Технологии коммутации. 06_Технологии коммутации. Основы технологий коммутацииколбанёв михаил олегович
 Скачать 3.22 Mb.
|
|
6) Качество и безопасность? Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 14 К ан ал ов С оо бщ ен ий П ак ет ов Технологии коммутации Внедрение той или иной технологии зависит от: - информационного объема передаваемых сообщений и - объема каналов связи, образованных при мультиплексировании. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ КОММУТАЦИИ 15 Следует различать три технологии коммутации, нашедшие применение на сетях связи: КОММУТАЦИЮ КАНАЛОВ , КОММУТАЦИЮ СООБЩЕНИЙ , КОММУТАЦИЮ ПАКЕТОВ Коммутация каналов предполагает закрепление за пользователями всех каналов связи, необходимых для установления соединения и информационного взаимодействия пользователей, на все время взаимодействия. КОММУТАЦИЯ КАНАЛОВ К ом м ут ац ия эл ек тр ич ес ки х це пе й К ом м ут ац ия вр ем ен ны х сл от ов Коммутация каналов В аналоговых сетях коммутация каналов реализуется в форме соединения электрических цепей для переноса энергии сигналов. В цифровых сетях – в форме переноса данных об энергии сигнала в дискретные моменты во временных слотах. Центры коммутации аналоговых сетей, соединяя физические цепи, создают составное соединение друг с другом и с пользователями. Такое соединение устанавливается и разрушается по инициативе пользователей и обеспечивает передачу данных В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Физическая цепь Центр коммутации цепей Центр коммутации цепей Ф из иче ск ая ц еп ь Ф из ич ес ка я ц еп ь Физическая цепь Центр коммутации цепей 16 Проще всего создать центр коммутации, соединяющий физические цепи Н АГЛЯДНЫЙ ПРИМЕР ТАКОГО ПОДХОДА ДАЮТ РУЧНЫЕ КОММУТАТОРЫ . РУЧНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ СТАНЦИИ Первая телефонная станция была построена в городе Нью-Хейвен (США) в 1878 году. Следующая телефонная станция появилась в Париже (1879 год), а в 1881 году в Москве, Петербурге, Одессе, Берлине, Риге и Варшаве. Благодаря этим станциям, первые проводные телефонные аппараты смогли соединится с друг другом и выполнять свою основную функцию – передавать человеческую речь на большие расстояния. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Абонентам предоставляется одна ус- луга – соединение для передачи го- лоса в интерактивном режиме. Медные линии соединяют термина- лы абонентов с гнездами многократ- ного поля коммутаторов. Телефонистки при помощи токопро- водящих шнуров со штепселями на концах соединяют гнезда разных абонентов для передачи сигналов электросвязи между их телефонны- ми аппаратами (колебаний электри- ческого тока, модулированного голосом пользователей). 17 Принципы коммутации каналов не изменяются при изменении технологии реализации. Проще всего понять эти принципы на примере ручных телефонных станций. Телефонистки создают электрические цепи между телефонными аппаратами пользователей. РУЧНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ СТАНЦИИ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 18 Всех желающих жителей СПб смогли обеспечить телефонами только к концу 1882 года. 1 июля 1882 года, на крыше дома № 26 по Невскому проспекту в СПб сфотографировались специалисты, запустившие первую телефонную станцию в Российской империи. Фото 1913 года РУЧНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ СТАНЦИИ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Работа телефонистки на ручной телефонной станции – это первый вид официальной (за жалование) службы, разрешенный женщинам в России специальным указом императора. 19 5 сентября 1881 года император Александр III утвердил указ об «Основных условиях устройства и эксплуатации городских телефонных сообщений в России». Работа телефонисток, или «телефонных барышень», хорошо оплачивалась. Жалование составляло 30 руб. в месяц. Чтобы получить работу на телефонной станции, девушке следовало иметь определенные характеристики: возраст до 25 лет, она не могла быть замужем, «дабы лишние думы и заботы не приводили к ошибкам при соединении», рост выше 165 см. Длина туловища в сидячем положении с вытя- нутыми руками вверх должна была быть не менее 128 см. РУЧНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ СТАНЦИИ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Как определить емкость многократного поля коммутатора, управляемого одной телефонисткой? Если многократное поле коммутатора 100 абонентских линий, то как организовать связь между двумя любыми абонентами из общего количества 1000 абонентов? 20 КОММУТАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 10 линейных коммутаторов доступа, 10 телефонисток, 1000 подключенных абонентов. 10*10=100 гнезд ( 100 абонентов ) 21 10*10=100 гнезд ( 100 абонентов ) 10*10=100 гнезд ( 100 абонентов ) 10 гнезд Если на втором уровне иерархии установить 1 коммутатор (1 телефонистка) для промежуточных соединений, то одновременно можно будет установить 10 соединений. Этого слишком мало для 1000 абонентов! 10*10=100 гнезд ( 100 абонентов ) ... ... ... Сколько линий связи, гнезд в многократном поле коммутаторов разного уровня и телефонисток требуется для качественного обслуживания 1000 абонентов? Сеть на базе ручных коммутаторов, как и любая иная сеть связи, имеет иерархическую архитектуру. 1-й коммутатор 10-й коммутатор На этом рисунке показано, что каждый КОММУТАТОР ДОСТУПА (к нему подключено 100 абонентов) соединен с КОММУТАТОРОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ одной линией связи. Этого достаточно для предоставления качественных услуг? Конечно мало! Распределение нагрузки Этот пример иллюстрирует комплекс проблем, возникающих при построении коммутационных схем. В современных сетях вопрос «Сколько линий и гнезд?» превращается в вопрос «Сколько каналов связи и какой должна быть скорость каналов?» для качественной передачи данных. РУЧНЫЕ ТЕЛЕФОННЫЕ СТАНЦИИ И СЕТИ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 22 Что изменится, если зеленый коммутатор (предыдущий слайд) заменить на два красных? И добавить коммутаторы на новом уровне сетевой иерархии? Сколько соединений одновременно тогда можно будет установить? Сколько телефонисток будет участвовать в одном соединении? 10 линейных коммутаторов, 10 телефонисток, 1000 подключенных абонентов. 10*10=100 гнезд 10*10=100 гнезд 10*10=100 гнезд 10*5 гнезд 10*10=100 гнезд Сколько требуется коммутаторов и гнезд? 10*5 гнезд 1 5 6 10 При проектировании коммутационных систем надо решить 2 вопроса: 1) сколько различных соединений надо устанавливать одновременно? 2) сколько времени уходит у телефонисток на установление одного соединения? … … … В этой коммутационной схеме пропускная способность заметно увеличилась. Для точного расчета требуемых параметров коммутационных соединений разработаны методы ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ 1 2 По две соединительные линии между коммутаторами РУЧНЫЕ КОММУТАТОРЫ (начало и середина ХХ века) Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 23 Полуавтоматика. Объединяет неоднородные сети. У коммутатора два поля – для внешних и внутренних подключений. 10*5 СОВРЕМЕННЫЙ ЦЕНТР ОБРАБОТКИ ВЫЗОВОВ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 24 Какие перемены произошли в XXI в. по сравнению с XIX? Только в технологиях, принципы не меняются! Как и раньше – куча проводов. Второй уровень сети. Уровень доступа (услуга «800»). ЛАМЕЛЬНЫЙ КОММУТАТОР – пример коммутационного прибора Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Такой коммутатор не используется в сетях связи, но хорошо иллюстрирует понятие « ТОЧКА КОММУТАЦИИ » в сетях с коммутацией каналов. В аналоговых центрах коммутации, как и в этом ламельном коммутаторе, каждая точка коммутации расположена в определенной точке пространства. Сколько точек коммутации содержат коммутаторы 12˟12, 100˟100, 1000˟1000? Сколько соединений одновременно можно установить при помощи одного такого коммутатора? В таком коммутаторе блокировка соединения возникает только в случае занятости выхода другим соединением. 25 СОЗДАНИЮ ПЕРВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СТАНЦИИ ПРЕДШЕСТВОВАЛО ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕЛЕФОНА Телефонный аппарат, изобрел Александр Грехам Белл (1876 – 1922). 14 февраля 1876 он подал в Бюро патентов США заявку на изобретенный им аппарат – телефон. Копия оригинального телефона А.Г.Белла 1877 года Звуковые колебания мембраны на передающей стороне индуцируют токи, которые передаются по проводам и вызывают колебания мембраны на приемной стороне. Принципиальное отличие от телеграфа – это транспортирование данных при помощи аналогового сигнала. Телефонный аппарат – это часть сети связи, которая принадлежит пользователю. Поэтому он всегда является и инженерным, и дизайнерским изделием. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 26 ТЕЛЕФОННЫЕ АППАРАТЫ БЕЗ НОМЕРОНАБИРАТЕЛЯ И ИНДУКТОРНЫМ ВЫЗОВОМ Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 27 Номеронабиратель не нужен, т.к. адрес (номер) адресата передается голосом телефонистке на ручной телефонной станции. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦЕНТРОВ КОММУТАЦИИ Сетевой центр коммутации реализует процессы коммутации и состоит из исполнительной и управляющей систем. Многократные поля коммутаторов, соединенные друг с другом Kanal связи Телефонистки, управляющие процессом установления соединений Kanal связи МОДЕЛЬ ЦЕНТРА КОММУТАЦИИ И сп ол ни т ел ьн ая си ст ем а У пр ав ля ю щ ая си ст ем а Почтовые отделения, почтамты, почтовые сортировочные узлы – это тоже центры коммутации, имеющие исполнительную и управляющую системы. Коммутация всегда включает этап сортировки по адресам. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Оборудование для сортировки почтовых отправлений Марш- руты дос- тавки Почтовые работники, обрабатывающие адреса почтовых отправлений Марш- руты дос- тавки МОДЕЛЬ ПОЧТОВОГО ЦЕНТРА Управляющая система – это человек, который принимает все решения по управлению соединениями, руководствуясь утвержденными правилами (алгоритмами). Он обрабатывает управляющую, адресную и другую информацию и реализует действия, в соответствии с которыми занимаются/освобождаются элементы исполнительной системы. Управля -ющая система Исполнитель- ная система Исполнительная система обеспечивает передачу электрических сигналов между пользователями; Как автоматизировать процесс сортировки? 28 Архитектура маршрутизатора Cisco CRS-1 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЦЕНТРОВ КОММУТАЦИИ Из тех же элементов состоит ручная телефонная станция 29 Линейные карты для подключения уплотненных линий связи Процессоры (управление) Многоуровневая матрица коммутации Слайды с 31 по 46 – факультативно. В тесты не входят. 30 АВТОМАТИЧЕСКИЕ ДЕКАДНО-ШАГОВЫЕ АТС (конец XIX века) Дисковый номеронабиратель импульсами тока передает адресную информацию от пользователя к центру коммутации. Шаговый искатель ШИ- 11 – это коммутационный прибор. Он соединяет одну входную электрическую цепь с одной из десяти выходных цепей. Принцип действия искателя Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Импульсы тока с контактов номеронабирателя поступают в обмотку этого электромагнита Входная электрическая цепь Выходные электрические цепи Электрическое соединение (точка коммутации) 31 Декадно-шаговый искатель типа ДШИ-100: 1 — трёхсекционное контактное поле для подключения трёхпроводных выходов; 2 — контакты вращения, переключающиеся при 11-м шаге вращения, замыкают цепь посылки сигнала занятости; 3 — контакты вращения, переключающиеся при 1-м шаге вращения, размыкают цепь питания электромагнита подъёма; 4 — токоподводящие пружины для подключения искателя к управляющему устройству; 5 — контакт электромагнита вращения, переключающийся при каждом срабатывании, обеспечивает свободное движение щёток; 6 — контакты подъёма, переключающиеся при 1-м шаге подъёма. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. ДЕКАДНО-ШАГОВЫЙ ИСКАТЕЛЬ (ИСКАТЕЛЬ СТРОУДЖЕРА) имеет 100 выходов 32 ПРИНЦИП СОЕДИНЕНИЯ АБОНЕНТОВ ПРИ ПОМОЩИ ИСКАТЕЛЕЙ Здесь изображена функциональная схема АТС на 100 номеров, из которой видно, что каждая абонентская линия включена в щетки искателя и, параллельно, в ламели контактного поля всех линейных искателей данной станции. Вследствие того, что каждая абонентская линия непосредственно соединена со своим (индивидуальным) искателем, для стономерной АТС потребуется сто достаточно сложных и дорогих искателей ДШИ-100, использование которых ограничено, так как из ста абонентов одновременно разговаривают не более 10—15 пар. Кроме того, емкость такой АТС ограничена емкостью контактного поля ДШИ-100 (не более 100 номеров). Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 33 ПРИНЦИП НЕПОСРЕДСТВЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ (конец XIX века) Искатель 1 Искатель i Искатель 10 Красным пунктиром выделены направления передачи информации управления Синим цветом выделены пути передачи информации абонентов устройство управления устройство управления устройство управления АЛ АЛ АЛ АК АК АК № 1 № i № 10 Вход Вход Вход Выходы Выходы Выходы Достоинства: -высокая надежность; -установление соединения одновременно с приемом адресной информации; -нет централизованных хранилищ данных – наивысшая информационная безопасность. Недостаток: низкое использование управляющих устройств. В декадно-шаговых системах каждый искатель оборудован своим собственным управляю- щим устройством. Управляю- щая (адресная) информация поступает в искатель непос- редственно с дисковых номеронабирателей абонентов. Элементная база: искатель, номеронабиратель. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 34 МАШИННЫЕ АТС Это часть АТС 231 московской городской телефонной сети, установленной в 1930 г. и демонтированной в 1998 г. АТС является мировым долгожителем среди коммутационных станций, и занесена в Книгу Рекордов Гиннеса. Проработала 68 лет! Компьютерная система сможет работать так долго? Коммутация происходит посредством искателей с общим приводом от одного источника вращения. Основной принцип: имеется пара шестеренок, одна из которых постоянно вращается, а на валу другой находится искатель. Если необходимо повернуть искатель, то с помощью электромагнитного привода шестеренки сцепляются, когда хватит поворачивать – электромагнит отпускает и шестерен- ки расцепляются. Особенность данного типа АТС: недекадная система нумерации внутри станции. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 35 ПРИНЦИП РЕГИСТРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ Искатель 1 Искатель N устройство управления устройство управления Блок регистров АК АК Наби- рае- мые цифры номера Пересчитан- ные цифры номера Машинные системы также построены на основе искате- лей, однако отличаются нали- чием общих управляющих уст- ройств - «регистров». Они предназначены для прие- ма номера вызываемого або- нента, хранения, переработки и передачи этого номера в уп- равляющие устройства искате- лей. Достоинства: повысилось использование обо- рудования, принимающего номер; возможен не только декадный, но и произвольный принцип пост- роения коммутационного поля искателей. Недостаток: при занятости всех регистров воз- никают блокировки. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 36 КООРДИНАТНЫЕ АТС Многократный координатный соединитель – коммутационный прибор 20 ˟ 10. 20 входов (вертикалей) и 10 выходов (горизонталей). Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 37 Многократный координатный соединитель – коммутационный прибор 10 ˟ 10. 10 входов (вертикалей) и 10 выходов (горизонталей). Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 38 ОБОРУДОВАНИЕ АТСК: АВТОЗАЛ И КРОСС Кросс – это система для соединения станционных и линейных кабелей. Автозал – это помещение, в котором располагается коммутационное оборудование. Типовое здание АТСК (СПб, Ленинский пр., 106) Светлые плашки на переднем плане – это подклю- ченные абоненты с ADSL, темные на заднем плане – с обычным телефоном. Здесь маркированы сотни тысяч проводов. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. 39 Соединительных линий в направлениях к другим узлам коммутации много меньше абонентских линий. ДВУХЗВЕННЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ БЛОК Коммутатор на n входов и k выходов содержал бы n*k точек коммутации. Например, если n=k=100, то 10000 точек коммутации. Двухзвенный блок на n входов и k выходов содержит n*m*r + s*k*m/f точек коммутации. Например, если n=m=k=s=10, а f=1, то 2000 точек коммутации, т.е. в 5 раз меньше. n — число входов в коммутатор звена A; r — число коммутаторов звена A; m — число выходов коммутатора звена A; s — число выходов коммутатора звена B; k — число выходов из коммутатора звена B; f — число промежуточных линий, которые соединяют пару коммутаторов звеньев A и В (связность). Внутренняя блокировка – это такое состояние коммутационного блока, когда выход, затребован- ный определенным входом, свободен, но соединение невозможно из-за занятости промежуточных линий, соединяющих соответствующие коммутаторы. Колбанёв М.О. Технологии коммутации. Коммутаторы строятся на коммутационных приборах 40 |