ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СЕТЕЙ И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Часть 1

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СЕТИ

Глава 1 ______

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СЕТИ И СИСТЕМЫ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Список сокращений

ГИИ (GII)	—	глобальная информационная инфраструктура
ЗУ	—	запоминающее устройство
ЛС	—	линия связи
ПО	—	программное обеспечение
ТС	—	телекоммуникационная сеть
ТфОП (PSTN)	—	телефонная сеть общего пользования
ЧНН	—	час наибольшей нагрузки
АТМ	—	асинхронный метод доставки
В-ISDN	—	широкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания
FR	—	технология ретрансляции кадров
IDN	—	интегральная цифровая сеть
IN	—	интеллектуальная сеть связи
IP	—	межсетевой протокол
N-ISDN	—	узкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания
PLMN	—	сотовая сеть связи с мобильными объектами

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СЕТЕЙ И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Современному развитию техники связи присущи две особенности: цифровая форма представления всех сигналов — независимо от того, какой вид информации представляется этими сигналами — речь, текст, данные или изображение; интеграция обслуживания, что может быть полностью реализовано только переводом связи на цифровую технику. Происходит интеграция систем передачи информации и комму­тации, по-новому перераспределяются задачи оконечных устройств и сетей связи. Создаются многофунк­циональные оконечные устройства, отличающиеся от телефонного и телеграфного аппаратов, оконеч­ные устройства визуального отображения данных, пригодные более чем для одного вида информации. И, наконец, сеть связи позволяет передавать речевую, текстовую информацию, данные и изображения через одно и то же соединение: пользователь получит доступ к этой сети независимо от вида службы через «штепсельную розетку связи».

С помощью этих «революционных» средств были значительно увеличены производительность и эко­номическая эффективность труда как целых организаций, так и отдельных людей. Напрашивается вывод, что объединение усилий трех отраслей промышленности — компьютерной индустрии (информационных технологий), бытовой радиоэлектроники (индустрии развлечений) и электросвязи — приблизило дости­жение основной цели — создание глобальной информационной инфраструктуры (ГИИ, GII).

Конечной целью ГИИ является гарантия для каждого потребителя доступа к информационному сооб­ществу.

Известны некоторые фундаментальные характеристики, которые должна иметь ГИИ, чтобы соответство­вать требованиям потребителей информации. Эти характеристики называются атрибутами. Предлагаемый

 

 

Для каждого вида информационных сообщений традиционно используется конкретный способ переда­чи в сети, характеризующийся принципом преобразования сообщения в сигнал электросвязи и типом коммуникаций (формой связи). Так, для передачи аудиоинформации принятой формой связи служит телефонная, для передачи неподвижных изображений используется факсимиле, для подвижных изо­бражений — телевидение. Данные относятся к типу кодированных сообщений, способ передачи которых основан на представлении каждого информационного элемента (буквы, знака, цифры) в виде кодовой комбинации, передаваемой в форме сигнала по сети. Для кодированных сообщений применяется телеграф­ный способ передачи информации и передача данных. В последнее время используются и так называемые «многосредные» формы связи — мультимедиа (в переводе с англ. milty— много, media — среда) для одновременной передачи звука, изображения и данных.

В зависимости от формы связи телекоммуникационные системы можно разделить на системы теле­фонной связи, факсимильной связи, телевизионного вещания, телеграфной связи, передачи данных и т. п.; в зависимости от среды передачи сигнала (медь, эфир, оптическое волокно) — на системы электросвязи и оптической связи, а также проводной связи, использующей направляющие среды (медные и оптические кабели), и беспроводной связи, где для передачи сигналов используется эфир. Необходимо подчеркнуть то, что объединяет все эти системы в общее понятие системы телекоммуникаций:

1. Общее назначение всех систем связи — предоставление услуг пользователям.

2. Все системы связи относятся к типу распределенных систем, основным компонентом которых является телекоммуникационная сеть, позволяющая использовать общие принципы структурной оптими­зации таких систем.

3. Системы связи, как и любые сложные системы, не могут рассматриваться изолированно от внешней среды. Под внешней средой понимают множество элементов любой природы, существующих вне систе­мы и оказывающих на нее определенные воздействия. К числу таких элементов по отношению к любой системе связи можно отнести пользователей, определяющих требования по объему потребляемых услуг, их перечню, качеству и тем самым воздействующих на систему связи.

Следует отметить, что само понятие «система» абстрактно по отношению к реальному объекту, ко­торый ассоциируется с ней и может трактоваться как модель объекта. Модель позволяет отразить наи­более важные компоненты объекта и опустить несущественные, с точки зрения цели его рассмотрения, детали. В этом плане один и тот же объект может по-разному характеризоваться различными системами в зависимости от аспектов его рассмотрения.

При рассмотрении моделей большинства сетей и систем телекоммуникаций широко используются понятия протокол и интерфейс. Протокол — это свод правил и форматов, определяющих взаимодейст­вие объектов одноименных уровней сети, например, «человек — человек», «терминал — терминал», «компьютер — компьютер», «процесс — процесс», т. е. протоколы, описывающие порядок взаимодействия между пользователями, терминалами, узлами сети или отдельными сетями. При этом должны использо­ваться один и тот же язык, одни и те же синтаксические правила и информационные форматы. Уровневая структура модели позволяет обеспечить независимую разработку протоколов. Каждый уровень модели может иметь несколько протоколов. Взаимодействие смежных уровней обеспечивается интерфейсами. Интерфейс — это совокупность технических и программных средств, используемых для сопряжения устройств, систем или программ. Совокупность средств взаимодействия двух смежных уровней (меж- уровневый интерфейс) содержит правила логического и электрического согласования, а также детальное описание форматов сообщений.

Информационные сети предназначены для предоставления пользователям услуг, связанных с обме­ном информацией, ее потреблением, обработкой, хранением и накоплением. Потребитель информации, получивший доступ к информационной сети, становится пользователем. В качестве пользователей могут выступать как физические, так и юридические лица (фирмы, организации, предприятия). Пользование сетью обеспечивает возможность получать информацию тогда, когда в ней возникает необходимость. Под информационной сетью понимают совокупность территориально рассредоточенных оконечных систем, объединяющихся в телекоммуникационные сети и обеспечивающих доступ любой из этих систем ко всем ресурсам сети и их коллективное использование. Телекоммуникационные сети целесообразно разделять по типу коммуникаций (сети электросвязи, оптической связи, телефонной связи, передачи данных, железнодорожных либо воздушных сообщений и т. д.).

Оконечные системы информационной сети могут быть классифицированы как: - -терминальные (terminal system), обеспечивающие доступ к сети и ее ресурсам;

-рабочие (server, host system), представляющие информационные и вычислительные ресурсы;

-административные (management system), реализующие управление сетью и ее отдельными частями.

Ресурсы информационной сети подразделяются на информационные, обработки и хранения дан­ных, программные и коммуникационные.

Информационные ресурсы — это информация и знания, накапливаемые во всех областях науки, культуры и жизнедеятельности общества, а также продукция индустрии развлечений. Все это система­

тизируется в сетевых базах данных, с которыми взаимодействуют пользователи сети. Эти ресурсы опре­деляют потребительскую ценность информационной сети и должны не только постоянно создаваться и расширяться, но и вовремя обновлять устаревшие данные.

Ресурсы обработки и хранения данных определяются производительностью процессоров сетевых компьютеров и объемом их запоминающих устройств (ЗУ), а также временем, в течение которого они используются.

Программные ресурсы представляют собой программное обеспечение (ПО), участвующее в пре­доставлении услуг пользователям, а также программы сопутствующих функций. К последним относятся: выписка счетов, учет оплаты услуг, навигация (обеспечение поиска информации в сети), обслуживание сетевых электронных почтовых ящиков, организация моста для телеконференций, преобразование форма­тов передаваемых сообщений, криптозащита информации (кодирование и шифрование), аутентификация (электронная подпись документов, удостоверяющая их подлинность).

Коммуникационные ресурсы участвуют в транспортировке информации и перераспределении потоков в узле коммутации. К ним относятся емкости линий связи, коммутационные возможности узлов, а также время их занятия при взаимодействии пользователя с сетью. Коммуникационные ресурсы классифици­руются в соответствии с типом ТС: коммутируемая телефонная сеть общего пользования, сеть передачи данных с коммутацией пакетов, сеть мобильной связи, теле- и радиовещательные сети, цифровая сеть интегрального обслуживания и т. п.

Телекоммуникационные сети принято оценивать целым рядом показателей, отражающих возможность эффективность транспортировки информации. Возможность передачи информации в ТС связана со сте- -енью ее работоспособности, т. е. выполнением заданных функций в установленном объеме на требуемом уровне качества в течение определенного периода эксплуатации сети или в произвольный момент времени. ->аботоспособность сети связи определяется понятиями надежности и живучести. Различие этих понятий обусловлено причинами и факторами, нарушающими нормальную работу сети, и характером нарушений.

Надежность сети связи характеризует ее свойство обеспечивать связь, сохраняя во времени значения «становленных показателей качества в заданных условиях эксплуатации. Она отражает способность сохра­нять работоспособность сети связи при воздействии, главным образом, внутренних факторов — случайных отказов технических средств, вызываемых процессами старения, дефектами технологии изготовления или ошибками обслуживающего персонала.

Живучесть сети связи характеризует ее способность сохранять полную или частичную работоспо­собность при воздействии причин, находящихся за пределами сети и приводящих к разрушению или значительным повреждениям некоторой части ее элементов (пунктов и линий связи). Подобные причины можно разделить на два класса: стихийные и преднамеренные. К стихийным факторам относятся та-

как землетрясение, оползни, разливы рек и т. п., а к преднамеренным — ракетно-ядерные удары -оотивника, диверсионные действия и др.

При анализе пропускной способности ТС весьма важны понятия вызова и сообщения. Вызов — это -эебование на соединение между двумя пользователями сети для передачи сообщения. Сообщение — формация пользователя, преобразованная в сигналы электросвязи. Учитывая разницу между вызовом сообщением, можно сказать, что поток вызовов поступает в узел сети или в какую-то его часть, а поток сообщений циркулирует в сетях связи для передачи информации пользователю. Потребность в доставке сообщений из одного пункта сети в другой можно выразить тяготением между этими пунктами. Тяготение >арактеризует оценку потребности в различных видах связи между двумя пунктами сети и определяется эбъемом сообщений, которые необходимо доставить за некоторый отрезок времени из одного пункта 1 другой. От тяготения, выраженного объемом сообщений или объемом информации, можно перейти * тяготению, выраженному временем занятия линии связи (ЛС), а от него — к количеству необходимых 1С. Тяготение, определяемое объемом информации, удобно для сети передачи данных, а определяемое 1оеменем занятия каналов — для телефонной сети и разного вида сетей вещания. Время занятия канала сражается часозанятиями за год, сутки или час. Тяготение зависит от вида информации, территориаль­ного расположения пользователей, их особенностей, хозяйственных, культурных и других взаимосвязей. Однозначно определить тяготение невозможно, так как на него влияет очень много факторов, поэтому -очность оценок тяготения обычно невелика.

Объем информации, переданной между двумя пунктами за какой-то период времени, определяется суммой объемов всех сообщений (с учетом повторных) или произведением числа переданных сообщений -а средний объем одного сообщения. Время занятия линий или приборов, выраженное в часозанятиях, с'-оеделяет нагрузку на эти линии или приборы как произведение общего числа поступивших вызовов *г среднюю продолжительность занятий. Интенсивность нагрузки — это число часозанятий за опре­деленный промежуток времени, например, час наибольшей нагрузки (ЧНН) — это 60-минутный интервал аремени, в течение которого нагрузка в сети больше, чем в любом другом аналогичном периоде. Обычно «лользуют понятие интенсивности нагрузки, хотя для упрощения ее часто называют нагрузкой. Безраз­мерная единица интенсивности нагрузки названа эрлангом. Один эрланг — это интенсивность нагрузки сйного прибора, непрерывно занятого в течение часа.

В случае, когда сеть не может обслужить поступающую нагрузку, имеет смысл говорить об объеме реализованной нагрузки в сети. Величина реализованной нагрузки определяется пропускной способ­ностью сети связи. В ряде случаев пропускную способность оценивают количественно. Например, по величине максимального потока информации, который можно пропустить между некоторой парой пунктов. Таким образом определяют пропускную способность сечения сети, являющегося самым узким местом при разделении сети между источником и получателем на две части.

Поток сообщений между двумя пунктами — это последовательность сообщений, передаваемых из одного пункта в другой. Кроме полезной информации в сети передаются сообщения управления и сигнализации, не имеющие ценности для пользователя. Существенно загружают сети связи (не давая полезного эффекта) и повторные вызовы, возникающие в случае отказа при первичном вызове. Поток сообщений характеризуется последовательностью моментов времени поступления каждого следующего сообщения. Можно выразить поток и через интервалы времени между этими моментами. Вид потока сообщений также может быть описан распределением длительностей занятий приборов каждым поступаю­щим сообщением. Все потоки, циркулирующие в сетях связи, делятся на детерминированные, случайные и смешанные. Детерминированными называются потоки, моменты поступления и объемы сообщений которых известны заранее. К таким потокам относятся почти все потоки вещания (как звукового, так и телевизионного), регулярные передачи различных сводок и т. п. У случайных потоков моменты по­ступления, объемы отдельных сообщений и их адреса заранее не определены и являются случайными величинами, описываемыми с помощью вероятностных распределений. К таким потокам относятся потоки телефонных сообщений. В зависимости от конкретных условий случайные потоки могут быть самыми разнообразными, однако для большинства практических случаев возможна аппроксимация (описание) длительностей промежутков между поступлением двух соседних сообщений известными вероятностными законами распределения, позволяющими получить математическую модель потока. В смешанном потоке имеются как детерминированные, так и случайные составляющие.

1.2. РУБЕЖИ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И УСЛУГ СВЯЗИ

Для того, чтобы выяснить перспективы развития Национальной информационной инфраструктуры Украины (НИИ) в рамках Глобальной информационной инфраструктуры, необходимо понимать, как будет протекать этот процесс в мире, в промышленно развитых странах и в Украине, какие новые инфокомму- никационные технологии и услуги будут предложены в ближайшие годы и десятилетия.

Информационная революция стала двигателем прогресса всего общества. Давно известно, что науч­но-технические революции (НТР) коренным образом меняли образ жизни человечества и облик мира в целом. Результатом НТР являлось резкое увеличение численности населения, что следует ожидать и в бли­жайшие два века. Многие ученые, работающие в области прогнозирования, считают, что в XXI—XXII ве­ках должно произойти три научно-технические революции: 1 — информационная, 2 — биотехническая, 3 — квантовая.

Каждая из названных революций приведет к резким изменениям в мире. Информационная революция создаст ОН, которая станет технической базой глобального информационного общества. Биотехническая революция снимет проблему продовольственного обеспечения населения в мире, а квантовая — создаст новые эффективные и безопасные источники энергии.

Информационная революция (конец XX — начало XXI века) существенно изменила облик инфо- коммуникаций. Основные факторы развития инфокоммуникаций XXI века — это экономика, технологии и услуги.

Производными от экономики являются инфокоммуникационные технологии и услуги. В свою очередь, уровень развития технологий и услуг зависит от уровня научно-технического прогресса, а их внедре­ние — от уровня экономики и, в первую очередь, от платежеспособного спроса населения на те или иные инфокоммуникационные услуги.

В историческом развитии сетей и услуг связи можно выделить пять основных рубежей (рис. 1.3). Каждый рубеж имеет свою логику развития, взаимосвязь с предшествующими и последующими этапами.

Кроме того, каждый рубеж зависит от уровня развития экономики и национальных особенностей отдель­ного государства.

Первый рубеж — построение телефонной сети общего пользования (ТфОП, PSTN – public Switched Telephone Network). На протяжении продолжительного времени каждое государство создавало свою национальную аналоговую телефонную сеть общего пользования. Телефонная связь рекомендовалась населению, учреждениям, предприятиям и сравнивалась с единой услугой — передачей языковых сооб­щений. В дальнейшем по телефонным сетям с помощью модемов стала осуществляться передача данных. Тем не менее, даже в настоящее время телефон остается основной услугой связи, которая приносит операторам связи более 80 % прибыли.

Второй рубеж — цифровизация телефонной сети. Для повышения качества услуг связи, увеличения их числа, повышения уровня автоматизации управления и технологического оборудования в промышленно развитых странах в 1970-е годы проводились работы по цифровизации первичных и вторичных сетей свя­зи. Были созданы интегральные цифровые сети IDN (Integral Digital Network), которые предоставляют в основном услуги телефонной связи на базе цифровых систем коммутации и передачи. К настоящему времени во многих странах цифровизация телефонных сетей практически завершилась.

Третий рубеж — интеграция услуг. Цифровизация сетей связи позволила не только повысить качество услуг, но и перейти к увеличению их числа на основе интеграции. Так появилась концепция узкополосной цифровой сети с интеграцией служб N-ISDN (Narrowband Integrated Srsice Digital Network). Пользовате­лю (абоненту) этой сети предоставляется базовый доступ (2В + D), по которому информация передается по трем цифровым каналам: два канала В со скоростью передачи 64 кбит/с и канал D со скоростью 16 кбит/с. Два канала В используются для передачи языковых сообщений и данных, канал й — для сигнализации и для передачи данных в режиме пакетной коммутации. Для пользователя с большими потребностями может быть предоставлен первичный доступ, который содержит (30 B + D) каналов. Кон­цепция N-ISDN существует около 20 лет, но широкого распространения в мире не получила по нескольким причинам. Во-первых, оборудование N-ISDN довольно дорого стоит, чтобы стать массовым; во-вторых, пользователь постоянно платит за три цифровых канала; в-третьих, перечень услуг /У-/50Л/ превышает потребности массового пользователя. Именно поэтому интеграция услуг начинает заменяться концепцией интеллектуальной сети.

В этот же период также получили развитие сети с подвижными системами PLMN (Public land Mobil Network) и технологии услуг сети передачи данных на основе коммутации каналов и пакетов: Х.25, , IP ( Internet Protocol), ГР (Frame relay), 1Р-телефония, электронная почта и др.

Четвертый рубеж — интеллектуальная сеть /N (Intelligent Network). Историю этой сети принято исчислять с 1980 года, когда компания Bell System (США) проводила работы по усовершенствованию услуги, названной «услуга-800». Эта услуга в основном была предназначена для начисления оплаты за междугородные соединения вызывающему абоненту и нашла широкое применение в сфере обслужива­ния и торговле. С 1993 года IN развивается в рамках концепции TINA (Telecommunication Information Networking Architecture) для поддержания архитектуры «клиент — сервер». Эта сеть предназначена для быстрого, эффективного и экономичного предоставления информационных услуг массовому поль­зователю. Необходимая услуга предоставляется пользователю тогда и в тот момент времени, когда она ему нужна. Соответственно и оплачивать он обязан предоставленную услугу в течение этого времени. Таким образом, скорость и эффективность предоставления услуги обеспечивают ее экономичность, так как если пользователь будет использовать канал связи значительно меньший срок, это позволит ему уменьшить затраты. В этом состоит принципиальное отличие интеллектуальной сети от предшествующих сетей, а именно — в гибкости и экономичности предоставления услуг.

Пятый рубеж — широкополосная B-ISND (Droadband Integratyed Service Digital Network) по­ложила начало развитию после 1980 года мультимедийных услуг на базе технологии АТМ (— коммутации пакетов фиксированной длины (53 байта): диалоговый, информационный и распределительный поиск. Диалоговые службы предоставляют услуги для передачи информации (теле­фонная служба, служба речи, видеоконференции и др.). Службы информационного поиска (службы по запросам) предоставляют возможность пользователю получать информацию из разнообразных банков данных. Распределительные службы, при наличии или отсутствии управления предоставлением информации со стороны пользователя, могут направлять информацию от одного общего источника неограниченному числу абонентов, которые имеют право на доступ (данные, текст, подвижное и неподвижное изображение, звук, графика и др.). В практику делового общения начинает входить не только конференц-связь, но и видеоконференция, позволяющие обмениваться информацией, не тратя времени и денег на поездки.

В свою очередь, снижение затрат индивидуального пользователя на новые услуги должно увеличить спрос на них, то есть привести к увеличению прибыли поставщиков услуг. Соответствующий рост спроса на услуги приведет к увеличению поставок необходимого оборудования, что повлечет увеличение прибыли поставщиков оборудования. Таким образом, гибкость предоставления услуг с применением современных технологий приводит к объединению экономических интересов трех сторон: пользователей, поставщиков услуг и поставщиков оборудования.

 

Контрольные вопросы

1. Укажите особенности развития техники связи на современном этапе.

2. В чем заключается интеграция связи?

3. Охарактеризуйте многофункциональные оконечные устройства.

4. Дайте определение Глобальной информационной инфраструктуры.

5. Что необходимо для реализации концепции Глобальной информационной инфраструктуры?

6. Какие атрибуты (характеристики) необходимо учитывать при создании стандарта Глобальной информацион­ной инфраструктуры?

7. Поясните принципы и цель Глобальной информационной инфраструктуры.

8. Укажите основные характеристики Глобальной информационной инфраструктуры.

9. Перечислите особенности построения информационной сети.

10. Поясните структуру информационной сети.

11. Дайте характеристику ресурсов информационной сети.

12. Как подразделяются телекоммуникационные системы в зависимости от вида связи?

13. Какие показатели телекоммуникационной сети характеризуют ее эффективность при передаче информации?

14. Дайте определение понятий протокола и интерфейса в информационных сетях.

15. Что такое надежность сети связи?

16. Поясните понятие живучести связи; перечислите факторы, от которых она зависит.

17. Охарактеризуйте пропускную способность телекоммуникационной сети.

18. Что такое вызов?

19. Что подразумевается в телекоммуникационной сети под понятием сообщение?

20. Какими параметрами определяется объем информации?

21. Назовите единицы измерения телефонной нагрузки и ее интенсивности.

22. Что такое поток сообщений? Приведите пример.

23. Какая информация называется полезной? Назовите другие ее виды.

24. Чем характеризуется поток сообщений?

25. Назовите и дайте характеристику потокам, циркулирующим в сетях связи.

26. Как называются информационные потоки, если момент поступления и объем сообщений заранее известны? Приведите пример.

27. Что означает понятие «тяготение» в сети связи?

28. Дайте характеристику ЕНССУ, НИИ Украины, Глобальной информационной инфраструктуры.

29. Поясните основные рубежи развития сетей и услуг связи.

30. Каковы особенности широкополосной сети B-ISDN?