиа, которую приобретают пользователи, включая компакт-диски и программное обеспечение, должна иметь пометку MPC (или MPS-2), которая свидетельствует о том, что данный продукт соответствует стандартам.

"N"

N - ISDN - N arrowband ISDN - узкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг.

N MT 45 0 и NMT 900 - N ordic M obile T elephone - мобильный телефон северных стран, диапазоны 450,0мГц и 900,0мГц соответственно - используется в Скандинавии и во многих других странах, известен под названием: "скандинавский стандарт". Третий по распространенности среди аналоговых стандартов мира стандарт NMT 450 является одним из двух стандартов сотовой связи, принятых в России в качестве федеральных (второй - цифровой стандарт GSM 900). N - ISDN - N arrowband ISDN - узкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг.

N MT - N ordic M obile T elephone - североскандинавский мобильный телефон, стандарт аналоговых сетей сотовой связи, распространенный в скандинавских странах. Стандарт NMT450: действует в диапозоне 450мГц.

N ovell - компания-пионер в разработке программ для передачи цифровой информации между ПК.

364

N ovell Netwere - семейство первых операционных систем Unix.

"O"

O FDM - O rthogonal F requency D ivizion D plex - ортогональный дуплекс с частотным разделением (каналов), технология используется в сетях сотовой связи четвертого поколения 4G.

O MC - O peration and M eintenance Centre - центр оперативной эксплуатации в сетях сотовой связи. ОМС аналог другому понятию МСЭ-Т: TMN - сеть управления телекоммуникациями отвечает за управление и контроль всех объектов сети GSM через интерфейс "О" (для сетей передачи данных Х.25 - через сеть сигнализации ОКС 7, или SS7), управление безопасностью, ведение расчетов (биллинг), мониторинг информационного обмена и т.д.

O SI - O pen S istem I nterconnection - взаимодействие (взаимосвязь) открытых систем,- международная программа стандартизации, созданная ISO и ITU-T (МСЭ-Т) для разработки стандартов межсетевого обмена данными, способствующих функциональной совместимости оборудования (систем, линий связи) разных производителей.

"P"

P IN - P ersonal I dentification N umber – личный идентификационный номер (код) пользователя. Четыре цифры, позволяют защитить мобильный телефон от несанкционированного доступа. Код запрашивается при включении мобильного телефона. При неправильном введении кода более 3-х раз SIM-карта блокируется и для разблокирования понадобится PUK-код. PIN-код иногда требуется для некоторых операций в меню мобильного телефона. Запрос кода можно отменить, тогда ваш мобильный телефон будет доступен всем, но, с другой стороны, не надо будет беспокоиться о том, правильно ли ввели код и знаете ли свой PUK-код. Практика показывает, что если PIN-код владельцы мобильных всё-таки запоминают или записывают, то PUK-код обычно остаётся безнадежно потерянным в документах, оформленным при заключении договора. Включение телефона без запроса и ввода PIN-кода в среднем экономит 5-7 секунд времени. Вопрос безопасности остается личным делом пользователя.

Р С-карта - PC-card –устройство, которое позволяет соединять мобильный телефон с портативным компьютером. Предназначена для приёма и отправки факсимильных сообщений и цифровых файлов (например, e-mail).

P CS - P ersonal C ommunications S ervices - персональный сервис коммуникаций (персональные службы связи). Идея PCS: превратить сотовую сеть связи во всепроникающую телекоммуникационную технологию. Ячейки системы PCS мельче, мобильные станции легче и дешевле, чем в других системах сотовой связи, система позволит устанавливать соединение с абонентами любых сетей в любое время и из любой точки Земли.

365

P CN - P ersonal C ommunictions N etwork - персональные сети связи.

P DA - P ersonal D igital A ssistant - персональный цифровой помощник (карманный компьютер).

P DC - P ersonal D igital C ellular - буквально: "персональная цифровая сотовая связь" (США), диапозон частот 1900,0мГц.

P DN - P ablic D ata N etwork - открытая цифровая сеть (например, IP, X.25…).

Р ОН - P aith O ver H ead -маршрушрутный транспортный (трактовый) заголовок, преобразует контейнер С-12 в виртуальный контейнер VC-12.Виртуальные контейнеры формируются и расформировываются в точках окончания трактов (транспортных узлах).

P TP - P oint- t o- P oint (P2P) - двухточечный (точка-точка) способ установления соединения.

P TM - Point-To-Multipoint - точка-многоточие - широковещательный режим. Широковещательный режим РТМ в свою очередь подразделяется на два класса: - PTM-M (PTM-Multicast) - передача необходимой информации всем пользователям, находящимся в определенной географической зоне; - PTM-G (PTM-Group Call) - данные направляются определенной группе пользователей. Поддержка режима "многоточечной" передачи информации PTM реализуется во всех спецификациях GPRS.

P TP-CLNS - P oint- t o- P oint C onnection L ess N etwork - двухточечная сетевая служба без установления соединения.

P TP-CONS - P oint- t o- P oint C onnection O riented N etwork S ervice - двухточечная сетевая служба, ориентированная на установление соединения.

P repaid –предоплата услуг.

P UK - P ersonal U nblocking N umber – личный деблокирующий номер - цифровая комбинация из 8 цифр. Она требуется для разблокирования SIM-карты. При ошибочном введении PUK-кода более 10 раз блокируется телефон, и понадобится помощь сервис-центра. Подобно PIN-коду, PUK-код тоже может быть запрошен при совершении определённых операций с меню.

"Q"

Q AM - Q uadrature AM - квадратурная амплитудная модуляция. Квадратурная амплитудная модуляция QAM - более современная схема, позволяющая получить максимум из пропускной способности канала. QAM используется в стандартных модемах, обеспечивающих скорость передачи данных 9,6кбит/с.

366

Q PSK - Q uadrature PSK - квадратурная фазовая манипуляция (со сдвигом фазы), с помощью которой передается бóльший объем информации, или схема, в которой объединяются схемы фазовой и амплитудной модуляции.

Q WERTY - клавиатура, буквы и символы на которой расположены в том же порядке, что и на обычной компьютерной клавиатуре (смартфоны и коммуникаторы). У клавиатуры есть и достоинства, и недостатки. Достоинство: полное совпадение расположения клавиш. Недостаток: громоздкость по сравнению с обычной телефонной клавиатурой и маленький размер кнопок.

"R" R A - R ecciver A ddres - адрес получателя.

R ACH - R andom A ccess C hannel - канал случайного (произвольного) доступа.

R AND - Rand om number - случайное число.

R LC - R adio L ink C ontrol - радиоканал контроля.

"S"

S CP - S ervice C ontrol P oint – узел управления услугами - для обслуживания пользователей интеллектуальной сети связи.

S CEP - S ervice E nvirjnment P oint - узел создания услуг в интеллектуальной сети связи.

S DH - S nchronous D igital H ierarchy - синхронная цифровая иерархия с базовой скоростью 155,52мбит/с - STM-1 - синхронный транспортный модуль первого уровня со скоростью 155,52мбит/с). SDH - международный стандарт оптической сети.В SDH иерархии объединяются и разъединяются цифровые информационные потоки со скоростями передачи в синхронном режиме от 155,520 мбит/с и выше. Так как иерархия SDH предназначается для транспортирования на больших скоростях больших объемов цифровых потоков, для этого используются синхронные (по способу объединения цифровых потоков) транспортные модули STM (Synchronous Transport Module). Более высокие скорости сети SDH обозначается как STM-n, где n - значение кратное 155,520мбит/с.

S DLC - S ynchronous D ata L ink C ontrol - синхронное управление передачей данных. Это - бит-ориентированный протокол обмена данными на канальном уровне в дуплексном режиме, имеющий множество производных протоколов, таких как HDLC и LAPB.

S DM - S pace D ivision M ultiplexing - уплотнение с пространственным разделением (каналов).

367

S DSL - S inge-line D igital S ubscriber L ine - одиночный цифровой абонентский канал, один их четырех DSL-технологий, работает со скоростью 1,544мбит/с в обоих направлениях по одиночной витой медной паре, что ограничивает длину канала до 3048,8м.

S IM - S ubscriber I dentity M odule - модуль идентификации абонента (подписчика), получаемый при заключении договора с Оператором сети сотовой связи, без которого мобильные станции (телефоны, терминалы) работать не могут. SIM, или: "SIM-карта" используется в любой мобильной станции MS. SIM содержит идентификаторы пользователя, необходимые для доступа к сети и приёма вызовов. В SIM может храниться личная информация, например, записная книжка и полученные SMS-сообщения. SIM можно вставлять в разные мобильные телефоны. Но не все Операторы связи предоставляют такую возможность. Многие зарубежные компании продают мобильный телефон с SIM-картой, и уже никакая другая SIM-карта не подойдёт к нему.

S ite - узел (коммутационный). Группа тесно связанных конфигурационных данных. Может иметь имя физического хранилища (данных) или одного из сегментов системы.

S kyp е - бесплатная IP-телефония. В 2003г. запатентована цифровая система VoIP - Voice over IP - передача речевых пакетов по сети IP, разработана корпорацией Skype S.A., которая зарегистрирована в Люксембурге

S MS - S hort M essage S erice - служба коротких сообщений. SMS - мобильный сетевой сервис обмена сообщениями. Он позволяет посылать текстовые данные длиной - 160 знаков. В настоящее время все мобильные телефоны позволяют получать и отправлять SMS. Обычно Операторы связи устанавливают на это минимальную цену, поэтому многие пользователи предпочитают передавать SMS. Этот сервис необходим, особенно в таких ситуациях, когда разговаривать по телефону невозможно. При помощи SMS-сообщений стал возможным запрос баланса, участие в интерактивных играх. В SMS-сообщения можно вставлять шаблоны, маленькие картинки, короткие мелодии. Это было популярно ещё несколько лет назад. Конкурент - MMS, дающий гораздо больше возможностей.

S MP - S ervice M anagement P oint – узел административного управления услугами, обеспечивает биллинг, контроль и статистику услуг в интеллектуальной сети связи.

S oft - программное обеспечение (программа).

S oft handoff - "мягкое переключение", при котором, возможна ситуация когда одну мобильную станцию MS "ведут" сразу несколько базовых трансиверных станций BTS. Пользователь не замечает, что его "передали" другой базовой станции BTS. Чтобы это стало возможным, необходима синхронизация взаимодействующих базовых станций BTS.

S ONET - S ynchronous O ptical Net work - синхронная оптическая сеть с базовой скоростью 51,84мбит/с - STS-1 (синхронный транспортный сигнал 1-го уровня), а

368

также: STS-3c (синхронный транспортный сигнал третьего уровня) сети SONET со скоростью 155,52мбит/с. SONET - синхронная оптическая сеть - Северо-Американский стандарт оптической сети. В SONET для транспортировки цифровых потоков используются синхронные транспортные сигналы - STS - Synchronous Transport Signal. Более высокие скорости сети SONET обозначается как STS-n, где n - значение кратное 51,84мбит/с.

S RB - S ourse- R oute B ridging - мостовая маршрутизация от источника. В сетях SRB маршрут к приемнику определяется в режиме on-linе, но заранее, перед отправкой данных (метод предложен для сетей Token Ring компанией IBM).

S RES - S igned Res ponse -отмеченный отклик, генерируются центром аутентификации AuC.

S S - S upplementary S ervice - дополнительные службы.

S SP - S ervice S witching P oint – узел коммутации услуг для взаимодействия со службами интеллектуальной сети связи.

"T"

Т -9 – cистема "интуитивного" ввода текста, которая облегчает написание текстовых сообщений, разработана фирмой Tegic. Мобильные телефоны, оснащённые Т-9, в процессе набора текста "предугадывают" слово, что уменьшает количество нажатий на кнопку. Словарь, который является основой этого режима, способен подсказывать не только русские слова, но и слова на иностранных языках. Режим Т-9 пользуется популярностью. Но, имеет недостатки: от типа мобильного телефона зависят память и объём словаря. При написании текста на иностранном языке, словарь служит своеобразным помощником в орфографии. Ошибиться он не даст - при условии, что слова в память были внесены корректно.

T CH - T raffic Ch annel - канал информационного обмена (трафика).

T CP - T ransmision C ontrol P rotocol - протокол управления передачей, который ориентирован на соединения транспортного уровня и обеспечивает надежную дуплексную передачу данных.

T CP/IP - T ransmission C ontrol P rtocol / Internet P rtocol - протокол управления передачей / Интернет протокол - общее название протоколов, разработанных Минобороны США в 1970-е годы для систем пакетной передачи данных.

T elecommunications - телекоммуникации - термин, обозначающий связь по телефонной сети, если элементы телефонной сети оснащены компьютерными системами.

T DMA - T ime D ivision M ultiple A ccess - множественный доступ с временным разделением каналов. В сетях сотовой связи второго поколения 2G эта технология

369

используется, как правило, не самостоятельно, а в комбинации с другими технологиями: FDMA - множественный доступ с частотным разделением (каналов), SDMA - множественный доступ с пространственным разделением (каналов) или CDMA - множественный доступ с кодовым разделением (каналов). TDMA - позволяет подключать больше пользователей к одним и тем же передающим устройствам, работающим на одной и той же частоте. Каналы обслуживаются независимо от того, есть ли у станции данные для передачи.

T MN - Telecommunications Management Network - сети управления телекоммуникациями. Благодаря TMN можно управлять сетевыми элементами, которые расположены на расстоянии десятков, сотен и даже тысяч километров от центра управления.

T MSI - T emporary M obile S ubscriber I dentity - врéменная идентификация (идентификатор) мобильного абонента (подписчика).

T P - Twisted Pair - витая пара - это четыре пары проводов, из которых рабочей является одна пара, а три витые пары обеспечивают электромагнитную помехозащищенность. Все пары свиты и размещены в пластиковой трубке.

T oken - маркер. Кадр, содержащий управляющую информацию. Владение маркером дает сетевому устройству право не передачу данных по сети.

T oken passing - передача маркера - метод, с помощью которого сетевые устройства получают доступ к физической среде в порядке очереди, в зависимости от владения кадром-маркером. Этот метод противоположен методам коммутации каналов (circiut switching), и конкуренции (contention).

T oken Ring - кольцевая схема (локально-вычислительной сети - ЛВС) с передачей маркера, разработанная компанией IBM, работает со скоростью 4,0мбит/с или 16,0мбит/с.

T oken bus - маркерная шина - архитектура ЛВС с шинной топологией и доступом с передачей маркера (например: технология Ethernet, применяемая в ЛВС).

T ransmission - передача (в сетях электросвязи - передача данных, управляющих сигналов).

"U"

U MTS - U niversal M obile T elecommunication S ystem - универсальная мобильная телекоммуникационная система. Эта система не является полностью новой, а скорее является промежуточной между вторым поколением 2G системы GSM и третьим - 3G. Система UMTS входит в состав более широкой структуры, разработанной институтом ETSI, которая называется: GMM - Global Multimedia Mobility - глобальная мультимедийная мобильность.

370

U MTS( UTRA ) / W-CDMA - универсальная мобильная телекоммуникационная система (наземный радиодоступ UMTS) / широкополосная схема множественного доступа с кодовым разделением (каналов), позволяет Операторам сотовой связи предоставлять пользователям с помощью беспроводного доступа неограниченное число мультимедийных услуг, например, электронные открытки, просмотр видео, Web-страниц, доступ к корпоративным сетям и т.д.

U TC - U niversal T ime C oordinated - универсальное координированное время - часовой пояс на нулевом меридиане (ранее называлось Гринвичским средним временем - Greenwch Mean Time - GMT, или зулусским временем).Поправки T-GPS к Всемирному координированному времени UTC регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях.

U TRA - U MTS T errestrial R adio A ccess - наземный радиодоступ UMTS - эта система специально разработана для наземного радио доступа универсальной мобильной телекоммуникационной системы UMTS, поэтому в технической литературе эти системы объединяются под общим названием - UMTS.

"V"

Vendor (Вендор) - продавец товара; чаще используется для обозначения оптового продавца (и не обязятельно представитель). Если производитель продаёт сам, то он тоже вендор по отношению к покупателю, хотя одновременно и manufacturer, производитель.

V LR - V isitor L ocation R egister - регистр визитеров (гостей) в сетях сотовой связи.

V oIP - Vo ice over IP - передача речи по сети IP - с теми же функциями, надежностью и качеством, что и по телефонной сети, в цифровом виде с помощью DSP - устройства цифрового преобразования сигналов. DSP разбивает речевой сигнал на кадры (frame), которые объединяются в группы по два, сохраняются в виде речевых пакетов и передаются с использованием IP-протокола в соответствии со спецификацией Н.323 МСЭ-Т (ITU-T). В 2003г. запатентована цифровая система VoIP - Voice over IP - передача речевых пакетов по сети IP, разработана корпорацией Skype S.A., которая зарегистрирована в Люксембурге.

V P- V irtual P ath - виртуальный маршрут (набор виртуальных каналов) в сети АТМ.

V PN - V irtual P rivate N etwork - виртуальная частная сеть, например служба (одна из самых эффективных услуг) Интеллектуальной сети (платформы).

V PI - V ertual P ath I dentifier - идентификатор виртуального пути (следующего узла-приемника при передаче ячейки через последовательные АТМ-коммутаторы к месту назначения). VPI это - доменный адрес (8 разрядов) в заголовке АТМ-ячейки.

371

V SAT - V ery S mall A perture T erminal - спутниковый терминал с малой апертурой (диаметр, раскрыв антенны). Как правило, VSAT применяются совместно со спутниками на геостационарной орбите. VSAT при минимальной скорости (64,0кбит/с) обеспечивают одновременную передачу нескольких телефонных разговоров, обмен данными и факсимильными сообщениями, доступ в Интернет. До сих пор в России нет четкого определения этого понятия. По европейской терминологии под VSAT подразумевают станции спутниковой связи со следующими параметрами: - максимальная эффективная излучаемая мощность– 50,0Вт; - максимальная мощность передатчика – 2,0Вт; - размер антенны – 0,5м - 3,8м.

"W"

W AP - W ireless A pplication P rotocol - протокол беспроводных приложений -

- WAP - технология (стандарт) доступа к ресурсам Интернет посредством мобильного телефона. При этом пользователь не использует дополнительные устройства: компьютер или модем.

W AP - W ireless А ccess Р rotocol - протокол беспроводного доступа: -Язык написания Web-страниц для беспроводного доступа в Интернет. -Операционная система для мобильных телефонов с возможностью работы в Интернет. WAP - Wireless Application Protocol или Wireless Access Protocol – протокол беспроводного доступа, при помощи которого WAP-совместимые телефоны могут получать доступ в Интернет. WAP – это средство получения доступа к ресурсам Интернет с помощью мобильного телефона.

Пользователь не прибегает к помощи дополнительных устройств (компьютера или модема). WAP – это протокол, описывающий способ передачи информации из Интернет на дисплей мобильного телефона. Метод WAP отличается от привычных методов доступа в Интернет, которые обеспечивают обмен информацией и просмотр Web-сайтов (протоколы: HTTP, TCP/IP, VoIP). Если бы экран мобильного телефона мог отображать столько же информации, сколько дисплей компьютера, то не было бы WAP в виде, существующем в настоящее время. Но дисплеи мобильных телефонов, имеющие большое разрешение, не могут "вместить" обычные Web-страницы. Именно это и послужило причиной создания WAP- технологии.

W AN - W ide A rea N etwork - глобальная сеть передачи данных, которая обслуживает пользователей на большой географической территории (Area - зона, логический набор сетевых сегментов и присоединенных к ним устройств, обычно зоны соединены между собой с помощью маршрутизаторов и образуют единую автономную систему). Примеры современных глобальных сетей передачи данных: - SONET - синхронная оптическая сеть с базовой скоростью 51,84мбит/с - - SDH - синхронная цифровая иерархия с базовой скоростью 155,52мбит/с -

372

W i-Fi ( Wi reless Fi delit) - дословный перевод: "беспроводная преданность". Зоны Wi-Fi имеют масштабы покрытия с радиусом до 50км, бóльшие, чем у традиционных российских беспроводных сотовых сетей. Wi-Fi - это в основном локальные сети, разворачиваемые в hot-spots. W indows - стандартная операционная система для локальных компьютерных сетей.

W LAN - серия Протоколов для систем зон Wi-Fi.

W iMAX - W orldwide I nteroperability for M icroware A ccess - дословный перевод: "международное взаимодействие для микроволнового доступа". WiMAX - это некоммерческое объединение, созданное при активном участии Intel и еще около30 ведущих производителей телекоммуникационного оборудования, обеспечивающего полосу пропускания до 70,0мбит/с (стандарт WMAN) широкополосный доступ в сравнение с DSL. Не путать WiMAX и Wi-Fi: разработчиков и самого стандарта. Стандарт WMAN - не является заменой или аналогом стандарта Wi-Fi - он позиционируется как дополнение к стандарту 802.11 для решения проблемы беспроводного абонентского доступа ("последней мили") в городах.

W MAN - серия Протоколов для широкополосных систем зон WiMAX (стандарт).

W WW - W orld W ide W eb - "Всемирная паутина" - крупная сеть серверов Интернет, предоставляющая доступ к гипертекстовым документам и другим услугам терминалов, работающим с такими пользовательскими приложениями, как браузер (Browser - клиентское приложение с GUI - Graphical User Interface - графическим пользовательским интерфейсом, работающим на платформах: Microsoft Windows и Apple Macintosh и др.).

373

Функциональные схемы, диаграммы, графики, таблицы – названия и указание страницп /п Содержание Стр. 1 Структура отрасли "Связь РФ" 5 2 Структурв инспекционного контроля 11 3 Структура сертификации системы качества (ССК) 12 4 Функциональная схема внутризоновой связи 20 5 Система и план нумерации 21 6 Функциональная схема документальной телеграфной связи 22 7 Функциональная схема сети факсимильной связи 23 8 Функциональная схема системы "Видеотекс" 25 9 Функциональная схема службы "Голосовая почта" 26 10 Функциональная схема многофункционального терминала на базе ПК 27 11 Структура ВСС РФ 28 12 Архитектура ВСС РФ 29 13 Функциональная схема ВСС РФ 30 14 Функциональная схема иерархии первичных и вторичных сетей 32 15 Функциональная схема ЭМ ВОС 33 16 Функциональная схема взаимодействия TMN, СПД и ТфОП 36 17 Эволюция развития телекоммуникационных услуг 39 18 Шкала частот, сигналы электросвязи, спектры частот 40-42 19 Сетевые конфигурации и топологии аналоговых сетей электросвязи 46-50 20 Функциональная схема телекоммуникационной сети – общий вид 52 21 Иерархическая структура аналоговой телефонной сети 53 22 Функциональная схема системы коммутации аналоговой сети электросвязи 56 23 Нормы затухания полезного сигнала 56 24 Функциональная схема АТС ДШ 57 25 Функциональная схема АТС К 59 26 Таблица соответствия частот в АТС К 62 27 Функциональная схема абонентского доступа ТфОП 65 28 Группообразование с ЧРК 67 29 Таблица иерархий систем с ЧРК 68 30 Функциональная схема оборудования первичной группы с ЧРК 68 31 Функциональная схема оборудования вторичной группы с ЧРК 69 32 Графики АМ 71-72 33 Графики ЧМ, ФМ 73-75 34 Функциональная схема и графики демодуляции сигнала 77 35 Функциональные схемы многоканальной передачи 78-79 36 Графики: импульсные потоки 82 37 Графики: дискретизация непрерывного сигнала 84 38 Таблица: способы коммутации – КК, КС, КП 86 39 Функциональная схема: типовой формат пакетов 87 40 Сравнение способов коммутации КС и КП 87 41 Функциональная схема: дейтаграммный режим доставки сигнала с КП 89-90 42 Функциональная схема и графики АИМ 91 43 Функциональная схема АИМ 92 44 Функциональная схема: квантование АИМ сигнала 93 45 Функциональная схема: типовая характеристика компрессирования 94 46 Функциональная схема процесса ИКМ с компадированием 94 47 Функциональная схема декодера 95 48 Функциональная схема канального вокодера 96 49 Функциональная схема многоканальной системы с ВРК 99 50 Графики АИМ 100 51 Функциональная схема четырех 2-хразрядных цифровых потоков 102 52 Функциональная схема речевых цифровых сообщений 103 53 Схема мультиплексирования цифровых потоков с чередованием пакетов 103п/п Содержание Стр.

374

54 Функциональная схема выделения тактовых импульсов из цифрового потока

104

55 Функциональная схема каналов в системе ИКМ 30 106 56 Функциональная схема ВЗГ 110 57 Функциональная схема эталонной сети тактовой синхронизации 111 58 Функциональная схема регенерации цифровых сигналов 112 59 Диаграмма: восстанавление цифровых сигналов 114 60 Диаграмма: согласование скоростей цифровых потоков 116 61 Функциональная схема линейной сигнализации 118 62 Функциональная схема ОКС 7 119 63 Функциональная схема иерархии ИКМ 121 64 Пример: чередование битов 122 65 Пример: чередование байтов 122 66 Функциональная схема выделение цифрового потока 2,048мбит/с из потока

PDH 140,0мбит/123

67 Функциональная схема STM 1 системы SDH 124 68 Функциональная схема STS 1 системы SONET 125 69 Таблица сравнения характеристик SDH и SONET 126 70 Функциональная схема загрузки цифрового потока ИКМ 1920 в STM1 127 71 Функциональная схема объединения потоков в сети SDH 128 72 Функциональная схема многоуровневой транспортной сети SDH 130 73 Функциональная схема мультиплексора ADM в системе SDH 131 74 Функциональная схема кросс-коннектора SDH 132 75 Функциональная схема резервирования транспортных сетей 133 76 Функциональная схема системы АТМ 135 77 Структура МАП-элемента сети АТМ 136 78 Функциональная схема мультиплексирования асинхронных потоков 136 79 Таблица размещения МАП АТМ в STM 1 SDH 137 80 Функциональная схема взаимодействия сетей SDH и АТМ 137 81 Таблица: архитектура протоколов (ЭМ ВОС) АТМ-сетей 140 82 Функциональная схема и структура ЦСИО 142 83 Функциональная схема распределения каналов в Ш-ЦСИО 145 84 Функциональная схема абонентского доступа к ресурсм ЦСИО 146 85 Функциональная схема: архитектура протоколов (ЭМ ВОС) ЦСИО 147 86 Функциональная схема ИСС (IN) 150 87 Сетевая архитектура ИСС 151 88 Функциональная модель ИСС 155 89 Диаграммы и графики характеристик ИСС 156-

157 90 Диаграмма эволюции телекоммуникационных услуг 158 91 LAN – сетевые конфигурации 159 92 LAN – сетевые топологии 160-

161 93 Таблица: функции и стандарты LAN 164 94 Функциональная схема: архитектура протоколов (ЭМ ВОС) LAN 165-

166 95 Таблица: примеры сетевых ОС LAN 168 96 Функциональная схема: формат пакета в сети Token Ring LAN 170 97 Функциональная схема: структура LAN на повторителях 172 98 График: доля доходов от услуг IP-телефонии в общих доходах

телекоммуникационных компаний 173

99 Функциональные схемы: 4основных типа IP-сетей 174100 Функциональная схема: управление в IP-сетях 177101 Диаграмма: временные задержки в IP-сетях 179102 Таблица: диапозоны номеров в IP-сетях 181103 Функциональная схема: взаимодействие серверов DHCR и LDAP в IP-сетях 183104 График доходов от услуг IP-сетей 186п/п Содержание Стр.

375

105 Функциональная схема IP-телефонии 186106 Диаграмма: эволюция развития услуг IP-сетей 188107 Функциональная схема ADSL-модема 190108 Таблица: скорости передачи данных для разных соотношений сигнал/шум в

IP-сетях191

109 Функциональная схема доступа к IP-сети через ADSL 192110 Таблица: время и расстояние передачи файлов через модемы разных типов 193111 Функциональная схема доступа в IP-сеть через сеть кабельного ТВ 194112 Таблица: сравнение технологий абонентского доступа IP- и ТВ - сетей 198113 Таблица: структура спроса на услуги кабельного ТВ 199114 Таблица: параметры AMPS 203115 Функциональная схема: структура кадра нисходящего потока канала

управления ССС204

116 Функциональная схема: структура кадра исходящего потока канала управления ССС

204

117 Таблица: основные характеристики сетей 1G 205118 Функциональная схема: увеличение пропускной способности ССС 231119 Функциональная схема ССС 2G – общий вид 232120 Функциональная схема преобразования аналогово сигнала в цифровой 233121 Таблица: основные характеристики 2G ССС 234122 Функциональная схема: слот TDMA 234123 Функциональная схема: архитектура ССС на примере GSM (2G) 235124 Таблица: функции BTS в сетях GSM (2G) 236125 Функциональная схема: иерархия кадров в сетях GSM (2G) 238126 Функциональная схема: архитектура протоколов (ЭМ ВОС) ССС 242127 Функциональная схема: пример дуплекса с временным разделением

каналов в ССС245

128 Таблица: основные характеристики технологий SDMA, TDMA, FDMA, CDMA 246129 Таблица: основные сравнительные характеристики ССС 2G 248130 Функциональная схема: установление соединения от ТА ТфОП к MS ССС 251131 Функциональная схема: установление соединения от MS ССС к ТА ТфОП 252132 Таблица: задержки передачи сообщений в сетях GPRS 255133 Функциональная схема системы GPRS 256134 Функциональная схема системы UMTS 267135 Таблица: сравнительные характеристики систем W-CDMA и UTRA 272136 Таблица: услуги сетей 2,5G - 3,0G ССС 284137 Таблица: Эволюция и революция в развитии ССС 284138-145

Итоговые таблицы основных характеристик ССС 1G - 5G (всего 8 таблиц) 292-299

146-149

Функциональные схемы размещения спутников на околоземных орбитах 326-327

150 График развития услуг спутниковой связи 329151 Функциональная схема спутниковой связи (общий вид) 330152 Таблица: основные характеристики транкинговой связи 332153-154

Функциональные схемы пейджинговой связи 333-334

155 Функциональные схемы твейджинговой связи 335

376