Основы построения телекоммуникационных систем и сетей |
Глава 2. Принципы построения телекоммуникационных систем и сетей |
2.1. Сети электросвязи
2.1.1. Сети передачи индивидуальных сообщений
Для обеспечения обмена сообщениями между большим числом абонентов требуется создание
систем передачи сообщений с большим количеством каналов связи. Такие системы называют
сетями электросвязи или сетями передачи сообщений.
Всю совокупность сетей электросвязи можно разделить на
две группы: сети передачи индивидуальных сообщений и сети передачи массовых
сообщений. В свою очередь сети передачи индивидуальных сообщений классифицируются
на телефонные общего пользования, телеграфные, факсимильные, передачи данных,
сети связи с подвижными объектами.
К сетям передачи индивидуальных сообщений предъявляются определенные требования,
важнейшее из них заключается в том, что сеть должна обеспечить каждому абоненту
возможность в удобное для него время связаться с любым другим абонентом и
передать сообщение. Для выполнения этого требования сеть должна быть построена
по определенному принципу, одним из которых является «каждый с каждым».
![]() |
А – абонентский пункт сети; СЛ – соединительная линия; | А – абонентский пункт сети;
АЛ – абонентская линия; С – узловой пункт сети |
Рис. 2.1. Функциональная схема сети, построенной по принципу «каждый с каждым» | Рис. 2.2. Функциональная схема сети звездообразного типа |
Сеть, построенная по принципу «каждый с каждым» (рис.2.1), надежна, отличается оперативностью и высоким качеством передачи сообщений. Другой принцип построения сети для передачи индивидуальных сообщений, называемый радиальным, иллюстрируется рис.2.2. Сеть, построенная таким образом, называется также звездообразной. Такие сети имеют два вида пунктов: оконечные абонентские (А) и узловой (С), на котором устанавливается станция коммутации. Радиальный принцип построения сети, как и «каждый с каждым» используются при ограниченном числе оконечных пунктов, расположенных на небольшой территории. Телефонные сети крупных городов имеют несколько групп автоматических телефонных станций (АТС). Каждая группа станций обслуживает определенный узловой район города. В пределах узлового района все станции между собой связаны по принципу «каждый с каждым». Связь между абонентами разных узловых районов осуществляется через специальные узлы. Из рис.2.3 видно, что связь между узловыми районами проходит через узлы исходящих (УИС) и входящих (УВС) сообщений. Принцип построения сетей электросвязи с узловыми пунктами нескольких уровней называется радиально-узловым. В этом случае абоненты разных районов устанавливают связь между собой через несколько промежуточных станций. В цифровых телефонных сетях часто используется кольцевой принцип построения, при котором мультиплексоры ввода-вывода подключаются к оптоволоконному кольцу через интерфейсы (рис.2.4). При этом цифровые АТС подключаются к мультиплексорам непосредственно, а аналоговые АТС – через устройства сопряжения, преобразующие аналоговый сигнал в цифровой и обратно.
![]() |
Рис. 2.3. Функциональная схема телефонной сети с двумя узловыми районами
![]() |
1 – оптоволоконное кольцо; 2,3,4,5 – мультиплексоры
ввода-вывода; 6,7 – устройства сопряжения; 8,11 – цифровые АТС; 9,10 – АТС аналогового
типа
Рис. 2.4. Функциональная схема телефонной сети
кольцевого типа, использующей оптоволокно
Телеграфные сети строятся по радиально-узловому принципу с учетом административно-территориального
деления страны. Оконечными пунктами (А) телеграфной сети являются либо отделения связи, либо телеграфные абоненты,
располагающие телеграфной аппаратурой. Функции узловых пунктов выполняют телеграфные станции коммутации. Сеть
имеет узловые пункты трех уровней. Узловые пункты первого уровня (УП1) организуются в каждом административном
районе и поэтому называются районными. Все оконечные пункты А, расположенные на территории района, подключены с
помощью абонентских линий к УП1. Узлы второго уровня (УП2) организуются в областных центрах и
называются областными узлами. Все УП1 области имеют телеграфные каналы связи с УП2. Функции
узловых пунктов третьего уровня выполняют главные узлы сети (УП3), организуемые в регионах, охватывающих
несколько областей. Все УП2, находящиеся на территории региона, имеют каналы связи со своим УП3.
Главные узлы телеграфной сети соединены между собой каналами связи по принципу «каждый с каждым».
Принципы
построения телеграфных сетей иллюстрируются рисунками 2.5, 2.6, на которых представлены функциональные схемы телеграфных
сетей нескольких регионов и одного региона.
При таком принципе построения сети телеграфные сообщения проходят от одного до шести промежуточных узловых пунктов.
Сеть передачи данных имеет в целом такую же структуру построения, как и телеграфная.
Более высокие требования, предъявляемые к скорости и верности передачи данных,
вынуждают применять специальные методы передачи и более сложную аппаратуру
на оконечных и узловых пунктах.
![]() |
ГУ – главный узел; ТК – телеграфный канал
Рис. 2.5. Функциональная схема телеграфной сети, охватывающей
несколько регионов
Для передачи данных могут использоваться как
телефонная сеть общего пользования с добавлением модемов, так и специализированные
сети. Многообразие специализированных компьютерных сетей можно классифицировать
по следующей группе признаков: территориальной распространенности; ведомственной
принадлежности; скорости передачи информации; типу среды передачи.
По территориальной распространенности сети могут быть
локальными, региональными и глобальными. Локальные сети – это сети,
перекрывающие территорию не более десяти квадратных километров. Региональные –
это сети, расположенные на территории города или области. Глобальные – это
сети, расположенные на территории государства или групп государств, например,
всемирная сеть Internet.
По ведомственной принадлежности различают
ведомственные и государственные сети.
По скорости передачи информации
компьютерные сети делятся на: низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные
(до 100 Мбит/с) и высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с).
По типу среды передачи сети разделяются на
коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по
радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.п.
![]() |
РУ – районный узел; ОУ – областной узел; АЛ – абонентская линия; Т – телеграфная станция
Рис. 2.6. Функциональная схема телеграфной сети одного региона
Компьютеры, включаемые в компьютерные сети, выполняют функции либо серверов, либо рабочих станций. Серверы
– это достаточно мощные ЭВМ, предоставляющие свои ресурсы менее мощным машинам, выполняющим роль рабочих станций. В
качестве рабочих станций используются персональные компьютеры (ПК).
Структуры перечисленных сетей могут быть
разнообразными. В локальных сетях чаще используются регулярные структуры: шина, кольцо, звезда. Возможны комбинации
указанных структур. Для региональных и глобальных сетей более характерны иерархические структуры.
Сети подвижной
радиосвязи имеют либо сотовую структуру с повторным использованием частот, либо представляют собой спутниковую сеть,
содержащую достаточно большое количество низколетящих спутников связи и наземное беспроводное оборудование.
Факсимильные сети строятся на базе телефонной сети общего пользования.
Таким образом, сети, предназначенные для
передачи индивидуальных сообщений, строятся в основном по радиально-узловому принципу. Этот принцип обеспечивает
наименьшую стоимость создания сети и высокую эффективность использования сложных и дорогостоящих средств электросвязи.
2.1.2. Сети передачи массовых сообщений
Важнейшими сетями передачи массовых сообщений являются сети вещания. Вещанием называют передачу
различного рода сообщений широким слоям населения с помощью технических средств электросвязи. Вещание подразделяется
на звуковое и ТВ. По способу доведения сообщений до слушателей в звуковом вещании различают радиовещание и проводное вещание. В
радиовещании сообщения принимаются слушателями с помощью радиоприемного устройства, в проводном вещании – с помощью абонентского устройства, подключенного к
проводной линии. Аналогично в телевидении различают эфирное вещание (по радиоканалу) и передачу ТВ сигналов по кабельным сетям, спутниковое вещание, Интернет –
вещание.
Организация ТВ и звукового вещания в масштабе страны
сводится к решению двух крупных организационно-технических задач: формирование
вещательных программ; доведение этих программ до населения. Программы телевидения
готовятся на телецентрах, программы радио – в радиодомах. Для доведения сформированных программ до широкого круга территориально рассредоточенных
зрителей и слушателей созданы две общегосударственные сети электросвязи – сеть
ТВ вещания и сеть звукового вещания.
Структурная схема организации вещания приведена на рис.2.7.
Вещательная
сеть образуется совокупностью технических средств, используемых для передачи программ вещания по заданной территории. К
техническим средствам относятся: радиотелевизионные передающие станции (РТПС); радиопередающие станции (РПС); связные
искусственные спутники Земли (ИСЗ); приемопередающие спутниковые устройства; узлы проводного вещания (УПВ); каналы
передачи сигналов программ вещания к РТПС, РПС, УПВ; кабельные распределительные сети; глобальные станции систем
кабельного телевидения (СКТВ); индивидуальные приемные устройства.
Для примера функциональная схема организации
сети эфирного (наземного) телевизионного вещания представлена на рис.2.8.
Качественный прием телевизионных
программ ограничен расстоянием радиовидимости (прямой видимости) между приемной антенной абонента и передающей
антенной РТПС. Для типовых высот телебашен это расстояние не превышает 60…80 км.
Разветвленная сеть каналов обычно
создается в виде «дерева» - древовидная схема.
Аналогично телевидению построена сеть звукового
вещания, хотя прием сигналов радиопередающих станций не связан в такой степени
с расстоянием, как при телевизионном вещании, но все-таки каждая станция имеет
ограниченную зону обслуживания. Размеры зоны зависят от многих факторов. Важнейшими
из них являются мощность станции и диапазон используемых радиоволн. Радиус зоны
обслуживания может быть от нескольких десятков до нескольких сотен или даже
тысяч километров.
Особое место среди сетей передачи массовых сообщений
занимает сеть передачи ИГП по каналам связи из центральных издательств в пункты децентрализованного печатания газет.
ТЦ – телецентр; СТВ – сеть телевизионного вещания; РД – радиодом; СЗВ – сеть звукового вещания
Рис. 2.7. Схема организации вещания
![]() |
1 – телецентр; 2 – РТПС; 3 – узлы разветвления каналов; 4 – каналы связи; 5 – абонентские телевизионные приемники
(телевизоры)
Рис. 2.8. Функциональная схема организации эфирного телевизионного
вещания.
2.2. Принципы построения и структура взаимоувязанной сети связи РФ
В историческом плане все виды электросвязи длительный период развивались независимо друг от друга, в
результате чего сформировались несколько независимых сетей.
Возрастающие потребности в различных видах связи,
обеспечивающих нужды экономики нашей страны, непрерывно расширяющиеся
производственные и общественные взаимодействия людей ставят задачу постоянного
совершенствования сети связи.
Концепция Единой автоматизированной сети связи (ЕАСС)
предполагала создание общегосударственной сети на основе единой технической политики
на базе аналоговых и цифровых систем передачи. Под понятием «автоматизированная
сеть» подразумевается широкое использование автоматической коммутации,
управления и автоматизации процессов технической эксплуатации.
В настоящее время этот проект, отражая изменение
геополитической ситуации и новые технические достижения в области связи, носит
название взаимоувязанная сеть связи России.
Взаимоувязанная сеть связи (ВСС) – это совокупность
технически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и
других сетей электросвязи на территории России независимо от ведомственной принадлежности
и форм собственности, обеспеченная общим централизованным управлением. В состав
ВСС не входят выделенные, внутрипроизводственные и технические сети.
Основными требованиями к ВСС являются
надежность и экономичность. Надежность в такой сети достигается за счет взаимного
резервирования каналов связи в пределах единой структуры при наличии
соответствующей системы управления. Экономичность сети обеспечивается за счет
объединения разрозненных систем передачи на различных участках сети в единые
системы передачи.
Определенные технические средства ВСС участвуют в
процессе передачи не зависимо от видапередаваемых сообщений. Совокупность этих элементов образует первичную сеть
(ПС) ВСС.
Сеть связи первичная – совокупность типовых
физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов, образованная на
базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и
соединяющих их линий передачи. Часть сети, ограниченная территорией сельского
района или города, называется местной первичной сетью. Часть, охватывающая территорию
зоны и обеспечивающая соединение между собой каналов разных местных сетей
внутри этой зоны, образует внутризоновую первичную сеть. Часть сети, соединяющая
между собой каналы разных зоновых сетей на всей территории страны, составляет магистральную первичную сеть. Принцип
построения первичной сети ВСС показан на рис.2.9. В состав ПС входят сетевые узлы, сетевые
станции и линии передачи.
Узел сетевой – комплекс технических средств, обеспечивающий соединение
сетевых станций первичной сети, образование и перераспределение сетевых
трактов, типовых каналов передачи и типовых физических цепей, а также
представление их вторичным сетям и спецпотребителям
Станция сетевая – комплекс технических
средств, обеспечивающий образование и предоставление вторичным сетям типовых
физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов, а также их
транзит.
Для организации взаимодействия между магистральными
узлами и станциями строятся транспортные сети.
Сеть транспортная – часть первичной сети
связи, охватывающая магистральные узлы, междугородные станции, а также
соединяющие их каналы и узлы (национальные, международные).
Канал передачи – комплекс технических средств
и среды распространения, обеспечивающий передачу сигнала электросвязи в
определенной полосе частот или с определенной скоростью передачи между сетевыми
станциями, сетевыми узлами или между сетевой станцией и сетевым узлом, а также
между сетевой станцией или сетевым узлом и оконечным устройством первичной сети.
Каналы подразделяются на аналоговые, цифровые и смешанные (аналого-цифровые).
![]() |
Рис. 2.9. Принцип построения первичной сети ВСС
Канал передачи, параметры которого соответствуют
принятым нормам, называют типовым. Например, это каналы: тональной частоты с
полосой частот 300…3400 Гц или основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи
64кбит/с.
Канал передачи, групповые тракты организуются с помощью соответствующих систем передачи.
Система передачи – комплекс технических средств, обеспечивающих образование линейного тракта, типовых групповых
трактов и каналов передачи первичной сети. Системы передачи разделяют на аналоговые и цифровые, проводные (электрические
и оптические) и радиорелейные.
Групповой тракт – комплекс технических средств,
предназначенный для организации нормализованного числа каналов тональной частоты или ОЦК в полосе частот или со
скоростью передачи, соответствующей данному групповому тракту.
Групповой тракт, параметры и структура которого
соответствуют принятым нормам, называют типовым. Например, это первичный аналоговый тракт с полосой частот 60…108 кГц или
первичный цифровой тракт со скоростью передачи 2048 кбит/с.
Линейный тракт системы передачи – комплекс
технических средств, обеспечивающий передачу сигналов электросвязи в полосе частот или со скоростью, соответствующей
данной системе передачи. Линейный тракт может быть радиорелейным, кабельным (оптическим или электрическим), по типу
системы передачи – аналоговым или цифровым.
Структура ПС учитывает административное деление
страны. Территория страны поделена на зоны. Признак зоны – единая семизначная
нумерация. Как правило, зоны совпадают с территориями областей. В соответствии
с этим делением первичная сеть ПС состоит из отдельных частей (рис.2.9):
На базе первичной сети строятся вторичные сети связи (ВС).
Сеть связи вторичная –
совокупность линий и каналов вторичной сети, образованных на базе первичной сети, станций и узлов коммутации или
станций и узлов переключений, предназначенная для организации связи между двумя, или более, определёнными
точками. Границами вторичной сети являются стыки этой сети с абонентскими оконечными устройствами.
В состав ВС входят: оконечные абонентские устройства, абонентские линии (АЛ),
коммутационные устройства и каналы, выделенные из ПС для организации данной
ВС (рис.2.10).
В зависимости от вида электросвязи вторичная сеть ВСС
имеет название: телефонная, телеграфная, передача данных, факсимильная,
передачи газет, звукового вещания, телевизионного вещания.
В зависимости от принадлежности сети связи
подразделяются на:
Масштабы ВСС грандиозны, а функции – многообразны. Сам процесс передачи сообщений является многоэтапным,
происходит при постоянных изменениях величины и характера передаваемых потоков сообщений, а также изменении
технического состояния средств связи. В соответствии со структурой ВСС предусматривается создание системы управления
первичной сетью, а в каждой вторичной сети – системы управления вторичной сетью. В перспективе предусматривается создание
полностью автоматизированных систем управления ВСС на основе использования ЭВМ.
2.3. Основные тенденции развития телекоммуникационных систем
В последние годы связь развивается по пути цифровизации всех видов информации. Это стало главным
направлением, обеспечивающим экономичные методы не только передачи информации, но и её распределения, хранения и
обработки.
На смену аналоговым системам передачи и медным кабелям
приходят волоконно-оптические системы передачи с большими скоростями передачи.
Интенсивное развитие цифровых
систем передачи объясняется существенными достоинствами этих систем по сравнению с аналоговыми:
высокой помехоустойчивостью; слабой зависимостью качества передачи от длины линии
связи; стабильностью электрических параметров каналов связи; эффективностью использования
пропускной способности при передачи дискретных сообщений и так далее.
Вместе с тем, ужесточаются требования к
наборам, качеству и возможностям новых услуг связи. С конца 80-х – начала 90-х годов прошлого столетия стал более активным
рынок услуг связи, требующий все более новых услуг, причем в крайне сжатые сроки. Все это привело к тому, что
индустрия телекоммуникационных технологий в ближайшем будущем изменит свою ориентацию от производства способов и
средств предоставления соединений на предоставление услуг. Главным «инициатором» таких изменений
сегодня является концепция интеллектуальной сети – IN. Базой для предоставления интеллектуальных услуг являются цифровые сети с интеграцией служб.
Цифровая сеть с интеграцией служб ЦСИС (Integrated Services Digital Network, ISDN) – сеть с
интеграцией служб, обеспечивающая цифровые соединения между стыками «абонент –
сеть» при передаче любых сигналов. Они подразделяются на узкополосные (У-ЦСИС,
скорость передачи до 2 Мбит/с), и широкополосные Ш-ЦСИС (скорость передачи 2
Мбит/с и выше). Внедрение ЦСИС позволяет более
эффективно решать проблему «доставки» информации к высокоскоростным
магистралям, то есть совершенствовать сети доступа как проводные, так и
беспроводные.
Одним из важнейших факторов, влияющих на
«интеллектуализацию» сетей, является развитие систем связи с мобильными
абонентами, например, таких систем, как внедренная во многих европейских
странах цифровая система GSM (Global System Mobile) и перспективная универсальная система мобильной связи UMTS
(Universal Mobile Telecommunications System).
Первым важным моментом является появление услуг
модемной связи, используемой для передачи данных по аналоговой телефонной сети.
Ее основным недостатком является низкая скорость передачи. Далее возникла потребность
в тарификации объемов передаваемых данных. Такая услуга была предоставлена в
сетях пакетной коммутации. Затем, почти одновременно с ISDN (цифровая сеть
интегрального обслуживания), МСЭ разработал и стандартизовал цифровую систему
сигнализации по общему каналу SS7 (ОКС 7).
Система общеканальной сигнализации – система передачи межстанционной
сигнализации по специальному каналу сигнализации, общему для пучка каналов
коммутации (ОКС). Внедрение ОКС освобождает типовые каналы (например, канал
ТЧ, ОЦК) от передачи по ним узкополосных или низкоскоростных сигналов управления
и взаимодействия – СУВ (сигналы «готовности», «набора номера», «посылки вызова»
и др.), что повышает эффективность использования типовых каналов. Кроме того,
каналы ОКС могут быть организованы с более высоким качеством, большей надёжностью,
что позволяет повысить эффективность работы сети в целом. По каналам ОКС может
передаваться информация от систем управления (СУ) для управления элементами
сети и сетью связи в целом. Одной из таких СУ является сеть управления электросвязью.
Сеть управления электросвязью (TMN) – специальная сеть, обеспечивающая управление сетями электросвязи и их
услугами путём организации взаимосвязи с компонентами различных сетей электросвязи на
основе единых интерфейсов и протоколов, стандартизированных МСЭ.
Следующий принципиальный момент – это появление в 1992 году технологии асинхронного режима переноса информации
ATM (Asynchronous Transfer Mode), благодаря которому получили дальнейшее развитие
такие сетевые концепции, как B-ISDN (широкополосная ISDN) , UMTS, B-IN и некоторые другие. Инфраструктура
широкополосных коммуникаций делает возможным создание новых услуг, таких как
услуги универсальной подвижной связи и услуги мультимедиа на сетях связи.
В заключении можно сказать, что человечество движется
по пути создания Глобального информационного общества, основой которого станет
Глобальная информационная инфраструктура, составляющей которой будут мощные
транспортные сети связи и распределённые сети доступа, предоставляющие
информацию пользователям.
1. Назовите две группы сетей электросвязи.
2. Принципы построения сети для передачи индивидуальных сообщений. Особенности
построения, преимущества.
3. По какому принципу строятся телеграфные сети? Изобразите функциональные
схемы построения телеграфных сетей.
4. Как можно классифицировать компьютерные сети?
5. Понятие «вещательная сеть». Какие технические средства включает в себя вещательная сеть?
6. От чего зависят размеры зоны обслуживания станции звукового вещания?
7. Дайте определения понятиям «Взаимоувязанная сеть связи», «первичная сеть связи», «вторичная сеть
связи».
8. Требования к ВСС.
9. Состав первичной сети связи.
10. Классификация сетей связи.
11. Почему цифровые системы передачи вытесняют аналоговые? В чём их преимущества?
12. Охарактеризуйте основные тенденции развития телекоммуникационных систем.
назад | содержание | вперёд