Тема 3.4 Глобальные связи на основе сетей с коммутацией каналов Аналоговые телефонные сети

Основную часть сетей электросвязи составляет телефонная сеть. Телефонная связь позволяет объединить процессы автоматизации средств связи с процессами самообслуживания клиентов, поскольку вызывающий абонент, набирая номер вызываемого абонента, не нуждается в обслуживании персоналом связи. Важно и то, что телефон обеспечивает живой диалог людей.

Телефонные каналы связи используют для выхода в Интернет большинство индивидуальных пользователей ПК. Эти каналы предназначены для передачи аудиоинформации в дуплексном режиме, когда информация передается одновременно в обоих направлениях

Устройство

Первые телефонные сети были аналоговыми, так как в них абонентское устройство - телефонный аппарат - преобразовывало звуковые колебания, являющиеся аналоговыми сигналами, в колебания электрического тока. Сегодня в телефонных сетях все чаще применяется передача голоса в цифровой форме путем мультиплексирования пользовательских каналов по времени.

Т ипичная структура аналоговой телефонной сети представлена ниже на рис.

Структура аналоговой телефонной сети

Отличительной особенностью телефонной сети является обязательная процедура предварительного установления соединения между абонентскими устройствами. Эта процедура носит название протокола сигнализации.

Общая схема такова, сначала телефон вызывающего абонента передает в сеть сообщение, в котором указывается факт вызова и то, каким образом пересылается номер вызываемого абонента (этап 1 на рис.). Сообщение вызова представляет собой последовательность замыканий и размыканий электрической цепи, каждая цифра передается соответствующим числом последовательных импульсов размыкания-замыкания частотой 10 или 20 Гц. После приема такого условного "сообщения" от телефонного аппарата первая АТС маршрутизирует его дальше (этапы 2,3,4,). Выбрав нужный выходной порт, первая АТС передает на него сообщение вызова, которое в результате попадает на следующую АТС, повторяющую процедуру его обработки и передающую его следующей АТС. В сообщения сигнализации, передаваемые между АТС, может вставляться дополнительная информация, необходимая для работы сети или делающая услугу более удобной, например номер вызывающего абонента.

Каждая АТС передает сообщение вызова далее только в том случае, если в этом направлении у нее осталась свободной коммуникационная емкость, то есть она может проложить через данный порт еще одно пользовательское соединение.

В том случае, когда сообщение вызова успешно дошло до АТС, к которой непосредственно подключен телефонный аппарат вызываемого абонента, то на абонентском окончании вновь, как и в самом начале, применяется сигнализация путем замыкания и размыкания шлейфа. На аппарат вызываемого абонента по шлейфу подается сигнал звонка, в результате телефон начинает звонить. В обратном направлении также посылается соответствующее сообщение, в результате которого на аппарат вызывающего абонента приходят сигналы длинных гудков.

Если вызываемый абонент снимает трубку (этап 5), то вызов на абонентском конце считается принятым, и оконечная АТС передает в обратном направлении сообщение протокола сигнализации Connect - "Соединение". Сообщение "Соединение" передается в обратном направлении через промежуточные АТС, участвовавшие в прямом продвижении запроса, при этом происходит окончательная коммутация составного канала в пределах данной АТС (этапы 6,7,8). Далее по установленному через телефонную сеть каналу передается в дуплексном режиме голосовая информация.

Характеристика аналоговых сетей

При вызове пользователи получают прямое соединение через коммутаторы в сети. Прямое соединение эквивалентно паре проводов с полосой пропускания от 300 до 3400 Гц. Абонентское окончание 2-проводное.

Вызов абонента может осуществляться двумя способами: с помощью импульсного набора с частотой 10 Гц или тонового набора с частотой 10 Гц. При импульсном наборе длительность набора зависит от того, какие цифры образуют номер - например, цифра 0 передается десятью последовательными импульсами, цифра 9 - девятью и т. д. При тоновом наборе любая цифра передается подачей в сеть двух синусоидальных сигналов разной частоты в течение 50 мс (сопровождаемых паузой 50 мс). Поэтому набор номера тоновым способом в среднем в 5 раз быстрее, чем импульсный (к сожалению, в нашей стране импульсный набор пока остается основным способом набора во всех городах).

Коммутаторы сети не позволяют обеспечить промежуточное хранение данных. Поскольку запоминающие устройства в коммутаторах отсутствуют, возможен отказ в соединении при занятости абонента или при исчерпании коммутатором своих возможностей по соединению входных и выходных каналов (занятость АТС).

Для передачи дискретных данных по аналоговым коммутируемым сетям используются модемы, поддерживающие процедуру вызова абонента.

Пропускная способность коммутируемого аналогового канала заранее неизвестна, так как модемы устанавливают соединение на скорости, подходящей для реального качества канала. Так как качество коммутируемых каналов меняется в течение сеанса связи, то модемы изменяют скорость передачи данных динамически.

В телефонных коммутаторах аналоговых телефонных сетей могут использоваться два принципа коммутации - аналоговый, основанный на частотном разделении канала (FDM), и цифровой, основанный на разделении канала во времени (TDM).

Системы, работающие по методу частотного уплотнения, подразделяются на электромеханические и программно-управляемые электронные. Электромеханические системы (например, шаговые искатели) управляются по проводным цепям и приводятся в действие электродвигателями или шаговыми искателями. В электромеханических системах логика маршрутизации встроена в аппаратуру. В программно-управляемых коммутаторах логика коммутации реализуется программным обеспечением, а сама коммутация выполняется электронным способом.

Электромеханические коммутаторы, естественно, создают значительные помехи в коммутируемых каналах. Кроме того, дополнительные помехи создает сам способ коммутации уплотненных каналов на основе FDM. Это объясняется тем, что коммутировать уплотненные в общий канал сигналы отдельных абонентов невозможно. Перед операцией коммутации всегда нужно провести полное демультиплексирование сигналов абонентских каналов, то есть превратить сигнал высокочастотной несущей (который находится в диапазоне от 60 до 108 кГц для уплотненного канала первого уровня, состоящего из 12 абонентских каналов) в голосовой сигнал со спектром от 300 до 3400 Гц. Только затем такие каналы можно коммутировать с помощью шаговых искателей или электронных ключей. После коммутации абонентские каналы снова уплотняются в высокочастотный канал, но каждый входной канал теперь уже накладывается на несущую другой порядковой частоты, что и соответствует операции коммутации.

Операция демультиплексирования высокочастотной несущей, а затем повторное наложение сигналов на высокочастотные несущие создает значительные помехи (треск и свист в телефонной трубке), которые существенно снижают качество коммутируемых каналов по сравнению с выделенными аналоговыми. Понятно, что наличие электромеханических элементов только усугубляет картину, а старые АТС с шаговыми искателями еще эксплуатируются.

Переход на цифровые методы коммутации существенно повышает качество коммутируемых каналов даже при том, что сигнал от абонента поступает в ближайшую АТС в аналоговой форме, а значит, подвергается на «последней миле» воздействию помех, которые уже невозможно отфильтровать.