Установление соединения в телефонной сети

 

Основные функции узла коммутации

1. Возможность обнаружения изменения состояния абонентской или соединительной линии.

2. Генерация сигналов, позволяющих установить взаимодействие с абонентом или другим узлом коммутации и осуществить соединение.

3. Возможность выбора маршрута соединения и создание взаимодействующего телефонного тракта.

Процессы:

1. Обнаружение запроса к ресурсам станции (от абонента или другой станции).

2. Поиск ресурса.

3. Оповещение абонента о предоставлении ресурса (ответ станции).

4. Прием и накопление цифр номера.

5. Передача по номеру линейных и адресных сигналов в линии связи.

6. Определение состояния линии вызываемого абонента.

7. Генерация посылки вызова (если линия свободна).

8. Генерация сигнала контроль посылки вызова.

9. Обнаружение ответа вызываемого абонента

10. Установление разговорного тракта через коммутационное поле станции.

Виды сигналов:

1. Линейный сигнал (Л), определяет состояние устройства сети.

2. Адресный сигнал (А), определяет маршрут телефонной сети.

3. Информационный сигнал (гудки) (И), оповещает о коде соединения.

Установление соединения:

1. Вызов абонентом станции: линейный, падение напряжения с 60 до 15В

2. Ответ станции: информационный, 425 Гц

3. Набор номера: абонент шлет адресный; станция – все 3 признака

Тональный набор:

 

	1209	1336	1474	1633
679	1	2	3	А
770	4	5	6	В
852	7	8	9	С
941	*	0	#	Д

 

Максимальная длительность при тональном наборе 7*100=700 млс. При импульсном наборе возможны любые неточности, ошибки. Вызов: тональный, импульсный.

4. Контроль посылки вызова

5. Ответ абонента 2 и установление разговорного тракта, 5-7В.

6. Ответ «линия занята», 450Гц.

7. Разрыв связи.

8. Сигнал отбоя от абонента.

 

АОН

 

Возможности АОНа заложены в конструкции телефонных сетей, так как надо перехватывать номер для того, чтобы отслеживать междугородние звонки с домашних аппаратов.

 

Протокол работы системы с АОНом.

- счетчик времени срабатывает не от подъема трубки, а от звонка;

- нет трели звонка;

- падение напряжения не до 10В, а до 20В;

- посылка на АТС с запросом (~100 мс). Абонент который делал вызов временно отключается, включается АОН станции, он передает АОН’у 10 элементную посылку (начало, номер, конец, категория телефона).

Иногда номер не удается распознать, тогда посылка отправляется 3 раза, иначе – «номер не определен». На станции можно установить блокировку выдачи номера.

 

Телекоммуникационные сети

 

Транспортная сеть – это система, которая обеспечивает распространение некоторого продукта среди его потребителей, территориально разбросанных.

Телекоммуникационные сети распространяют исключительно информацию.

Групповой тракт – совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи или в полосе частот, или с определенной скоростью передачи, определенной нормализованной группой каналов телефонной частоты.

Функции:

ü Распределение.

ü Хранение.

ü Транспортировка.

ü Преобразование.

Пример: телепровод, нефтепровод.

Первичная сеть – магистраль, районная сеть, запускается унификация.

Типы:

ü Телеграфно – телефонные

ü Сеть универсального использования (все передающиеся сигналы).

Основные ступени образования групп каналов.

В первой ступени с помощью аппаратуры канального преобразования (АКП) осуществляется индивидуальное преобразование полос частот 12 каналов тональных частот (ТЧ), в результате которого формируется основная первичная группа каналов с полосой частот 60 – 108 кГц.

Вторая и все последующие ступени преобразования являются групповыми. При помощи аппаратуры преобразования типовых групп каналов (АППГ, АПВГ, АПТГ) осуществляется формирование более крупных типовых групп каналов. Каждые пять первичных групп (ПГ) в результате раздельного группового преобразования по каждой ПГ вначале объединяются во вторичные группы (ВГ) с полосой частот 312 – 552 кГц, затем каждые 5 ВГ формируются в третичные группы (ТГ) с полосой частот 812 – 2044 кГц, и наконец, каждые три ТГ формируются в четверичные группы каналов с полосой частот 8516 – 12388 кГц. Полоса частот каждой типовой группы каналов выбирается таким образом, чтобы ее абсолютная и относительная ширина была как можно меньше. Абсолютная полоса частот ПГ зависит только от эффективно передаваемой полосы частот каналов ТЧ и частотного интервала, необходимого для разделения каналов ТЧ. Этим же определяются полосы частот остальных групп каналов, построенных на базе ПГ, с учетом частотного интервала между типовыми группами.

Относительная ширина полосы частот каждой типовой группы каналов зависит от места ее размещения на шкале частот. Желательно, чтобы отношение крайних частот спектра группы f_max /f_min<2. В этом случае вторые и более высокие гармоники и комбинационные частоты разместятся, в основном, за пределами полосы частот данной группы и не будут оказывать мешающего действия.

Предгрупповое образование (4 предгруппы):

1 предгруппа: 60 – 72 кГц;

2 предгруппа: 72 – 84кГц;

3 предгруппа: 84 – 96 кГц;

4 предгруппа: 96 – 108 кГц.

Первичная группа каналов тональной частоты.

Аппаратура канального преобразования (АКП) преобразует исходные полосы частот 12 каналов ТЧ 0,3 – 3,4 кГц в полосу частот основной ПГ 60 – 108 кГц со строго определенным инверсным расположением полос частот, занимаемых каждым каналом, причем в верхней части диапазона частот ПГ размещается первый канал, а в нижней двенадцатый.

При отведенной полосе частот 4 кГц на один канал ТЧ полезная полоса частот составляет 3,1 кГц и частотный интервал между каналами 0,9 кГц. Это обстоятельство требует применения канальных полосовых фильтров с большой крутизной нарастания затухания в переходной области, так как подавление неиспользуемой боковой полосы частот должно быть не менее 60 дБ. Для выполнения этого требования используются фильтры из элементов с высокой добротностью, то есть применяются пьезоэлектрические (кварцевые), магнитострикционные или электромеханические резонаторы. Существует несколько Способов формирования спектра ПГ. Из них наибольшее практическое распространение получили следующие: с использованием одной ступени преобразования, двух индивидуальных ступеней преобразования, индивидуальной и групповой ступеней преобразования.

 

 

 

При формировании основной первичной группы каналов с использованием одной ступени преобразования на каждый из 12 – канальных преобразователей подаются исходные информационные сигналы в полосе частот 0,3 – 3,4 кГц и разные несущие частоты, значения которых =112-4i, где i – номер канала ТЧ в пределах ПГ. Для первого канала f₁ = 108 кГц, для второго f₂= 104 кГц и т.д., для 12-го f₂ = 64 кГц. Канальный полосовой фильтр (КПФ), включенный после каждого преобразователя, выделяет нижнюю боковую полосу частот, которая при данной структуре формирования ПГ принята в качестве полезной боковой полосы частот. Верхняя боковая полоса и побочные продукты преобразования должны быть подавлены с определенной степенью с помощью КПФ.

Диаграмма преобразования спектров

На приеме аналогичные фильтры распределяют общую полосу частот ПГ по отдельным каналам и после преобразования в преобразователе приема выделяется нижняя боковая полоса частота, которая будет являться восстановленным информационным сигналом.

 Недостатком данного способа формирования ПГ является необходимость применения 12 дорогостоящих КПФ с различными полосами пропускания.

Вторичные группы

 

 

Вторичная группа предназначена для создания более крупных групп ТЧ при последующем группообразовании или для формирования линейного спектра частот систем передачи с числом каналов от 60 до 300. Вторичная группа формируется из 5 основных ПГ (5*12 = 60) путем раздельного преобразования спектра каждой ПГ 60 – 108 кГц в преобразователях первичных групп ППГ с соответствующей групповой несущей частотой. Вторичная группа с полосой частот 240 кГц (5*48) размещается по шкале частот в диапазоне 312 – 552 кГц. В некоторых типах преобразовательного оборудования основных ПГ предусматривается возможность формирования двух вариантов спектра ВГ – основного и инверсного. Инверсный вариант спектра ВГ позволяет (с помощью аппаратуры сопряжения) получить инверсный вариант линейного спектра системы передачи. Введение инверсии частотных полос позволяет ослабить мешающее действие помех.

Для облегчения параллельной работы при формировании спектра выходы фильтров включают через развязывающее устройство – блок параллельной работы ПГ (БПРПГ).

Основной вариант построения ВГ: =420+48(k-1). Выделяется нижняя часть спектра Δf = 420 – 612.

Инверсный вариант построения ВГ: =252+48(k-1). Выделяется нижняя часть спектра Δf = 312 – 552.

 

 

Образование третичных групп

5 вторичных групп модулятор появляются свои частоты

 

=1364+248(k-1)

 

Диапазон: 812 – 2044 кГц, 300 каналов.

 

Линейный тракт.

Схема тракта первичной сети:

Обобщенная схема линейного канала с частотным разделением.

 

РФ – режекторный фильтр

РУ – развязывающее устройство

СУ – согласующее устройство

АРУ – автоматическая регулировки усиления по частотам

КУ – корректирующее устройство

ЛУС – линейный усилитель

НУП – не обслуживаемый усилительный пункт

ОУП – обслуживаемый усилительный пункт

Генераторы корректировки сигнала.

По конкретным частотам определяется степень затухания отдаленных частей спектра.

СС – служебные сигналы

ДП – дистанционное питание (для подпитки НУП)

Блок АРУ позволяет регулировать автомат, но периодически проверяет.

Регенераторы – корректируют сигнал

По конкретным частотам определяется степень затухания отдельных частей спектра.

СС – служебные сигналы (из кольца)

ДП – дистанционное питание (для подпитки НУП)

ТМ – сигналы телемеханики (управляют первичной сетью)

Блок АРУ регулировать автоматически, но периодически проверяется. Между двумя ОУП включается НУП – как позволяет дистанционное питание.

 

Первичная сеть

Система коммуникации (вторичные системы связи)

· Абонентская часть

· Узлы коммуникации

· Реализация каналов связи

Первичная сеть: сетевые станции, сетевой узел, линия передачи.

Сетевая станция – любой оконечный элемент первичной сети

Сетевой узел – те же свойства, что и у сетевой станции только ещё и транзитный элемент.

Система передачи

· Оконечная станция

· Линейный тракт (всё, что способствует передаче сигнала по физической среде)

Классификация первичных сетей:

· Местная (в пределах района).

· Зонная (в пределах области, нескольких областей).

· Магистральная (страна, регион).

Оконечный узел (пункт, станция) – формирует групповой а потом линейный тракт по передаче сигнала.

Структурная схема оконечного пункта системы передачи:

 

 

(1) (1) (1) (1) (1)

 … …

 

(12) (5) (5) (5) (К)

НЧ НЧ НЧ НЧ НЧ КЧ

 

АКП – аппаратура канального преобразования (12 канальных каналов сформировали первичную группу).

АППГ – аппарат преобразования первичных групп, из них создаётся вторичная группа.

АПВГ – аппарат преобразования вторичных групп в третичную группу

АПТГ – аппарат преобразования третичных групп в четвертичную группу

АС – аппарат сопряжения (из набора сформировался линейный спектр)

ОАЛП – оконечный аппарат линейного тракта

ГО – генераторное оборудование.

Генераторное оборудование. Генераторные схемы

Автогенератор с трансформаторной обратной связью:

Схема низкочастотного RC генератора:

Схема « 3 точки» - компактный высокочастотный генератор (без элементов стабилизации и т. д) постоянного тока.

Ёмкостная схема:

Например обратные связи снимаются с конденсатора.

 

 

Выполняется условие баланса фаз.

Индуктивная схема:

Выполняется баланс фаз.

 

Электрические фильтры

 

Пассивный фильтр.

 

ФНЧ – пропускает низкие частоты.

 

 

ФВЧ – пропускает высокие частоты.

 

 

Полосовой фильтр

 

Оба контура снимают одну резонансную частоту.

 

 

Активные фильтры

Отрицательную обратную связь реализует частотно – зависимый элемент.

Применение

Системы автоматической регулировки усиления по контрольным частотам

Цифровые системы передачи

Базовый цифровой канал

Граница тонального канала 3,4.

Граница частоты 6,8:

F_вт = 3,4 кГц

F_дк =2F_вт

F_д=8 кГц

Скорость передачи: V_бк (баз. канал)= 64 к бит/с

 

Общие понятия по цифровой системе передачи

1. Аппарат формирования и приёма ЦС (цифрового сигнала).

2. Аппарат цифрового линейного тракта.

 

Схема формирования цифрового группового сигнала.

 

 

КТЧ – канал тональной частоты

КУ – кодирующее устройство

∑ – временное уплотнение сигнала

* – мультиплексирование

 

Временное уплотнение

ФЦ – формирователь циклов (дополнение сигналов служебными и вспомогательными сигналами)

ЦС – цикловая частота

СЦС – частота сверх циклов

ПК – преобразователь кода

РП – дополнительное питание

РС – регенерирующая система

ГО – генераторное оборудование (достаточно сложное)

СУ – согласующее устройство

ПСС – выделение служебных сигналов

ВС – восстановитель

 

Временная структура сигнала на выходе оконечной станции

КИ – канальный интервал

Т_ц – длина цикла (0,125 млс)

Длина цикла Т_ц =(N + N_сл)∆f

М – число полезных каналов ((N+1) или ( +1))

В каждом цикле определяется служебная информация об одном канале → сверхцикл включает в себя столько циклов, сколько нужно информации про каналы (M = N+1 или M=N/2+1; +1 – служебная информация о самих сверциклах).

Принципы построения асинхронной иерархии цифровой системы передачи

30 каналов→ 64 кбит → 2042 к бит/с – выход первичной сети.

ПЦСП – первичная цифровая система передачи.

АЦО ЧУКВ – аналого—цифровое оборудование, с частичным разделением каналов, В -вторичный.

Объединяет 60 каналов.

2024∙4+256=8448 кбит/с — вторичная (для обслуживания служебной информации).

8448∙4+768=34368 выход третичной сети.

139264 кбит/с – выход четвертичной сети.

Проблемы в цифровых системах передачи:

· проблема синхронизации

· проблема выбора линейного кода

Синхронизация уровня:

§ синфазно-синхронная (тактовые импульсы имеют одну частоту и фазу)

§ синхронная

 

Линейные коды

Потенциальные и импульсные коды

Если информацию несёт вершина импульса, то это потенциальный код. А если информация определяется переходом от одного импульса к другому, то это импульсный код.

Необходима хорошая проходимость в трансформаторах и конденсаторах (постоянная составляющая проходить не будет).

Должны обладать самосинхронизацией.

 

 

Максимальная частота для NRZ F= , где N-бит/с

Неприятный сигнал:

011111000001

101010101010 синхросигнал

110101101011 уже лучший

NRZ – потенциал передаёт первому. Следующая единица – смена знака потенциала. Длинные серии единиц будут передаваться нормально. Но уже появляется третий уровень.

NRZ и NRZI – потенциальные коды.

Биполярный импульсный код (тоже 3 уровня). Резко возрастает частотный диапазон. Более приемлемый – манчестерский код – перепад - 0, а -1. При длинной серии идёт служебный переход (не информационный). Для него достаточна низкая частота.

 

Аппаратная реализация элементов цифровых систем передачи

Блок-схема АЦП

 

ГТИ – генератор тактовых импульсов;

ГИ – генератор импульса;

ГЛНН – генератор линейного нарастающего напряжения;

СУ – схема управления;

СС – схема совпадения;

КОМП – компаратор;

С_и,и – счётчик импульсов;

 

Когда линейное нарастающее напряжение совпадает с U_вх , КОМП (сравнивая их) закрывает схему совпадений.

Когда ГТИ выдает импульс, система выдаёт, полученное при совпадении, значение.

Триггерная линейка

 

 

Считает побитово.

При переключении первого триггера дважды, второй триггер срабатывает один раз.

 

Генератор аплитудно-импульсного сигнала

На вход подаётся непрерывный сигнал, а на выходе – импульсный.

|U_упрмах| > |U_{вх мах} |

Схема ограничителя: Диодный ключ:

 

Генератор линейно меняющий напряжение:

 

В исходном состоянии транзистор открыт.

 

Вторичные сети

 

Основные компоненты: ОП (оконечные пункты) и УК (узлы коммутации).

Способы коммутации:

o Непосредственное соединение.

o Соединение с накоплением информации (с ожиданием).

Непосредственное соединение – физическое соединение.

Соединение с накоплением информации – сначала приходит сообщение, по которому подбирается соответствующая линия для исходящей посылки.

Методы коммутации:

1. Метод коммутации каналов – соединение пары входящих и исходящих линий, при котором образуется канал связи, монотонно использующийся абонентами в течение всего сеанса связи.

Преимущества:

· Простота реализации.

· Надёжность.

· Высокая скорость.

· Простота квитирования.

· Быстрое решение поддержать/отказать в установлении.

Недостатки:

· Высокая вероятность отказа.

· Низкая эффективность использования линии.

· Возможность лавинообразного отказа.

· Пропускная способность составного канала определяется пропускной способностью самого «плохого» участка.

2. Метод коммутации сообщений – пересылка сообщения без нарушения его целостности и без предварительного создания физического непрерывного канала. Пересылка – через цепочку узлов с возможной задержкой – буферизацией – в случае ожидания канала.

Преимущества:

· Надёжность посылки.

· Нет узких мест.

Недостатки:

· Длинные сообщения забивают канал, возникает перегрузка.

3. Метод коммутации пакетов – передача сообщения разделенного на фрагменты (пакеты), обычно заданного объема.

1) Метод виртуального канала – перед посылкой самого сообщения генерируется служебный пакет, который сначала проходит путь, оставляя указания о том, какие исходные линии использовать. Устанавливается виртуальный канал. После получения сообщения отправляется другой служебный пакет, который размыкает канал.

Преимущества:

· Надёжность.

Недостатки:

· Есть вероятность попасть в очередь.

2) Дейтаграммный способ – каждый пакет снабжается заголовком с местом получения. Эти пакеты отправляются по разным линиям, чтобы не образовывать очередь, по методу коммутации сообщений. В конечный пункт они приходят в произвольном порядке. Однако если один пакет не пришел, то теряется все сообщение.

Преимущества:

· Скорость.

Недостатки:

· Ненадежно.

Маршрутизация сообщений в системах связи

Маршрут – список элементов сети, соединяющих узел-отправитель с узлом-получателем.

Маршрутизация – определение оптимального в плане заданного критерия маршрута в сети связи.

1. Для каждого транзитного узла формируются таблицы маршрутизации: для узла j:

 

 

Пример.

 

 

 – узел 2 по отношению к узлу 1.

=

 

2. Для построения плана распределения информации выписываем все матрицы

 

 

Для выбора маршрута для известного узла коммутации необходимо произвести выбор строк, которые ведут к узлу получения. Определяем линию связи первого выбора, если она занята, то – линию связи второго выбора и т.д.

Формирование плана распределения информации методом рельефа

Метод рельефа:

 

Отметим j узел и по всем путям отправим 1. Получим узлы связи с j. От первого уровня узлов отправим 2. Так определяются все узлы связи с ними. Получим 2 уровень.

Для каждой линии будем суммировать высоту. Потом пытаемся найти кратчайший путь.

Идём по маршруту в сторону минимального значения.

В нашем примере нашли два пути из N в А, оба длины 10, однако также могут учитываться другие критерии, например стоимость отправки по некоторой линии.

 

Эталонная модель взаимодействия открытых систем

 

Эталонная модель воздействия ОС (ЭМВОС) OSI/ISO.

Открытая система – система, у которой гарантируется возможность взаимодействия друг с другом, благодаря формализации процессов взаимодействия и декомпозиции процессов на отдельные группы, называющиеся уровнями с последующей стандартизацией и реализацией этих процессов.

Контроль характеристик передаваемых сигналов. На физическом уровне происходит сопряжение физического звена в системе передачи информации.

1 уровень – физический.

2 уровень – канальный.

3 уровень – сетевой.

4 уровень – транспортный.

5 уровень – сеансовый.

6 уровень – уровень представлений.

7 уровень – прикладной.

Протокол – совокупность правил, определяющих взаимодействие сетевых компонент внутри одного уровня.

Интерфейс – правило, определяющее взаимодействие элементов принадлежащих разным уровням.

Физический:

На физическом уровне передаются биты по физическим каналам связи (коаксиал, витая пара, оптоволокно). К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность и др.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети.

Канальный:

Задачи: функции и процедуры, обеспечивающие надёжную передачу сигналов.

Механизмы реализуются:

Обнаружение и коррекция ошибок, структуризация предаваемых групп сигналов, управление потоками данных (механическая адресация в пределах одной цепи), определение механизмов защиты – линейное шифрование.

Основная форма данных – блок данных.

Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра (блока данных) между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с совершенно определенной топологией связи.

Сетевой:

Задачи: передача информации между сетями, задачи маршрутизации (сети произвольной топологии).

Решаются планы распределения информации.

Выбор исходной линии связи при маршрутизации. Составляется коммутативная таблица.

Основной формат данных – пакет.

Транспортный:

Основная форма данных – сообщение.

Задачи: обеспечить надёжность передачи информации между любыми двумя точками сети, управление передачей информации не уровне сетей, сборка и разборка пакетов, согласование работы сетевых элементов на уровне.

Сеансовый:

Обеспечивает управление взаимодействием: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Определяется тип свзи, начало и конец сеанса.

Уровень представлений:

Задача: обеспечение одинаковых представлений (например, кодировка). Включает все механизмы, чтобы сформировать и передать набор сообщений на нижние уровни.

Прикладной:

Формирует и передает на более низкие уровни сообщения, которые пересылаются.

Линии связи.

Классификация линий связи (ЛС):

1. ЛС с направляющими системами.

Направляющая система – комплекс, предназначенный для направленной передачи энергии в заданном направлении (кабель, оптоволокно и т.д.). Виды: механические, оптические, электромагнитные.

2. ЛС без направляющих систем – широковещательные системы (недостаток – тратится много энергии).

Направляющие системы.

Электромагнитные направляющие системы – коаксиальный или симметричный кабель. Подвержены внешним воздействиям. Диапазон 0 – 160 кГц.

Воздушная линия связи – НС.

Волновод – анализирует и в заданном направлении отправляет электромагнитную волну.

Оптоволокно – основное преимущество низкое затухание.

Шкала диапазонов радиосвязи.