СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
Цифровые сети с интегральным обслуживанием – ЦСИО (Integrated Services Digital Networks – ISDN) – цифровая сеть, построенная на базе телефонной сети связи, в которой могут передаваться сообщения разных видов – данные, а также оцифрованные видеоизображения и речь. Обычная телефонная связь ориентирована на передачу голоса и позволяет модемам обмениваться данными со скоростью не выше 56 кбит/с. ISDN разработана специально для того, чтобы обойти ограничение по скорости передачи данных, но сохранить совместимость с существующими телефонными сетями. Сеть ISDN совместима "сверху вниз" с телефонными сетями: можно позвонить с обычного телефона на номер ISDN и в обратном направлении в режиме "голосовая связь", а передача данных со скоростью 64 кбит/с и выше возможна только между двумя терминалами ISDN. Существенная особенность ISDN – это многоканальность, т.е. возможность передавать данные и речь одновременно. Поскольку в интерфейсе ISDN предусмотрен служебный канал, режим передачи может быть изменен без разрыва соединения. ISDN по сравнению с обычной модемной связью обеспечивает: • более высокую скорость передачи данных; • более высокую надежность; • принципиально иное качество взаимодействия между абонентами. Преимущества сетей ISDN: 1) сокращение времени установления соединений за счет использования выделенного канала сигнализации и передачи по нему сигналов управления и взаимодействия (занятие линии, набор номера, ответ, разъединение и т.д.) в цифровом виде; 2) универсальность использования линий – возможность осуществлять по одним и тем же линиям как телефонные переговоры, так и передачу данных; 3) сопряжение служб – возможность организации телетекста, телекса или телефакса с соответствующим устройством в любой точке земного шара. ISDN одновременно предоставляет различные виды связи: • телефонную; • модемную; • по выделенному каналу связи. ISDN целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо периодически (но не постоянно) передавать средние и большие объемы данных на любые расстояния с высокой скоростью и надежностью. Реализация ISDN осуществляется в соответствии с рекомендациями ITU-T серии I. Раздел 2. Средства телекоммуникаций 155 Абонентское оборудование и интерфейсы ISDN показаны на рис.2.67, где: ТЕ1 – терминальное оборудование ISDN; ТЕ2 – несовместимое с ISDN терминальное оборудование; ТА – терминальный адаптер; NT1 – сетевое окончание уровня 1 (подача питания к абонентской установке, обеспечение ТО линии и контроля рабочих характеристик, синхронизация, мультиплексирование на 1-м (физическом) уровне, разрешение конфликтов доступа); представляет собой обычно настенную коробку; NT2 – сетевое окончание уровня 2 (функции 2-го и 3-го уровней: мультиплексирование, коммутация и концентрация, а также функции ТО и некоторые функции 1-го уровня); в качестве функционального блока NT2 могут выступать УАТС, локальная сеть или терминальный адаптер; (функции NT1 и NT2 могут объединяться в едином физическом оборудовании, обозначаемом просто NT); LT – линейное окончание; ЕТ – станционное окончание. R, S, T, U, V – интерфейсы ISDN, в частности R-интерфейс связывает несовместимое с ISDN оборудование TЕ2 с ТА. В отличие от традиционных телефонных сетей управляющая информация передаётся по специальным каналам, не загружая каналы передачи данных. В ISDN различают два типа канала: • канал B – для передачи голоса и данных с пропускной способностью 64 кбит/с; • канал D – служебный (сигнальный) канал передачи управляющей информации. Один канал типа D обслуживает 2 или 30 B-каналов и обеспечивает возможность быстрой генерации и сброса вызовов, а также передачу информации о поступающих вызовах, в том числе о номере обращающегося к сети абонента. Стандарты определяют 3 интерфейса доступа к ISDN (типа ISDN): 1) базовый – BRI; ТЕ2 ТА ТЕ2 ТЕ1 ТА ТЕ1 NT 2 NT 1 R S R T LT U EТ V Цифровая 2-х проводная АЛ ISDN 192 кбит/с АТ С 2.67 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 156 2) первичный – PRI; 3) широкополосный – B-ISDN. Интерфейс BRI (Basic Rate Interface) – стандартный (базовый) интерфейс, обозначаемый как (2B+D). Это означает, что для передачи данных используется 2 канала B со скоростью передачи 64 кбит/с по каждому каналу и 1 служебный (сигнальный) канал D со скоростью передачи 16 кбит/с. Таким образом, пропускная способность интерфейса BRI равна: 2*64 кбит/с+1*16 кбит/с = 144 кбит/с. BRI предназначен для подключения телефонной аппаратуры (телефонов, факсов, автоответчиков и т.п.) и компьютеров к ISDN. Интерфейс PRI (Primary Rate Interface) объединяет несколько BRI и соединяется с узлом. В зависимости от конкретных местных стандартов он включает в себя 23 B-канала (США и Япония) или 30 B-каналов (Европа), поддерживая интегральные скорости передачи данных 1,544 Мбит/с и 2,048 Мбит/с соответственно. B-ISDN (Broadband ISDN) обеспечивает высокие скорости передачи (155 Мбит/с и 622 Мбит/с), что позволяет реализовать передачу видеоданных. 2.6. 5. Технологии xDSL xDSL (Digital Subscriber Line)– технологии передачи цифровых данных по телефонным каналам связи, обеспечивающие гораздо более высокие скорости передачи по обычным медным проводам, чем традиционная модемная связь и ISDN. Высокие скорости достигаются за счет использования ряда технических решений, в частности эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений на линии. xDSL объединяет различные технологии (рис.2.68), которым в аббревиатуре xDSL соответствуют разные значения символа «х». Эти технологии различаются в основном по используемому способу модуляции и скорости передачи данных. HDSL (High-data-rate DSL) – высокоскоростная цифровая абонентская линия, обеспечивающая симметричную дуплексную передачу Технологии xDSL HDSL (High-data-rate DSL) С=2,048 Мбит/с SDSL (Single-line DSL) RADSL (Rate-Adaptive DSL) VDSL (Very-high-data-rate DSL) С = до 52 Мбит/с ADSL (Asymmetrical DSL) С 1 = до 3,5 Мбит/с С 2 =до 24 Мбит/с 2.68 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 157 данных по двум телефонным парам со скоростями до 2,048 Мбит/с в каждом направлении на расстояние до 4,5 км. SDSL (Symmetrical DSL) – однопарная версия HDSL, обеспечивающая симметричную дуплексную передачу цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с по одной паре телефонного кабеля. ADSL (Asymmetrical DSL) – асимметричная цифровая абонентская линия, позволяющая по одной паре телефонного кабеля передавать данные от пользователя в сеть на скоростях от 16 кбит/с до 3,5 Мбит/с и в обратном направлении из сети к пользователю со скоростями до 24 Мбит/с на максимальное расстояние до 5,5 км. RADSL (Rate-Adaptive ADSL) – ADSL с адаптируемой скоростью, учитывающей характеристики конкретной линии (длина, соотношение сигнал-шум и т.п.), за счет чего достигается максимальная пропускная способность в реальных условиях. VDSL (Very-high-data-rate DSL) – сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия, имеющая по сравнению с ADSL значительно более высокие скорости передачи данных: до 56 Мбит/с в направлении от сети к пользователю и до 11 Мбит/с от пользователя к сети при работе в асимметричном режиме и при работе в симметричном режиме – примерно 26 Мбит/с в каждом направлении при максимальном расстоянии до 1,3 км. Наиболее распространённой технологией является ADSL, основные принципы организации которой рассматриваются ниже. Увеличение скорости передачи данных в ADSL обусловлено предоставлением пользователю большей полосы пропускания абонентской линии, чем при традиционной телефонной связи: 1 МГц вместо 3100 Гц. Это достигается за счёт исключения на пути передачи данных фильтров, ограничивающих полосу телефонного канала в интервале от 300 Гц до 3400 Гц. В пределах полосы в 1 МГц формируется 3 частотных диапазона для передачи трёх потоков данных (рис.2.69): • телефонных (голосовых) в диапазоне частот от 300 Гц до 4 кГц; • компьютерных от пользователя в сеть в диапазоне частот от 4 кГц до 200 кГц; • от сети к пользователю в диапазоне частот от 200 кГц до 1 МГц. 4 кГц 200 кГц 1 МГц f A 2.69 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 158 Таким образом, для передачи цифровых данных формируются два асимметричных частотных каналов: • высокоскоростной (до 24 Мбит/с) нисходящий канал передачи данных из сети в компьютер пользователя; • низкоскоростной (от 16 кбит/с до 3,5 Мбит/с) восходящий канал передачи данных из компьютера в сеть. Третий канал предназначен для передачи телефонных разговоров. Асимметричность каналов для передачи компьютерных данных обусловлена тем, что традиционно объём передаваемых данных от пользователя в сеть гораздо меньше объёма данных, передаваемых в обратном направлении. Отметим, что при необходимости можно изменять границы частотных диапазонов для перераспределения скоростей передачи данных в исходящем и восходящем каналах. На рис.2.70 представлена схема организации ADSL. Оборудование пользователя (телефон и компьютер на схеме) подключается к точке доступа – распределителю Р 1 , выделяющему определённую полосу частот для передачи голосовых сигналов от аналогового телефона и данных от компьютера. Компьютер подключается к распределителю через АDSL-модем (М), осуществляющего модуляцию, то есть преобразование сигнала из цифрового вида в аналоговый. На другом конце к распределителю Р 2 , отделяющему потоки компьютерных данных от голосовых сигналов, подключены телефонный коммутатор (ТфКм), обеспечивающий доступ в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), и мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM – DSL Access Multiplexer), который преобразует сигнал из аналогового вида в цифровой вид (демодуляция) и направляет его к маршрутизатору, обеспечивающему доступ в Интернет. Количество N АDSL-модемов М 1 ,…,М N , входящих в состав DSLAM, определяет количество пользователей, которые могут быть подключены к DSLAM. Высокие скорости передачи данных и сравнительно невысокая стоимость абонентской платы для пользователей делают технологии xDSL наиболее перспективными для организации доступа в Интернет, полностью вытесняющими традиционную модемную связь и ISDN. М Р 1 Р 2 ТфКм ТфОП DSLAM Интернет 2.70 1 N Мш М 1 … М N Раздел 2. Средства телекоммуникаций 159 E F G А D C B E F G А D C B E F G А D C B E F G А D C B 2.72 2.6.6. Мобильная телефонная связь Мобильная телефонная связь относится к средствам беспроводной связи и может быть двух типов: • домашние радиотелефоны; • мобильные сотовые телефоны. Радиотелефоны обеспечивают ограниченную мобильность в пределах одного или нескольких рядом расположенных помещений и состоят из базовой станции и одной или нескольких переносных трубок. Значительно большую, практически неограниченную, мобильность обеспечивает мобильная сотовая связь, которая в настоящее время позволяет передавать, кроме голоса, цифровые данные и даже видео. 2.6.6.1. Принципы организации сотовой связи Основной принцип сотовой связи заключается в разделении всей зоны охвата телефонной связью на ячейки, называемые сотами. В центре каждой соты находится базовая станция (БС), поддерживающая связь с мобильными абонентами (сотовыми телефонами), находящимися в зоне её охвата. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и специальных вышках. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг (рис.2.71,а), диаметр которого не превышает 10-20 км. Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть (рис.2.71,б), которая для простоты обычно изображается в виде множества шестиугольных сот (рис.2.71,в). Каждая сота работает на своих частотах, не пересекающихся с соседними (рис.2.72). Все соты одного размера и объединены в группы по 7 сот. Каждая из букв (A, B, C, D, E, F, G) соответствует определённому диапазону частот, используемому в пределах одной соты. Соты с одинаковыми диапазонами частот разделены сотами, работающими на других частотах. Небольшие размеры сот обеспе- чивают ряд преимуществ по сравнению с традиционной наземной беспроводной связью, а именно: • большое количество пользователей, которые одновременно могут работать в сети в разных частотных диапазонах (в БС а) б) в) 2.71 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 160 MSC БС БС БС БС ТфОП БС БС 2.75 Базовая станция (БС) 2.74 разных сотах); • небольшая мощность приемно-передающего оборудования, обусловленная небольшим размером сот (выходная мощность телефонных трубок составляет десятые доли ватт); • меньшая стоимость устройств сотовой связи как маломощных устройств. Если в какой-то соте количество пользователей оказывается слишком большим, то она может быть разбита на соты меньшего размера, называемые микросотами, как это показано на рис.2.73. Базовая станция, в общем случае, содержит приёмопередатчик (ПП), поддерживающий связь с мобильными телефонами, и компьютер, реализующий протоколы беспроводной мобильной связи (рис.2.74). В небольших сетях все базовые станции соединены с коммутатором MSC (Mobile Switching Center – мобильный коммутационный центр) и имеют выход в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), обеспечивающий связь мобильных телефонов со стационарными (рис.2.75). В больших сетях коммутаторы 1-го уровня (MSC) соединяются с коммутатором 2-го уровня (рис.2.76) и т.д., при этом все MSC имеют выход в ТфОП напрямую, либо через коммутатор более высокого уровня (см.рис.2.76). Связанные таким образом базовые станции и коммутаторы образуют сеть сотовой связи, административно подчиняющиеся одному оператору, предоставляющему услуги мобильной связи. Базовые станции совместно с коммутационным оборудованием реализуют функции по определению текущего местоположения подвижных пользователей и обеспечивают непрерывность связи при перемещении пользователей из зоны действия одной БС в зону действия другой БС. При включении сотовый телефон ищет сигнал базовой станции и посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и БС поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь служебными данными. При выходе телефона из зоны действия БС (или 2.73 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 161 ослаблении радиосигнала) устанавливается связь с другой БС. Для этого базовая станция, фиксирующая ослабление сигнала, опрашивает все окружающие БС с целью выявить станцию, которая принимает наиболее мощный сигнал от мобильного телефона. Затем БС передаёт управление данным телефоном базовой станции той соты, в которую переместился мобильный телефон. После этого, телефону посылается информация о переходе в новую соту и предлагается переключиться на новую частоту, которая используется в этой соте. Этот процесс называется передачей и длится доли секунды. Сотовые сети разных операторов соединяются друг с другом, а также со стационарной ТфОП, что позволяет абонентам разных операторов связываться друг с другом, а также делать звонки с мобильных телефонов на стационарные и, наоборот, со стационарных на мобильные телефоны. Используя возможности роуминга, абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора. 2.6.6.2. Поколения мобильной сотовой связи Различают 4 поколения мобильной сотовой связи, обозначаемые как 1G, 2G, 3G, 4G. В то же время, между 2G и 3G, 3G и 4G выделяют промежуточные поколения, получившие обозначения 2.5G и 3.5G соответственно. Эти поколения можно разбить на две группы (рис.2.77): • аналоговая связь (1G); • цифровая связь (все остальные, начиная с 2G, различающиеся прежде всего предоставляемыми возможностями по передаче цифровых данных, а также скоростями передачи). Рассмотрим кратко каждое из поколений. 2.6.6.3. Поколение 1G Первые сети мобильной сотовой связи поколения 1G появились в начале 80-х годов прошлого века и представляли собой аналоговые ТфОП MSC ур.2 2.76 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 162 беспроводные сети, основной и, фактически, единственной функцией которых была передача речи со скоростями, не превышавшими 9,6 кбит/с. Наиболее известными стандартами сотовой связи первого поколения являются AMPS и NMT. Стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone System), разработанный в США, использует частотное уплотнение, формируя 832 дуплексных канала, каждый из которых состоит из двух симплексных каналов шириной по 30 кГц, в диапазоне частот от 824 до 894 МГц. Радиус действия одной базовой станции от 10 до 20 км. Стандарт NMT (Nordic Mobile Telephone system), разработанный пятью скандинавскими странами (Данией, Финляндией, Исландией, Норвегией и Швецией), предписывает работу в диапазоне частот 453- 458 МГц (NMT-450), используя до 180 каналов связи по 25 кГц каждый. Радиус действия базовой станции в зависимости от нагрузки достигает 5- 25 км. Модернизированная версия NMT-900, работающая на частоте 900 МГц, позволила уменьшить размеры телефонных аппаратов, а также добавить несколько новых сервисов. В начале 90-х годов на смену аналоговой сотовой связи пришла цифровая связь, которая в настоящее время полностью её вытеснила. Основной недостаток аналоговой беспроводной связи – отсутствие защиты от несанкционированного перехвата разговора. |