Стандартизация в сетях связи

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Система электросвязи Российской Федерации, ее подсистемы и службы
1.1. Основные понятия и определения
1.2. Стандартизация в сетях связи
1.3. Структура ВСС РФ
1.4. Топология сетей связи
1.5. Сети передачи индивидуальных и массовых сообщений
1.6. Вторичные сети и их взаимодействие с первичными
Глава 2. Аналоговые телефонные сети
2.1. Классификация телефонных сетей
2.2. Городские телефонные сети
2.3. Сельские телефонные сети
Глава 3. Цифровые сети связи
3.1. Общие тенденции
3.2. Городские телефонные сети
3.2.1. Цифровизация ГТС
3.2.2.Перспективная нерайонированная ГТС
3.2.3. Перспективная районированная ГТС
3.2.4. Перспективная ГТС с транзитными станциями
3.3. Сельские телефонные сети
3.3.1. Особенности эволюции СТС
3.3.2. Сценарии цифровизации СТС
3.3.3. Применение радиотелефонных систем
3.3.4. Системы спутниковой связи на СТС
Глава 4. Цифровые сети интегрального обслуживания (ISDN)
4.1. Основные принципы построения ЦСИО
4.2. Перспективы развития узкополосной ЦСИО
4.3. Широкополосные сети
Глава 5. Сети абонентского доступа
5.1. Модели сети абонентского доступа
5.2. Основные термины абонентских сетей 5.3. xDSL – сети
5.4. Интеллектуальные сети
Глава 6. Сети радиосвязи
6.1. Системы подвижной и фиксированной радиосвязи
6.2. Радиорелейные сети связи
6.3. Спутниковые сети связи
6.4. Сети подвижной связи (сотовые сети)
6.5. Методы множественного доступа
6.5.1. Множественный доступ с частотным разделением каналов
6.5.2. Множественный доступ с временным разделением каналов
6.5.3. Множественный доступ с кодовым разделением каналов
Глава 7. Взаимодействие открытых систем (модель OSI)
7.1. Блоки взаимодействия
7.2. Семиуровневая модель открытых систем
7.3. Стандартные стеки коммуникационных протоколов
7.3.1. Стек OSI
7.3.2. Стек ТСР/IP
Глава 8. Моделирование сетей связи в системе «КРОСС-ПРО»
Литература

ГЛАВА 1. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, ЕЕ ПОДСИСТЕМЫ И СЛУЖБЫ

Основные понятия и определения

Современные телекоммуникационные системы и сети представляют сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния. Основу телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим кабелям и радиолиниям. На основе систем передачи строятся телекоммуникационная сеть страны, реализуемая в виде комплексов технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и частных сетей электросвязи на территории России, охваченного общим централизованным управлением и называемого Взаимоувязанной сетью связи Российской Федерации (ВСС РФ).

Взаимоувязанная сеть связи, как информационная транспортная среда, кроме сетей передачи привычных сообщений, позволяет создать:

цифровую сеть связи с интеграцией служб, обеспечивающую полностью цифровые соединения между оконечными устройствами (терминалами) для предоставления абонентам широкого спектра услуг по передачи телефонных и нетелефонных сообщений, доступ к которым осуществляется через ограниченный набор стандартизированных многофункциональных интерфейсов;

интеллектуальную сеть, которая предоставляет абонентам расширенный набор услуг в заданное время в заданном месте, например, установление телефонного соединения с оплатой за счет вызываемого абонента, вызов по кредитной карте, общение по сокращенному набору номера, телеголосование и др.;

сотовые мобильные сети связи, предоставляющие абоненту, находящемуся в движении, получить услуги связи в любом месте;

широкополосные цифровые сети с интеграцией услуг со скоростью обмена информацией свыше 140 Мбит/с;

высокоскоростные сети на основе транспортирования информации с помощью технологии асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode – ATM).

Т.о., в самом широком смысле сетью связи называется общая совокупность всех технических средств, которые обеспечивают передачу и распределение передаваемых сообщений.

Одним из основных в электросвязи может считаться термин " Первичная сеть ". Обычно под первичной сетью понимается совокупность сетевых узлов (СУ), сетевых станций и линий передачи, образующая сеть стандартных каналов передачи и стандартных групповых трактов.

Термину "Первичная сеть" чаще всего ставится в соответствие англоязычный термин " Transmission Network ", который можно дословно перевести как " Сеть передачи ".

Приведенное выше определение первичной сети содержит, в свою очередь, три новых понятия, которые необходимо конкретизировать.

Сетевой узел – это комплекс технических средств, обеспечивающий выполнение следующих функций:

- организация и транзит стандартных групповых трактов и стандартных каналов передачи;

- переключение (в процессе управления первичной сетью) этих трактов и каналов, принадлежащих различным линиям передачи;

- предоставление необходимого числа групповых трактов и каналов вторичным сетям.

Сетевая станция – это комплекс технических средств, обеспечивающий выполнение следующих функций:

- организация и транзит стандартных групповых трактов и стандартных каналов передачи;

- предоставление необходимого числа групповых трактов и каналов вторичным сетям;

- соединение между каналами или групповыми трактами первичных сетей, относящихся к различным уровням ее иерархии.

Линия передачи – совокупность физических цепей, линейных трактов аналоговых или цифровых систем передачи, имеющих общую среду распространения сигналов, линейные сооружения и устройства их технического обслуживания.

Для конкретизации ко всем определенным выше понятиям иногда добавляют прилагательные, определяющие уровень иерархии первичной сети (магистральная первичная сеть, внутризоновый сетевой узел и т.п) или тип направляющей системы (кабельная линия передачи, радиорелейная линия передачи и т.п.).

Терминам " Сетевой узел " и " Сетевая станция " соответствует, более всего, англоязычный термин " Network Node ". Понятие " Линия передачи " имеет несколько вариантов перевода, зависящих от способа ее реализации. Для группового тракта, например, наиболее точным будет термин " Group path ", а для канала тональной частоты (ТЧ) – " Voice-Frequency Channel ".

Под вторичной сетью обычно понимается совокупность коммутационных узлов и станций, оконечных абонентских установок и каналов, организованных на базе ресурсов первичной сети. В англоязычной технической литературе аналогичного термина не существует, но так как вторичные сети являются, как правило, коммутируемыми, то понятие " Switched Network " можно считать наиболее близким вариантом перевода термина " Вторичная сеть ".

Термин " Телефонная сеть " трактуется как вторичная сеть, предназначенная для передачи телефонных сообщений. Телефонная сеть общего пользования (ТФОП) имеет однозначный перевод – Public Switched Telephone Network (PSTN). В зависимости от уровня иерархии ВСС РФ различают международную, междугородную, внутризоновые и местные телефонные сети.

В качестве коммутационного оборудования на ТФОП используются телефонные станции и телефонные узлы. Телефонная станция – это коммутационная станция, обеспечивающая подключение абонентов к ТФОП. Телефонный узел – это коммутационный узел, предназначенный для установления транзитных соединений на ТФОП.

В технической литературе в словосочетаниях "телефонная станция", "телефонный узел" слово "телефонный" обычно опускают, но вводят дополнение, определяющее уровень иерархии (международный узел, междугородная станция и т.п.) или функциональное назначение (узел специальных служб, учрежденческо-производственная станция и т.п.).

Перечисленные понятия дают общее представление об используемых далее терминах. Ряд понятий и определений будет вводиться в последующем.

Стандартизация в сетях связи

Международный союз электросвязи (МСЭ). Необходимость разработки ряда национальных и международных стандартов в области электро- и радиосвязи стала очевидной достаточно давно. МСЭ, например, был создан более 100 лет назад. Его основная задача была сформулирована как разработка рекомендаций, обеспечивающих международные телекоммуникации.

Применительно к телефонии основные рекомендации разрабатывал Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ), являвшийся одним из специализированных комитетов МСЭ. Первая Всемирная конференция по стандартизации, состоявшаяся в марте 1993 года в Хельсинки, узаконила предложенную ранее новую структуру МСЭ. С 1 марта 1993 года упразднены три основные комитета МСЭ (МККТТ, Международный консультативный комитет по радио (МККР), Международный комитет по распределению частот (МКРЧ)), а их функции распределены между тремя секторами:

- стандартизации электросвязи;

- радиосвязи;

- развития электросвязи.

Функции, которые выполнял МККТТ, и часть работ, входивших ранее в компетенцию МККР, перешли в Сектор стандартизации электросвязи (ССЭ).

МККТТ был задуман как организация, занимающаяся изучением интерфейсов между национальными сетями телеграфной и телефонной связи, чтобы обеспечить оптимальный процесс установления соединений между абонентами разных стран. В самом начале развития электросвязи функции сопряжения между национальными сетями могли быть реализованы в международных коммутационных станциях. По мере модернизации сетей электросвязи и расширения их функциональных возможностей стандартизация охватила интерфейсы, реализуемые даже в терминальном оборудовании. Этот закономерный процесс эволюции системы электросвязи привел к существенному росту числа рекомендаций МККТТ.

Эти рекомендации разрабатывались восемнадцатью исследовательскими комиссиями (ИК), направление деятельности которых определяла и корректировала Пленарная ассамблея МККТТ, собиравшаяся один раз в четыре года. При организации ССЭ число ИК сократилось до пятнадцати, хотя круг рассматриваемых вопросов расширился за счет некоторых аспектов радиосвязи. С точки зрения принципов построения и развития местных телефонных сетей наиболее существенными можно считать рекомендации следующих комиссий ССЭ:

- ИК-2 "Общая эксплуатация сетей" (бывшая ИК-II МККТТ, имевшая такое же название);

- ИК-3 "Техническое обслуживание сетей" (бывшая ИК-IV МККТТ, имевшая такое же название);

- ИК-11 "Сигнализация и коммутация" (бывшая ИК-XI МККТТ, имевшая такое же название);

- ИК-13 "Основные аспекты сети" (бывшая ИК-XVIII МККТТ, называвшаяся "Цифровые сети, включая ЦСИО);

- ИК-15 "Системы и оборудование передачи" (бывшая ИК-XV МККТТ, имевшая такое же название).

В деятельности МККТТ было принято выделять четырехлетние исследовательские периоды. В течение каждого периода все ИК разрабатывали проекты рекомендаций, которые официально утверждались на Пленарной Ассамблее. Некоторые рекомендации нуждались в более оперативном одобрении МККТТ. В этом случае – с согласия Директора МККТТ – применялась так называемая процедура ускоренного одобрения рекомендации прямо на собрании той ИК, которая была ответственной за разработку данной рекомендации.

В зависимости от своего содержания рекомендация могла разрабатываться совместными усилиями нескольких ИК МККТТ и, даже, МККР. Организация таких совместных работ осуществляется созданием временных групп и посредством обмена документами. Эти принципы сохраняются и в ССЭ.

Собрания ИК проводятся обычно один-два раза в год. Все ИК делятся на рабочие группы, которые, в свою очередь, иногда разбиваются на рабочие подгруппы. По определенному кругу вопросов, изучение которых носит постоянный или долговременный характер, ИК назначает специальных докладчиков. Их функции заключаются в координации всех аспектов стандартизации порученного им вопроса. Специальные докладчики ведут работу как на собраниях ИК, так и по переписке со специалистами, заинтересованными в разработке соответствующего вопроса. Национальные администрации связи и организации, являющиеся официальными членами МККТТ (ССЭ), вносят свои предложения по разработке и уточнению рекомендаций в виде стандартизованных по форме документов, называемых вкладами. Вклады, поступающие в секретариат ССЭ до оговоренного заранее срока, печатаются и официально рассылаются всем членам ССЭ. Вкладам, полученным секретариатом позже установленного срока, присваивается статус "Задержанный вклад". Эти документы получают только участники собрания ИК.

В течение собрания ИК рабочие группы и специальные докладчики анализируют все полученные вклады. Результатами проведенной работы являются отчеты рабочих групп, утверждаемые на пленарном собрании ИК. В этих отчетах могут содержаться проекты новых рекомендаций, уточненные тексты разработанных ранее рекомендаций, документы, направляемые на согласование в другие ИК ССЭ.

Некоторые аспекты построения и развития сетей электросвязи, косвенно связанные со стандартизацией, практически невозможно или нецелесообразно излагать в виде рекомендаций МСЭ. Подобные вопросы исследуются в специальных группах, обозначаемых англоязычной аббревиатурой GAS. Отчеты этих групп, работающих теперь под эгидой сектора развития электросвязи, представляют значительный интерес для специалистов по системно-сетевым вопросам создания первичных и телефонных сетей.

Министерство связи России стало правопреемником Администрации связи СССР в МСЭ. Ряд российских специалистов избраны Председателями ИК и Специальными Докладчиками. От лица Министерства связи России поданы проекты ряда рекомендаций, которые утверждены в прошедшем исследовательском периоде (1989 – 1992 годы).

Европейский институт ETSI. В 1988 году в соответствии с так называемым "Зеленым Документом" (Green Paper) Комиссии Европейского Сообщества был основан Европейский институт по телекоммуникационным стандартам ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Целью создания ETSI (здесь и далее будет употребляться англоязычная аббревиатура, так как в отечественной литературе еще нет общепринятого названия этого института) считается ускорение процесса согласования технических характеристик, существенных для общеевропейских телекоммуникаций. Основная задача ETSI – разработка общих для Европы стандартов, гарантирующих совместимость национальных сетей связи и предоставляемых ими услуг.

Организационные, финансовые и правовые вопросы решает высший орган ETSI – Генеральная ассамблея.

Главные технические вопросы стандартизации решаются Технической ассамблеей ETSI. Разработка стандартов осуществляется двенадцатью техническими комитетами по следующим направлениям:

- современные методы тестирования;

- телекоммуникация для делового сектора;

- технические требования к оборудованию;

- специальная группа по связи с подвижными объектами;

- человеческие факторы;

- сетевые аспекты;

- системы поисковой связи;

- системы и оборудование радиосвязи различного назначения;

- наземные станции космической связи;

- коммутация и протоколы сигнализации;

- терминальное оборудование;

- передача и мультиплексирование.

Перечисленные двенадцать направлений охватывают очень широкий круг вопросов. Организация работы каждого из технических комитетов зависит от специфики исследуемого вопроса. Каждый технический комитет организует несколько технических групп (для вопросов, требующих постоянной работы), временных групп по конкретной задаче (для вопросов, возникающих периодически). Генеральная или техническая ассамблеи могут организовать специальный комитет для решения какой-либо новой, но четко сформулированной задачи.

Проекты стандартов, разработанные в рамках ETSI, рассылаются в определенные заранее национальные организации по стандартизации в области связи. Эти организации в течение семнадцати недель сообщают свое мнение по проекту стандарта в секретариат ETSI. Вся процедура согласования стандарта занимает, по крайней мере, сорок шесть недель; в особых случаях этот срок может быть сокращен. Специфическая процедура утверждения стандарта требует получения решений не менее, чем от половины упомянутых выше национальных организаций, а как минимум 71% полученных мнений должен быть положительным.

Телекоммуникационные стандарты – основной результат деятельности ETSI, но технические комитеты выпускают еще два вида документов:

- предварительные европейские стандарты связи (I-ETS);

- технические отчеты ETSI (ETR).

Предварительные стандарты содержат предварительный материал, публикация которого представляется ETSI целесообразной, хотя ряд аспектов рассматриваемой проблемы может требовать длительного изучения. Обычно предварительный стандарт выпускается сроком на три года. По истечении двух лет ETSI запрашивает у своих членов соображения о дальнейшей судьбе предварительного стандарта, который может быть доработан в обычный стандарт, заменен другим документом, отклонен совсем; возможен также вариант продления еще на два года статуса предварительного стандарта.

Технические отчеты ETSI содержат дополнительную информацию, которая, непосредственно, не является предметом стандартизации. Эти отчеты не проходят процедуру одобрения, принятую для стандартов ETSI. Решения о публикации такого рода документов принимаются на уровне Технического Комитета. Для специалистов по сетевым аспектам системы электросвязи эти документы, наравне с отчетами специальных групп GAS МСЭ, представляют большой практический интерес.

Аспекты стандартизации в России. Организацию работ по стандартизации основных элементов ВСС РФ можно условно разделить на два направления. Первое направление – разработка государственных стандартов, определяющих технические требования ко всему комплексу оборудования, используемому для построения ВСС. Эти стандарты имеют только косвенное отношение к принципам построения местных сетей и далее не рассматриваются.

Второе направление – разработка руководящих документов (РД) и руководящих технических материалов (РТМ), определяющих основные принципы создания и развития ВСС. Эти документы не имеют статуса государственного стандарта, что, кстати, соответствует общемировой практике. Утверждение такого рода документов производится национальной Администрацией связи, функции которой в России выполняет Министерство связи РФ.

Разработка РД по первичной и телефонной сетям выполняется специалистами научно-исследовательских институтов Министерства Связи. В силу исторически сложившегося распределения работ вопросы междугородной и международной связи относятся к компетенции Центрального научно-исследовательского института связи (ЦНИИС), а проблемы местной связи – к компетенции Ленинградского (Санкт- Петербургского) отраслевого научно-исследовательского института связи (ЛОНИИС).

Основополагающим документом по системно-сетевым вопросам электросвязи всегда считался РД по ЕАСС. К настоящему времени выпущено уже несколько редакций РД по ЕАСС. В нескольких томах этого РД изложены принципы построения ЕАСС на территории бывшего СССР, включая следующие, существенные с точки зрения содержания данной книги, аспекты:

- рекомендуемые структуры первичной сети на всех уровнях иерархии ЕАСС;

- рекомендуемые структуры вторичных (телефонной, телеграфной и т.п.) сетей на всех уровнях иерархии ЕАСС;

планы нумерации на вторичных сетях;

- системы управления первичной и вторичными сетями, принципы маршрутизации, используемые в ЕАСС;

- надежностные и качественные показатели функционирования первичной и вторичных сетей;

- рекомендуемое оборудование для всех уровней иерархии первичной и вторичных сетей ЕАСС;

- прогноз вероятной эволюции по всем перечисленным выше направлениям и т.п.

Составлению РД о ЕАСС обычно предшествовал ряд научно-исследовательских работ, в процессе проведения которых специалисты стремились найти оптимальные решения по развитию отдельных подсистем ЕАСС. Организация разработки РД по ЕАСС подразумевала, что на базе этого документа должны составляться несколько других РД, детализирующих принципы построения основных вторичных сетей. В части телефонии вслед за очередной редакцией томов по ЕАСС начиналась разработка РД по ОГСТфС – "Общегосударственная система автоматизированной телефонной связи".

РД по ОГСТфС содержит более детальное описание основных принципов создания и развития телефонной связи. Этот документ относится ко всем уровням иерархии национальной телефонной сети. Некоторые особенности связи в сельской местности не нашли отражения в этом документе, что привело, в свою очередь, к разработке отдельного РД "Основные положения системы сельской телефонной связи (СТС)". Этот документ весьма подробно освещает принципы построения структуры СТС, имеющиеся и рекомендуемые системы нумерации, используемые и перспективные системы телефонной сигнализации и т.п.

Первичная и телефонная сети в сельской местности имеют ряд специфических особенностей. Ресурсы СПС обычно используются для проводного вещания, телеграфной связи, организации арендованных линий, а функциональные возможности СТС – для построения внутрипроизводственных телефонных сетей (ВПТС), диспетчерских телефонных сетей (ДТС) и прочих атрибутов системы управления колхозов и совхозов. Эти причины послужили основанием для создания еще одного РД – "Принципы организации электросвязи в сельской местности".

С учетом того, что каждые пять лет необходимо вносить в текст всех РД некоторые уточнения, такое обилие документов, имеющих, фактически, статус отраслевых стандартов, требует больших затрат времени только на этапы их составления и согласования. Администрации связи развитых стран разрабатывают, как правило, единый документ, который с необходимой степенью детализации излагает существующие и прогнозируемые на 5 – 10 лет принципы построения системы электросвязи.

При разработке основных принципов построения национальной системы электросвязи целесообразно тщательно анализировать соответствующие международные рекомендации и стандарты. Можно перечислить несколько причин, подтверждающих справедливость этого утверждения:

- во-первых, только соблюдение упомянутых рекомендаций и стандартов обеспечит надежную и качественную международную связи, в которой нуждается любая страна, стремящаяся к интеграции в международное сообщество;

- во-вторых, эти рекомендации и стандарты представляют собой результаты работы международных исследовательских центров, какими являются, например, ССЭ и ETSI; не использовать созданный ими потенциал вряд ли разумно;

- в третьих, ни использование импортной, ни экспорт собственной техники невозможны без внесения соответствующих коррекций в аппаратно-программные средства оборудования электросвязи для согласования его основных характеристик и требований национальной сети.

Ряд системных решений по ЕАСС и ОГСТфС не соответствует рекомендациям МСЭ и общепринятым международным нормам. Характерным примером могут служить существующие национальные системы телефонной сигнализации, спецификации которых не соответствуют ни одной из стандартизованных МККТТ систем обмена управляющими и линейными сигналами.

При закупке импортной техники передачи и, особенно, коммутации поставщики оборудования адаптируют его аппаратно-программные средства по техническим условиям, согласованным с Министерством связи РФ. Стоимость работ по адаптации повышает цену на импортную технику связи. В условиях значительного импорта оборудования электросвязи это оборачивается существенными валютными потерями.

Дата добавления: 2015-09-03