TEMAT 3

Sieci zintegrowane i szerokopasmowe

Cyfrowe sieci telefoniczne

Sieci telekomunikacyjne z komutacją pakietów

System telekomunikacyjny złożony z sieci dedykowanych ma wady:

• nie jest możliwe, przy korzystaniu z jednego urządzenia końcowego, jednoczesne prowadzenie rozmowy i pobieranie infor­macji z bazy danych;

• urządzenia końcowe przeznaczone do świadczenia różnych usług wymagają odrębnych sieci kablowych oraz oddzielnej służby eksploatacyjnej;

• nie ma wspólnej sieci dla różnych urządzeń, czyli nie można przyłączać ich do jednego, standardowego gniazda abonenckiego;

• odrębność sieci powoduje znaczne zróżnicowanie kosztów korzystania z usług ofero­wanych przez dobrze rozwinięte sieci, np. sieć telefoniczną, a usług dostępnych w małych, wydzielonych sieciach;

• zróżnicowanie procedur korzystania z określonych usług, wymagających np. różnych sposobów nawiązywania połączenia.

Usunięcie wad - utworzenie jednolitej sieci telekomunikacyjnej świadczącej wszystkie rodzaje usług - cyfrowej sieci z integracją usług oznaczanej skrótem ISDN (ang. integrated services digital network). Dzielimy na:

• wąskopasmowe N-ISDN (ang. Narrowband ISDN) - oparte na kanałach o przepływności 64 kbit/s (trakty PCM z kanałami o przepływności 64 kbit/s i szybkość transmisji rzędu 2 Mbit/s) - umożliwiają ograniczoną integrację usług (szybkość taka nie wystarcza np. do przesyłania ruchomych obrazów wizyjnych wysokiej jakości).

• szerokopasmowe B-ISDN (ang. Broadband ISDN) - umożliwiają integrację wszystkich usług.

SYGNALIZACJA

Sygnalizacja - wymiana informacji związanych z zestawianiem i rozłączaniem połączeń oraz innym sterowaniem połączeniami, a także zarządzaniem siecią, w sieciach telekomunikacyjnych.

Obszary funkcjonowania sygnalizacji w sieci:

• przesyłanie informacji między stacjami abonenckimi a węzłem komutacyjnym;

• przesyłanie informacji w sieci między centralowej;

• sygnalizacja wewnątrz centrali.

Sygnalizacja w łączu abonenckim spełnia funkcje:

• nadzorczą;

• wybierczą (zwaną również adresową).

Sygnalizacja między centralowa spełnia funkcje,

• nadzorczą;

• wybierczą;

• zarządzania.

Funkcja nadzorcza - związana z wykrywaniem lub realizacją zmiany stanu łącza (np. wywołanie, zgłoszenie się centrali, rozłączenie od strony abonenta wywołującego, rozłączenie od strony abonenta wywoływanego).

Funkcja wybiercza - związana z procesem zestawiania połączenia, tj. wysyłaniem i odbieraniem informacji adresowych. Informacje wybiercze poza adresem mogą również zawierać sygnały dodatkowe, jak np. żądanie przesłania kolejnej cyfry czy potwierdzenie odbioru określonego sygnału.

Funkcja zarządzania - zapewnia optymalizację wykorzystania sieci oraz ułatwia administrowanie nią. Do funkcji zarządzania należą:

• wykrycie i przesłanie informacji dotyczącej wystąpienia blokady w sieci;

• informowanie o niedostępności wyposażenia na skutek uszkodzeń;

• przesyłanie informacji taryfikacyjnych;

• przesyłanie informacji alarmowych z bezobsługowych central lub koncen­tratorów itd.

Realizacja fizyczna sygnalizacji

Sygnalizacja prądem stałym - realizowana przez przerywanie pętli lub zmianę kierunku płynącego w niej prądu. Pętla zawiera aparat abonenta, łącze i wyposażenie centrali związane z tym łączem. Sygnalizacja prądem stałym bywa również stosowana do wymiany informacji między centralami.

Sygnalizacja prądem przemiennym - przesyłanie sygnałów o okreś­lonych częstotliwościach mieszczących się w paśmie telefonicznym (300 - 3400Hz) lub poza pasmem (np. 3825Hz, 3850Hz).

Zalety sygnalizacji w paśmie:

• możliwość stosowania dla łączy o różnych charakterystykach przenoszenia;

• możliwość bezpośredniego przekazywania sygnalizacji w punktach tran­zytowych i końcowych systemów nośnych;

• możliwość wymiany uszkodzonego odcinka łącza bez specjalnych zabiegów technicznych;

• natychmiastowe wykrywanie próby zajęcia uszkodzonego łącza co zwalnia
  z konieczności sprawdzania ciągłości kanału rozmownego;

• dostępność całego pasma rozmownego dla celów sygnalizacji.

Zalety sygnalizacji poza pasmem:

• niewrażliwość na zakłócenia spowodowane prądami rozmownymi i związane
  ze stosowaniem tłumików echa;

• możliwość przesyłania sygnałów w czasie trwania rozmowy, a w niektórych
  przypadkach, również w czasie zestawiania połączenia;

• prostota urządzeń związana z niewrażliwością na zakłócenia pochodzące
  z pasma rozmownego oraz z możliwością ciągłego przekazywania syg­nalizacji.

Sygnalizacja cyfrowa w traktach PCM:

• poza szczeliną czasową - przypisanie na stałe kanału sygnalizacyjnego kanałowi rozmownemu w systemie PCM 30/32.

Każdemu kanałowi rozmownemu przyporządkowuje się kanał sygnalizacyjny. Kanały te są tworzone w szczelinie kanałowej 16 w ten sposób, że bity 1 do 4 tworzą kanały sygnalizacyjne dla kanału rozmownego o numerze równym numerowi ramki w wieloramce, a bity 5 do 8 tworzą kanały sygnalizacyjne dla kanału rozmownego o numerze ramki w wieloramce powiększonej o liczbę 16. Zasada ta dotyczy ramek od 1 do 15. Szczelina 16 w ramce 0 służy do synchronizacji wieloramki;

• w szczelinie czasowej (przypomina sygnalizację w paśmie) - stosuje się w systemach PCM 24-krotnych. Do celów sygnalizacyjnych wykorzystuje się ósmy bit każdej szczeliny czasowej w co szóstej ramce.

Logiczne powiązanie z kanałem użytkownika

Sygnalizacja skojarzona z kanałem (ang. channel associated signaling) - informacje sygnalizacyjne związane z konkretnym kanałem użytkownika są przesyłane w nim samym bądź w kanale sygnalizacyjnym na stałe związanym z rozpatrywanym kanałem użytkownika.

Sygnalizacja może być realizo­wana:

• w paśmie i poza pasmem (przy korzystaniu z nieco szerszego pasma kanału transmisyjnego niż pasmo telefoniczne);

• w szczelinie i poza szczeliną (w przypadku systemów cyfrowych).

Sygnalizację we wspólnym kanale (ang. common channel signaling) - informacje sygnalizacyjne przesyła się w specjalnym, wydzielonym kanale, przypadającym na wiele kanałów rozmownych. Identyfikacja informacji związanej z danym kanałem następuje na podstawie nagłówka zawierającego adres tego kanału.

Zalety:

• wprowadzenie dużej różnorodności sygnałów;

• elastyczne operowanie sygnałami.

SYGNALIZACJA W ŁĄCZU ABONENCKIM

Sygnalizacja w łączu analogowym

W stanie spoczynku - AbA (mikrotelefon odłożony) w łączu abonenckim nie płynie prąd.

Wywołanie (podniesienie mikrotelefonu) - zamknięcie pętli abonenckiej i przyłączenie do łącza abonenckiego urządzenia umożliwiającego odbiór numeru abonenta wywoływanego. Jest to sygnalizowane abonentowi wywołującemu przez sygnał zgłoszenia centrali (częstotliwość od 400-450Hz) nadawany w sposób ciągły do chwili rozpoczęcia wybierania.

Wysłanie informacji adresowej - po otrzymaniu sygnału zgłoszenia AbA wybiera numer AbB w sposób:

• stałoprądowy - wysyłanie serii impulsów odpowiadających kolejnym cyfrom przez zwieranie pętli abonenckiej;

• wieloczęstotliwościowy - każdej cyfrze odpowiadają dwie określone częstotliwości.

Tarcza numerowa - wysyła impulsy stałoprądowe. Numer abonenta żądanego jest nadawany do centrali telefonicznej za pomocą tylu serii impulsów wybierczych, z ilu cyfr składa się ten numer. Liczba impulsów w każdej serii odpowiada wartościom poszczególnych cyfr numeru, Impulsy tworzące jedną serię są wysyłane z częstotliwością nominalną wynoszącą najczęściej 10Hz. Między seriami impulsów występują przerwy między seryjne, kilkakrotnie dłuższe od poszczególnych impulsów.

Klawiatura - wybór dwóch częstotliwości, przy czym każda z nich jest wybierana z innej grupy zawierającej cztery różne częstotliwości. Taki kod jest nazywany kodem „2(1/4)".

Inne sygnały stosowane w łączu abonenckim:

• Sygnał zajętości - wysyłany do AbA w razie zajętości abonenta wywoły­wanego. Jest to sygnał o częstotliwości takiej samej jak sygnał zgłoszenia, lecz przerywany w rytmie o czasie cyklu od 300 do 1100ms.

• Sygnał niedostępności - wysyłany do AbA w razie niemożności zestawienia połączenia z powodu chwilowego braku wolnych łączy lub wolnej drogi w polu komutacyjnym.

• Sygnał ostrzeżenia - włączany do obu abonentów gdy do istniejącej rozmowy włącza się telefonistka w celu zaoferowania rozmowy międzymiastowej bądź międzynarodowej.

Sygnalizacja w łączu cyfrowym

Elastyczny, cyfrowy system sygnalizacji DSS l (ang. digital subscriber signalling system No.1) - informacje sygnalizacyjne przesyła się w kanale D.

Kanał ma szybkość:

• 16 kbit/s - obsługuje 2 kanały użytkownika;

• 64 kbit/s - obsługuje większą liczbę kanałów użytkownika.

DSS 1 korzysta się z trzech warstw architektury OSI (ang. open systems interconnection - międzynarodowe zalecenia łączenia różnych systemów cyfrowych).

Warstwa pierwsza - opisuje charakterystyki fizyczne, elektryczne i funkcjonalne styku między użytkownikiem a centralą.

Dostęp do kanału A - rys.4.10.

Przepływ bitów wysyłanych do kanału D przez urządzenia końcowe TE A oraz TE B i przepływ bitów echowego kanału D (oznaczanego literą E) od adaptera sieciowego NT do urządzeń końcowych. Kanał D jest zajęty przez TE A, a TE B oczekuje na jego zwolnienie. TE B zlicza logiczne jedynki, odpowiadające fizycznym spacjom, czyli brakowi przepływu sygnału, w kanale E. Z chwilą gdy zliczy kolejnych osiem jedynek, co oznacza zakończenie zajmowania kanału D przez inne urządzenie końcowe, TE B może rozpocząć nadawanie.

Ramka fizyczna - konstrukcja pochodząca z TE w styku S/T i zapewniająca obsługę kolizji. Jej format zapewnia, że zera przesyłane kanałem D mają postać symboli o polaryzacji ujemnej. Nie może więc wystąpić sytuacja, w której dwa urządzenia końcowe wyślą jednocześnie w łącze symbole o przeciwnych polaryzacjach, co prowadziłoby do niejednoznaczności w dekodowaniu stanu łącza przez NT.

Flaga - ciąg zawierający pojedyn­cze zera na początku i na końcu oraz sześć jedynek między nimi.

Flaga rozpoczynająca ramkę - wystawiana na łącze przy jednoczesnym zainicjowaniu nadawania przez TE B i TE C. Ponieważ jest ona taka sama dla wszystkich urządzeń końcowych, w czasie wysyłania pierwszego oktetu nie dochodzi do kolizji. Może ona wystąpić dopiero w ciągu transmisji następnych bitów.

Kolizja w dostępie do kanału - dwa (lub więcej) urządzenia końcowe rozpoczną nadawanie informacji.

W czasie, gdy kanał D był zajmowany przez TEA, TEB i TEC otrzymały żądania wymagające skorzystania z transmisji tym kanałem. Jeżeli te urządzenia końcowe mają przyznaną tę samą klasę i poziom uprzywilejowania, to rozpoczną transmisję równocześnie.

Rozpoznawanie kolizji. Symbol ma przewagę nad spacją. Jeżeli jedno urządzenie końcowe wysyła w łącze sygnał, a drugie w tej samej chwili spację, to NT zdekoduje zawsze symbol.

W rozpatrywanym przykładzie do kolizji dochodzi na trzecim bicie po końcu flagi. Odebrane w tym momencie przez NT logiczne zero jest retransmitowane kanałem E. Każde z urządzeń końcowych przed wysłaniem kolejnego bitu sprawdza najpierw zawartość tego kanału. W przypad­ku TE C odpowiada ona wysłanemu ciągowi bitów, a więc kontynuuje on nadawanie. TE B wykryje natomiast kolizję, co pociągnie za sobą natychmiastowe przerwanie transmisji dotychczasowego sygnału i rozpoczęcie wysyłania spacji (oznaczających stan jałowy).

Warstwa druga sygnalizacji DSS 1 - stosuje się protokół LAPD (ang. link access procedure-D) będący rozszerzoną wersją znanego protokołu HDLC - zapewniający niezawodne i wolne od błędów przesyłanie strumieni bitów w kanale D.

Funkcje protokołu LAPD:

• ramkowanie - wyznaczanie początku i końca ramki;

• wykrywanie błędów i ich korekcja przez stosowanie retransmisji;

• adresowanie - wskazywanie urządzenia nadającego i odbierającego ramkę;

• odmierzanie czasu w celu wykrycia ewentualnych przekroczeń limitów
  czasowych;

• zachowywanie kolejności przesyłanych wiadomości;

• zapewnienie połączeń wielopunktowych;

• multipleksowanie - obsługa kilku łączy danych w jednym kanale D.

Wymiana informacji związanej z obsługą protokołów w warstwie drugiej odbywa się z użyciem ramek.

Możemy wyróżnić dwie odmiany ramek:

• z polem danych (wtedy pole sterowania zawiera jeden oktet);

• bez pola danych (dwuoktetowe pole sterowania).

Ramka rozpoczyna się i kończy flagą.

Flaga kończąca jedną ramkę może rozpoczynać jednocześnie ramkę następną. Flagi służą do rozpoznawania początku i końca ramki.

Pole adresowe - składa się z dwóch oktetów.

Znaczenie poszczegól­nych pól pola adresowego:

• Bity rozszerzenia pola adresowego (EAO i EAY) wskazują, czy pole to składa się z jednego czy też większej liczby oktetów. Wartość EA równa 1 oznacza, że jest to ostatni oktet pola adresowego. W przypadku dwuoktetowego pola adresowego EAO jest ustawione na 0, a EAl - na 1.

• Bit C/R rozróżnia ramki rozkazowe i odpowiedziowe. Użytkownik wysyła rozkazy z C/R ustawionym na 0, a odpowiedzi z C/R równym 1. Odwrotnie jest z ramkami przesyłanymi od strony sieci. W tym przypadku w rozkazach C/R ustawione jest na 1, a w odpowiedziach - na 0.

• Identyfikator punktu dostępu do usługi (SAPI) służy do podania punktu, w którym usługi warstwy drugiej są udostępniane jednostkom warstwy trzeciej bądź płaszczyzny zarządzania.

• Identyfikator terminala fizycznego (TEI) umożliwia multipleksowanie w jed­nym medium fizycznym ramek przeznaczonych dla różnych urządzeń koń­cowych.

Pole sterujące - identyfikuje typ ramki (może zawierać jeden lub dwa oktety). Istnieją trzy możliwe typy ramek protokołu LAPD:

• numerowane ramki informacyjne (format I);

• ramki nadzorcze (format S);

• nienumerowane ramki informacyjne i sterujące (format U).

Typ ramki rozpoznaje się na podstawie dwóch pierwszych bitów pierwszego oktetu pola sterującego:

• ramka formatu I - pierwszy bit - 0; a drugi - 0;

• ramki formatu S - pierwszy bit -1, a drugi - 0;

• ramka formatu U - pierwszy bit - 1, a drugi - 1.

Pole N(S) (o długości siedmiu bitów) - stosowane, gdy przesyłany blok danych nie mieści się w polu danych jednej ramki i zachodzi więc konieczność podzielenia go na mniejsze elementy wysyłane kolejno. Aby umożliwić odbiornikowi zestawienie tych fragmentów w całość, są one numerowane przez nadajnik.

Pole N(R) - zawiera, zwiększony o jeden, numer ostatniej ramki, która została odebrana poprawnie. Potwierdzenie odebrania informacji może być przenoszone zarówno przez ramki typu I, jak i służące specjalnie do tego celu ramki typu S.

Bit P/F - używany w ramkach rozkazowych i w odpowiedziowych. W ramkach rozkazowych oznacza się go literą P (ang. poll), a w ramkach odpowiedziowych literą F (ang. final). Ustawienie bitu P na wartość 1 oznacza żądanie przesłania ramki odpowiedziowej, a ustawienie bitu F na wartość 1 wskazuje, że dana ramka odpowiedzi owa została wysłana na żądanie ramki rozkazowej.

Dwubitowe pole S (tylko w ramkach nadzorczych) - służy do informowania o stanie i żądaniach odbiornika. W polu tym wykorzystuje się trzy następujące kody:

• RR (ang. receive ready) - zgłasza gotowość odbiornika do przyjęcia ramki
  o numerze N(R) i jednocześnie potwierdza prawidłowe odebranie ramki N(R) - 1;

• RNR (ang. receive not ready) - potwierdza prawidłowe odebranie ramki N(R) - 1 i oznacza żądanie wstrzymania nadawania następnych danych;

• REJ (ang. reject) - sygnalizuje żądanie retransmisji ramek, rozpoczynając od
  numeru wskazanego przez N(R).

Przykład wymiany ramek informacyjnych i nadzorczych RR.

Przyjęto wielkość okna równą 2 oraz, że transmisja odbywa się tylko w jednym kierunku, a więc zawartość pola N(R) w ramkach typu 1 nie ulega zmianie.

Warstwa trzecia w sygnalizacji DSS 1 - odpowiada za zestawianie, utrzymywanie i rozłączanie kanałów między użytkownikami, a końcowymi centralami ISDN. Warstwa trzecia dokonuje tłumaczenia żądań użytkowników na wiadomości przesyłane następnie do centrali.

Centrala tak oddziaływa na funkcje sterowania związane ze zgłoszeniami, aby spełnić żądania użytkowników końcowych.

Każda wiadomość sygnalizacyjna zawiera

• dyskryminator protokołu (ang. protocol discriminator);

• identyfikator zgłoszenia (ang. cali reference);

• typ wiadomości (ang. message type);

• inne elementy informacyjne.

Dyskryminator protokołu (o długości jednego oktetu) - służy do rozróżniania wiadomości związanych z obsługą sygnalizacji DSS 1 w styku użytkownika z siecią od innych rodzajów wiadomości przesyłanych w kanale D.

Identyfikator zgłoszenia - identyfikuje zgłoszenie (połączenie), do którego odnosi się dana wiadomość. Identyfikator ten jest przydzielany zgłoszeniu w chwili jego zestawiania ze wspólnej puli numerów. Po zakończeniu połączenia identyfikator zwraca się do puli. Identyfikator zgłoszenia jest przydzielany przez urządzenie końcowe abonenta albo przez centralę końcową. Aby umożliwić rozróżnienie dwóch zgłoszeń, gdy zostaną im przydzielone te same numery wykorzys­tuje się ostatni bit pierwszego oktetu identyfikatora zgłoszenia jako „flagę". Flaga ta określa czy numer był przydzielony przez terminal, czy też przez centralę.

Typ wiadomości sygnalizacyjnych:

• wiadomości związane z zestawianiem połączenia;

• wiadomości związane z fazą informacyjną;

• wiadomości związane z rozłączaniem;

• wiadomości różne;

• wiadomości definiowane przez operatora.

9

---