Аналоговые коммутируемые линии

И телефонные аппараты

Коммутируемые линии (dial-up lines) являются наиболее распространенным внешним интерфейсом телефонной сети. Эти линии являются аналоговыми, по одной двухпроводной линии передаются сигналы в обоих направлениях (прием и передача). Коммутируемые линии обеспечивают прохождение сигнала (рече­вого или данных через модем) в полосе частот шириной 3,1 кГц (300-3400 Гц), а также поддерживают сигнализацию, принятую для аналоговой телефонии. Ком­мутируемые линии позволяют устанавливать временные соединения с любыми абонентами телефонной сети в пределах возможностей, предоставляемых АТС, к которой произведено подключение. В качестве соединителей при подключении абонента в нашей стране широко используются 4-контактные разъемы. Эти разъемы могут иметь размыкатели и дополнитель­ный конденсатор, используемые в некоторых специфических случаях примене­ния. Как правило, используется только одна пара контактов. На зарубежной аппаратуре широко используется RJ-11 – 6-позиционный модульный коннектор с четырьмя контактами, из которых используется только средняя пара.

Аналоговые выделенные линии

Выделенные, или арендуемые линии (leased lines) позволяют установить постоян­ное двухточечное соединение. Соединение устанавливается на этапе конфигури­рования линии ее владельцем (обычно телефонной компанией) по заказу арен­датора (в принципе, выделенные линии могут принадлежать и пользователю). В отличие от аналоговых коммутируемых, вариантов выделенных линий может быть несколько:

“Ненагруженные” линии, или физические линии, представляют собой цепочки физических пар проводов, соединяющих конечные узлы. Эти цепочки могут состоять из нескольких отрезков кабелей, проложенных меж­ду абонентами и коммутационными центрами, где они кроссируются (соединяются между собой). Организация ненагруженных линий требует наличия свободных пар проводов по всему тракту между конечными або­нентами. Полоса пропускания и затухание зависят от дальности связи (чем дальше, тем уже полоса и больше затухание) и качества физических линий (включая качество кроссировки).

“Нагруженные” линии представляют собой абонентские окончания (физически выделенные пары), между которыми может находиться активная ап­паратура уплотнения каналов, аналоговая или цифровая. Нагруженные линии обеспечивают стандартную полосу частот (3,1 кГц), но в зависимо­сти от типа (цифровая или аналоговая) аппаратуры уплотнения и дально­сти (при аналоговом уплотнении) будут вносить в той или иной мере спе­цифические искажения (неравномерность АЧХ, фазовый сдвиг, уровень эхо-сигналов). В принципе возможна аренда и широкополосного канала с полосой 48 кГц (60... 108 кГц), предназначенного для передачи 12 тональ­ных (по 3,1 кГц) каналов вместе с их сигнализацией, но ее используют редко (это наследие уходящей аналоговой телефонии с частотным уплот­нением). К широкополосным линиям подключают либо широкополосный модем, либо многоканальное телефонное оборудование (английское со­кращение РВХ —Private Branch eXchange).

Двухпроводные аналоговые окончания используют одну пару проводов для передачи в обе стороны. Для них задача разделения сигналов решается в абонентских устройствах.

Четырехроводные аналоговые окончания предоставляют две пары прово­дов для передачи во встречных направлениях. В случае нагруженных ли­ний разделение потоков выполняется на стороне АТС.

Для передачи данных по выделенным линиям используют специальные моде­мы, называемые также модемами для физических линий.

Иерархии цифровых каналов

Элементарный цифровой канал телефонной сети DS0 – дуплексный со скоро­стью 64 кбит/с в каждом направлении, обеспечивает передачу голосовых данных по G.711 (8 бит, 8 кГц). Для одновременной передачи потоков от нескольких ка­налов по одной цифровой линии связи применяют мультиплексирование с разде­лением во времени TDM (Time Division Multiplexing). При этом в мультиплек­сированной линии байты элементарных каналов последовательно чередуются (se­quential byte interleaving). Каналы DS0 по такой схеме мультиплексируются в каналы DS1, емкость которых различна для европейского (международного, который действует и в России) стандарта (Е1) и американского (Т1). Канал Е1 со скоростью передачи 2,048 Мбит/с состоит из 30 каналов DS0 и двух дополни­тельных каналов 64 кбит/с, несущих управляющую информацию.

Канал Т1 со скоростью 1,544 Мбит/с состоит из 24 каналов DS0. Информа­ция в каналах Е1/Т1 организована в виде кадров, непрерывно следующих друг за другом. В каждом кадре представлены байты от каждого элементарного канала, а также имеются служебные поля для синхронизации. Положение байт каждого элементарного канала в кадре канала DS1 строго, фиксировано. Группы кадров могут логически объединяться в более крупные образования (суперкадры). Фор­маты кадров и их логических объединений для стандартов Е1 и Т1 различны.

Для магистральных линий требуются средства мультиплексирования кана­лов DS1 в каналы большей емкости, для чего была разработана иерархия цифро­вых каналов. В Европе и Америке действуют различающиеся стандарты, в табли­це 10 приведено число голосовых каналов N (по 64 кбит/с) и суммарная скорость передачи данных.

Каналы Ех/Тх являются плезиохронными и образуют иерархии плезиохронных цифровых каналов PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Плезиохронностьозначает “почти синхронность”: станционная аппаратура разных узлов, объеди­няемых цифровыми каналами, синхронизируется от собственных генераторов. Их частоты номинально совпадают, но, естественно, имеют незначительные от­клонения друг от друга. Мультиплексору, собирающему потоки от нескольких входных каналов, требуются средства для согласования их скоростей. Для этих целей в битовые потоки каналов вводят выравнивающие биты (Justification bit), которые можно отбрасывать или добавлять, не искажая передаваемую информа­цию. Входные потоки поступают во входные буферы каждый со своей (номиналь­но одинаковой) скоростью, приемники извлекают синхросигнал из принимаемо­го потока (используется самосинхронизирующее кодирование). На мультиплек­сирование биты из буферов выбираются со скоростью собственного тактового генератора мультиплексора. Из входного потока с чуть большей скоростью пере­дач мультиплексор периодически будет выбрасывать J-биты, а к медленному входному потоку, наоборот, добавлять. Мультиплексирование, начиная с объе­динения каналов DS1 в DS2, выполняется с чередованием бит (bit interleaving). Мультиплексируемые каналы рассматриваются просто как битовые потоки с определенной скоростью. Выходные каналы организуют информацию в виде кадров, структура которых позволяет демультиплексорам разобрать канал на со­ставляющие потоки. Точное положение бит, относящихся к конкретному кана­лу в кадре более высокого канала, из-за непредсказуемой вставки или удаления J-бит неизвестно. Синхронными (друг относительно друга) являются только элементарные каналы (DS0) в пределах одного канала DS1. Сравнительно несложная (в поверхностном описании) система мультиплексирования PDH обо­рачивается сложностью выделения отдельных каналов из каналов высокого уровня. Сборка/разборка каналов на составляющие возможна только полная. Так, чтобы выделить один Е1 из канала Е4, нужно выполнить полное демуль­типлексирование: Е4 разобрать на четыре Е3, далее из одного Е3 извлечь Е2 и, наконец, требуемый Е1 извлечь из одного Е2 (и все остальное обратно собрать). Схема соединения аппаратуры, требуемая для данной операции, приведена на рис. 24. “Гора мультиплексоров” (перевернутая вниз головой) – весьма доро­гой комплект аппаратуры.

Рис. 24. Выделение одного канала Е1 в PDH

Более современные сети строятся по синхронному принципу, и в них исполь­зуются иерархии синхронных цифровых каналов. Синхронные каналы определены двумя родственными технологиями – SONET (Synchronous Optical NETwork— синхронная оптическая сеть), стандартизованная ANSI, и SDH (Synchronous Di­gital Hierarchy – синхронная цифровая иерархия), определенная спецификация­ми G.707-G.709. В технологии SONET оптические каналы обозначаются ОС-n (Optical Carter), электрические – STS-n, (Synchronous Transport Signal), n – кратность базовой скорости (51,84 Мбит/с). В SDH каналы обозначаются как STM-n (Synchronous Transport Module), но номер при одинаковой скорости пе­редачи в 3 раза меньше, чем в SONET, поскольку за базу принята скорость 155,52 Мбит/с (см. табл. 11). В SONET/SDH благодаря синхронности мульти­плексирование и демультиплексирование выполняется относительно просто – любой канал младшего уровня может быть выделен (drop) из любого старшего канала или введен в него (add), не затрагивая остальных каналов. Операцию сборки каналов из составляющих элементов выполняют синхронные мультиплексоры, которые являются и линейными окончаниями. Мультиплексоры имеют два набора портов: входные (извлекаемые и добавляемые каналы) и выходные (магистральные каналы). Выходные порти мультиплексоров (как правило, их два) могут использоваться либо как пара “основной—резервный”, либо одновременно. Возможны различные конфигурации соединений: двухточечные, линейные, кольцевые, звездообразные(мультиплексор используется как хаб). Преимущество SDH отчетливо видно на примере линейной конфигурации, изображенной на рис. 25 (это может быть и фрагмент кольца), где мультиплексор позволяет выделить любое (в пределах количества портов интерфейсов) требуемое число ка­налов (хоть 2-мегабитных) из проходящего через него канала любого уровня SDH. Мультиплексор, работающий в такой конфигурации, называют add-drop multiplexer (ADM). Полоса пропускания, выделяемая пользователю, подключен­ному к мультиплексору SDH, может выделяться динамически по его запросу (BOD – bandwidth on demand).

Рис. 25. Мультиплексор SDH в режиме add-drop

Сети SONET/SDH обеспечивают обратную совместимость с PDH и могут использоваться для транспортировки каналов DS-1, DS-3, DS-4. Они позволяют передавать трафик как телефонных сетей, так и сетей передачи данных. Упаковку (и распаковку) разнородного трафика (данные, голос, видео...) в виртуальные контейнеры подходящего формата, определенные в SONET/SDH, обеспечивают контроллеры доступа (access contrоller). В архитектуру синхронных сетей зало­жен широкий спектр функций мониторинга и управления сетью, поддержки из­быточных резервных связей. Оборудование хорошо стандартизовано. Станцион­ное оборудование гораздо компактнее и дешевле, чем для PDH.

Таблица 11

Иерархии синхронных цифровых каналов SONET/SDH

Применительно к цифровым каналам существуют понятия CSU (Channel Service Unit – устройство обслуживания канала) и DSU (Data Service Unit – устройство обслуживания данных). CSU выполняет физическое кодирование/ декодирование данных, выделяет синхросигнал из самосинхронизирующегося кода. DSU имеет внешний последовательный интерфейс типа RS-232C, RS-449, V.35, HSSI и т, п. В. функции DSU входит формирование кадров цифровых каналов и обеспечение синхронизации каналов, использующих TDM. Связка CSU/DSU напоминает модем, но понятие модуляции/демодуляции применимо лишь к аналоговым линиям и сигналам. Сетевое устройство со встроенным CSU/DSU может подключаться непосредственно к цифровому каналу.

Рекомендации G.703 (Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces) определяют физические и электрические характеристики интерфей­сов для каналов плезиохронной иерархии (европейских, американских и япон­ских), а также для STM-1 (G.703.12). Для каждого типа канала в G.703 имеется отдельный раздел (см. табл. 10), в котором определяется:

скорость передачи – номинальная и допустимые отклонения в миллион­ных долях от номинала (ррm – parts per million);

способ кодирования;

среда передачи – тип (коаксиальный кабель или витая пара), импеданс, допустимая длина;

характеристики импульсов – длительность и амплитуда (для коаксиаль­ного кабеля и витой пары различны).

G.703.1 для скорости 64 кбит/с определяет три варианта интерфейса с асим­метричной (два коаксиальных кабеля 75 Ом) и симметричной (2, 3 или 4 пары 120 Ом) передачи. Варианты различаются способом кодирования и передачи синхронизации:

Сонаправленная (co-directional), 4-проводная линия: одна пара для переда­чи данных и синхронизации в одном направлении, другая – в обратном. Исходный двоичный поток логически и физически кодируется самосинх­ронизирующим кодом.

Централизованная (central-directional), 6-8-проводная линия – две пары для передачи данных во встречных направлениях, одна или две пары – для централизованной синхронизации (общая пара для обоих направлений или раздельные пары). Биты исходного потока физически кодируются по AMI. Используется редко.

Противонаправленная (contra-directional), 8-проводная линия – для каж­дого направления используются две пары – для данных и для синхронизации. Источником синхронизации является канальная аппаратура (DCE), которая посылает синхронизацию к передающей аппаратуре (DTE). Коди­рование – по AMI.

Для коаксиального кабеля используются разъемы BNC, для витой пары RJ-45. В каналах Е1/Т1 используют сонаправленную синхронизацию, кабель – 2 коаксиальных или витая пара:

Т1 – амплитуда импульса 3 В, длительность импульса (битового интерва­ла) 647 нс, кодирование – AMI или B8ZS. Скорость – 1544 кбит/с ±50 ppm (0,005%).

E1 – амплитуда импульса 3 В (витая пара) или 2,37 В (коаксиальный ка­бель), длительность импульса (битового интервала) 488 нс, кодирова­ние – AMI или HDB3. Скорость – 2048 кбит/с ±50 ppm (0,005 %). :