Проектирование цифровой подстанции связи

Интеграция Республики Казахстан в мировое общество открыла рынки сбыта для ведущих мировых производителей в различных отраслях промышленности. Резко возросла потребность в дополнительных видах связи, а также требования к качеству предоставляемых услуг связи. На казахстанском рынке оказалось большое разнообразие оконечных абонентских устройств различного класса сложности для сетей телекоммуникаций. Таких как — многофункциональные телефонные аппараты, телетексты, телефаксы, дата факсы и бюро факсы. Данные устройства, в большинстве своем, предназначены для работы в цифровой сети и оказывают множество различных видов услуг высокого качества. Они охотно приобретаются всеми группами потребителей телефонной сети.

Существующее техническое состояние сети местной и междугородной телефонной связи в Талдыкорганской области не позволяет использовать как отдельные виды новых оконечных абонентских устройств, так и большую группу услуг, предоставляемых такими устройствами. Для удовлетворения возрастающих потребностей абонентов по качеству связи, необходимо создание цифровой сети местной, междугородной телефонной связи и сети абонентского доступа (САД).

Создание цифровой САД позволит решить и другие кардинальные проблемы развития телефонной связи в Республике Казахстан.

Такие как:

повышение качества предоставления услуг потребителям в целом по сети Казахстана;

повышение эффективности линейных и магистральных сооружений сети связи;

увеличение доступности коммутационного оборудования;

повышение надежности коммутационного оборудования и систем связи;

снижение энергоемкости производства;

повышение автоматизации и снижение трудоемкости производства;

и другие проблемы.

Развитие телефонной связи в развитых государствах мира идет по пути цифровизации сети местной и междугородной телефонной связи. По существу телефонные сети развитых стран цифровизированы на 100%. Задача для телефонной сети этих государств сегодня — увеличение количества и качества услуг для потребителей, и непрерывное совершенствование цифрового оборудования.

Телекоммуникационные сети развитых стран соединены между собой с помощью международных и трансконтинентальных магистралей. Эти магистрали выполнены с использованием цифрового оборудования, и подключиться к ним можно только при наличии цифровой сети в телекоммуникациях. Создание цифровой сети в Республике Казахстан сделает возможным интеграцию в сеть телекоммуникаций мирового сообщества.

По мере введения цифровых коммутационных станций с выносными модулями (концентраторами и мультиплексорами) эта величина будет по всей вероятности сокращаться, но стоимость САД останется все же достаточно большой. По этой причине особую актуальность приобретает разработка таких принципов проектирования САД, которые позволили бы в дальнейшем значительно минимизировать затраты на этот элемент телекоммуникационной сети.

Так как технологии xDSL зачастую тесно связаны с использованием систем уплотнения РСМ, в данном дипломном проекте рассматривается вопрос организации абонентского доступа с применением технологии xDSL и систем уплотнения РСМ на ГТС г. Талдыкоргана.

1. Анализ существующей сети г. Талдыкоргана

1.1 Краткий обзор состояния сети г. Талдыкоргана

Талдыкорганский район по своему роду деятельности считается сельскохозяйственным. Население города Талдыкоргана по данным статистического управления на 15.09.2009 года составляет 113 000 человек. На территории города имеется аккумуляторный завод, высшие и средние учебные заведения, музей им И. Жансугурова.

На территории города в настоящее время имеется 4 сельских округа, которые имеют телефонные станции. В данное время всем селам даны по два или три телефона от станции АТС-7 через систему РСМ или по соединительным линиям.

Существующая междугородная телефонная станция г. Талдыкоргана является коммутационным узлом междугородной и внутризоновой связи для абонентов Талдыкорганского региона. Магистральные и внутризоновые направления на станции обслуживаются по заказной и сходной системам обслуживания. Прием заказов на междугородние разговоры в дневное время осуществляется по заказным линиям, включенным в поле заказных коммутаторов и междугородних коммутаторов по индексу «07». Абоненты ГТС г. Талдыкоргана пользуются междугородной телефонной связью, имея выход на 5 магистральных и 13 внутриобластных направлений, исходящая автоматическая связь организована со всеми магистральными и внутриобластными направлениями.

В 1976 году была запущена АТС-2 типа ДШ-54А, во 2-ом микрорайоне г. Талдыкоргана на 4000 номеров, в 1979 году — в 5 микрорайоне АТС-5 ДШ-54А на 6000 номеров.

В 1980 году включились АТС-3 АТСКУ — 100/2000 на 2000 номеров, в районе аккумуляторного завода.

В 1986 году была построена, в центре города АТС-4 типа АТСК-У на 7000 номеров.

В 1990 году — на 9 площадке АТСКУ-6 на 4000 номеров.

В 1992 году АТСДШ-7 была реконструирована в координатно-усовершенствованную АТСКУ-1 на 5000 номеров, в здании АТС-4 на 5 этаже.

Также в городе Талдыкоргане есть 2 ПСК:

ПСК-26 построена в 1977 году на 1000 номеров в микрорайоне Юбилейный г. Талдыкоргана, оборудование АТСК-100/2000.

ПСК-29 построена в 1979 году, оборудование АТСК-100/2000 на 700 номеров в пригородном поселке «Заря Коммунизма».

Общая монтированная емкость сети ГТС г. Талдыкоргана в настоящее время составляет почти 36 000 номеров при пятизначной нумерации абонентских линий. Схема организации городской телефонной сети приведена на рисунке 1.1. Существующие станции, их тип и емкость на настоящее время приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Существующие станции г. Талдыкорган

В течении 1998 года была выполнена большая работа по развитию и модернизации сети ГТС: была произведена установка электронной станции DMS; были построены 2 новых шкафных района № 707, 610.

С целью уменьшения затрат на содержание здания, отопление и электроэнергию была демонстрирована АТС ПСК- 4 на 1000 номеров и переключена на электронную станцию DMS. Качественные показатели работы ГТС как по станционному оборудованию, так и по линейному хозяйству соответствует всем техническим нормам и ухудшения незамечено. Ведется работа по инвентаризации и паспортизации линейно-кабельного хозяйства и станционного оборудования, составлен план капитального и текущего ремонта с разбивкой по кварталам, согласно обследованием и состояния линейного хозяйства.

В настоящее время составлен план мероприятий по дальнейшему развитию и модернизации линий ГТС и задействованию свободной емкости ГТС. Укрепление и модернизация городской сети не обошлось без модернизации междугородной, междугородной связи.

Существующая междугородная связь работает в основном по коаксиальным и симметричным кабелям с медными жилами и уплотняется аналоговой аппаратурой типа К-60. В настоящее время ведется переход на новую цифровую аппаратуру, работающую по оптико-волоконному кабелю, основой которой является аппаратура SDH, работающая на международной сети ТАЕ.

Рисунок 1.1. Схема городской телефонной сети В трех райцентрах работает радиорелейная связь. Кроме того на сети используется системы FLUX. Каналы по FLUX организованы по цифровым системам оптического уплотнения на участках: АТС-7 — АТС-1, АТС-7 — АТС-2; АТС-7 — АТС-3; АТС-7- АТС-5; АТС7 — АТС-4; АТС-7 — АТС-6. Данные по межстанционным соединительным линиям Талдыкорганской городской дирекции телекоммуникаций (ГДТ) приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Данные по межстанционным соединительным линиям

1.2 Обзор развития местных телефонных сетей

По оценкам зарубежных специалистов, использование средств связи в сочетании со средствами вычислительной техники обеспечивает 10−15% экономии капиталовложений в национальное хозяйство, на 5−7% снижает производственные затраты и на 8−10% сокращает численность управленческого персонала. Несмотря на это, состояние местных телефонных сетей не соответствует потребностям страны по качеству и количеству услуг телефонной связи. И если по суммарной емкости местных телефонных сетей наша страна занимает одно из средних мест среди самых развитых стран мира, то по телефонной плотности, а это основной показатель развития связи, она значительно уступает не только развитым, но и некоторым развивающимся странам.

На сегодняшний день на 100 жителей приходится только 7,3 телефонных аппаратов: в городах и поселках городского типа 9,7 и в сельской местности — 1,7. Правда, в последние годы телефонная плотность значительно увеличилась в квартирном секторе, в целом по Республике Казахстан она доведена до 20,39, в том числе в городах — до 19,29, в сельской местности — до 5,15. В результате сейчас в городах каждая вторая семья имеет телефон.

Значительно хуже телефонизирован аграрно-промышленный комплекс, поскольку построение сетей сельской телефонной связи убыточно и, следовательно, мало привлекательно для инвесторов.

Сложность заключается в том, что 80% АТС состоит из морально устаревшего оборудования. Так, сегодня на местных телефонных сетях работает 18,8% декадно-шаговых, 61,2% координатных АТС и лишь 15% электронных и 4,9% квазиэлектронных систем коммутации. Несколько лучше обстоит дело с внедрением цифровых систем передачи — на ГТС организовано 79,12% цифровых высококачественных каналов соединительных линий, на СТС — 53,55%. Дальнейшее развитие местных сетей будет идти не только по пути увеличения номерной емкости, но и по пути реконструкции устаревших АТС и линейных сооружений.

До недавнего времени соотношение отечественного и зарубежного оборудования, внедряемого на казахстанских сетях, составляло на все 100% зарубежное, но в последнее время картина начинает меняться. Сегодня сертификат соответствия имеет следующее коммутационное оборудование, запущенное в серийное производство совместной турецко-казахстанской фирмой «Веснет».

Следующий этап работы по совершенствованию местных телефонных сетей — повсеместное внедрение повременного учета разговора, причем в очень сжатые сроки. Это объясняется тем, что бесконтрольное использование имеющихся возможностей может создать серьезные проблемы в обеспечении бесперебойной работы местных телефонных сетей, так как 80% устаревших аналоговых систем могут пропускать нагрузку 0,15 Эрл на одну абонентскую линию. В то же время огромные нагрузки, которые создают офисные станции (до 0,7 Эрл), офисы, размещающиеся в частных квартирах, надомники, работающие с помощью телефонов, телефонные аппараты с определителем номера, переговорные пункты и др., могут резко снизить качество предоставляемых услуг и привести к тому, что малоговорящие абоненты будут платить за часть разговоров многоговорящих. В связи с этим ОАО «Казактелеком» провел большую работу по сертификации и отбору различных систем АПУС. В частности, к внедрению допускаются только те системы, которые позволяют вести повременный учет телефонных разговоров с фиксацией номеров обоих абонентов, диагностику технического состояния АТС, статистический анализ работы телефонной станции, контроль нагрузки (трафика) на межстанционных линиях и др. Правда, пока лишь около 27% телефонных номеров оборудовано АПУС.

На данный момент сертифицировано 11 типов АПУС. Новым ОТТ удовлетворяют: АТЕ plus (фирма Strom Telekom, Чехия), «АДД Тариф» (фирма АДД, Молдова), СТН-2000 (фирма Kobir, Эстония), TPLAK 100 и ANN 50/200S (фирма «Элсис», Литва), АПУС-В (фирма «Амфител», г. Электросталь Московской обл.). Не удовлетворяют требованиям новых ОТТ системы АПУС-3 (Екатеринбургский завод «Промсвязь»), АСД (АО «ПТС»), АПУС, ИТЭК (г. Чернигов), TEMS-10 000 (фирма Lipman, Израиль).

Существенным фактором, определяющим качество работы местной телефонной связи, является состояние таксофонного парка. Сейчас на местной телефонной сети работают около 192 тыс. таксофонов, в том числе 3 365 универсальных. Кроме того 1162 таксофона установлены операторами коммерческих сетей. Однако основу таксофонного парка составляют морально устаревшие таксофоны семейства АМТ-69, которые переоборудуются под жетонный и карточный варианты.

Наиболее уязвимой составляющей таксофонной системы оказались таксофонные карты. Проблема безопасности производства и эмиссии карт может быть решена только централизованно — путем объединения и координации сил и средств всех операторов и поставщиков. При этом необходима разработка ведомственных нормативных актов, подкрепленных конкретными требованиями к системам безопасности.

Подводя итоги, можно сказать, что местные телефонные сети вступили в фазу качественной реконструкции, характеризующуюся прежде всего широким внедрением цифровых коммутационных станций. В данном случае подразумевается не только смена поколений технических средств на ГТС и СТС, но и существенное изменение основных принципов развития всей телекоммуникационной системы.

Одной из особенностей этого процесса является быстрое формирование спроса на информационное обслуживание самого современного уровня, что требует концентрации усилий и финансов для создания и внедрения новейших технологий. Поэтому особое значение приобретает организация национальной сети сигнализации ОКС № 7, полностью стыкующейся с мировыми сетями, и интеллектуальной сети. Уже сейчас реализована опытная зона ОКС № 7 и внедряется ЦСИО.

По мере использования оптического кабеля на абонентской сети представляется целесообразным использованием цифровых коммутационных станций большой емкости. Универсальные стыки между сетью доступа и групповым оборудованием превратили современную коммутационную станцию в совокупность двух модулей — сети доступа и группового оборудования. При этом сеть доступа должна обеспечивать подключение стандартных абонентских устройств, а групповое оборудование — сеть ОКС № 7 и стык с интеллектуальной сетью. Сеть доступа и групповое оборудование должны иметь стык с сетью технической эксплуатации (TMN).

Ожидаемые изменения в программно-аппаратных средствах будут отражать процесс эволюции современных коммутационных станций, вплоть до того момента, когда услуги широкополосной ЦСИО начнут играть доминирующую роль в развитии местных сетей. На этом этапе цифровые коммутационные станции будут преобразованы в АТМ — коммутаторы.

1.3 Абонентский доступ

Абонентская сеть, соединяющая терминальное оборудование с коммутационной станцией, считалось самым консервативным элементом телекоммуникационной системы. В конце ХХ века ситуация кардинально изменилась; к абонентской сети предъявляются новые требования. Выполнение этих требований ведет к существенным изменениям принципов построения и дальнейшего развития абонентской сети. В своем новом качестве она стала называться сетью абонентского доступа.

Процессы модернизации существующих серей абонентского доступа в самое ближайшее время изменят этот элемент телекоммуникационной системы до неузнаваемости. Операторам электросвязи следует обратить самое серьезное внимание на сети абонентского доступа. Использованные ранее принципы их создания и развития могут стать серьезнейшим тормозом дальнейшей модернизации всей телекоммуникационной системы. Одним из основных препятствий — проблемы существующей кабельной магистральной сети.

Проблемы кабельной магистрали существуют также давно, как и сами кабельные магистральные сети. На сегодняшний день — это:

— физический износ;

— перегруженность кабельной канализации и отсутствие свободных каналов;

— моральный износ;

— высокая стоимость эксплуатации, имеющая тенденцию к увеличению.

Растущий спрос на новые услуги при условии достаточного количества обычных медно-проводных абонентских линий предопределил разработку технологий «цифровых абонентских линий» (английский термин — Digital Subscriber Loop). Технологии, получившие название xDSL по английской аббревиатуре, позволили организовывать высокоскоростную цифровую передачу по существующим абонентским линиям. Таким образом, новые услуги, требовавшие цифрового метода передачи, стали предоставляться с использованием существующей кабельной распределительной сети.

В абонентских распределительных сетях стали широко применяться также оптические технологии. Получили распространение концепции FTTB (Fiber to the Building), FTTZ (Fiber to the Zone) и другие. Суть их сводится к отказу от дальнейшего строительства медных кабельных линий, вместо которых используются оптические. Такая концепция широко использовалась и используется при новом строительстве, однако она не нашла широкого распространения в районах со сложившейся инфраструктурой медных линий, где существенно дешевле применение xDSL.

В обоих случаях операторов интересовали возможности предоставления современных цифровых или интегрированных услуг и сеть доступа модернизировалась для решения именно этой задачи.

В развивающихся странах, к которым (по крайней мере в смысле сети связи) можно отнести Казахстан, потребности операторов другие. Спрос на новые виды услуг, хотя и растет, но все равно составляет единицы процентов, да и то в основном в крупных городах. Основной задачей развития сети по-прежнему остается традиционная «телефонизация», то есть обеспечение абонентов обычной аналоговой телефонной связью.

В развивающихся странах, в том числе и в Казахстане, также прошла (или идет) модернизация магистральных линий, затем транзитных станций, и, наконец, городских и сельских АТС. Под модернизацией в данном случае понимается новое строительство с постепенным выводом из эксплуатации устаревшего оборудования. При этом емкость новых коммутационных станций обычно в несколько раз больше заменяемых старых. Таким образом, у оператора появляется возможность предоставления качественных услуг традиционной телефонии с точки зрения возможностей коммутационного оборудования и магистральной сети, но отсутствует или явно недостаточна по емкости абонентская распределительная сеть.

Современные технологические решения, разработанные изначально для предоставления цифровых услуг, были с успехом применены и для задач, характерных для развивающихся стран. Так, на основе решений xDSL была создана целая гамма оборудования уплотнения абонентских линий. Это оборудование позволяет повысить эффективность использования существующих АЛ в 4,8, а иногда и в 30, 60 раз.

Как и в развитых странах, операторы заинтересованы в максимально эффективном использовании существующей кабельной сети, а при новом строительстве предпочтение отдают прокладке широкополосных, надежных и удобных в эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Применение ВОЛС на участке «последней мили» давно стало нормой в странах Юго-Восточной Азии, Южной и Центральной Америки и т. д. При этом на первом этапе ВОЛС используется в основном для предоставления обычных аналоговых услуг, а в дальнейшем, по мере возникновения платежеспособного спроса, по тем же линиям предоставляются услуги ISDN или передачи данных.

Несколько особняком стоит фиксированный радиодоступ (английский термин WLL — Wireless Local Loop). Данный способ подключения абонентов в последние годы начал широко применяться во всем мире для решения задач, предоставления традиционных услуг аналоговой телефонии. Предоставление с помощью средств радиодоступа цифровых, особенно широкополосных услуг затруднено ограниченностью частотного ресурса. Для беспроводной передачи данных используются специализированные системы. Радиодоступ применяется в основном альтернативными операторами, не имеющими собственной кабельной распределительной сети. Эффективен он также в труднодоступных и малонаселенных районах.

Все эти тенденции не должны обойти и Республику Казахстан которая становится все более активным участником создаваемого глобального информационного сообщества.

1.4 Классификация технологий xDSL

Под названием xDSL подразумевается семейство технологий, предназначенных для организации цифровых абонентских линий — DSL (Digital Subscriber Line) — с использованием в качестве среды передачи медных витых пар существующих абонентских телефонных кабельных систем.

На современном этапе развития семейство xDSL включает следующие технологии:

— DSL;

— IDSL;

— HDSL, SDSL;

— ADSL, RADSL, UADSL;

— VDSL и др.

Модемы xDSL имеют отличительную особенность по сравнению с модемами для физических линий. Они используют спектр частот, не пересекающийся со спектром канала ТЧ, благодаря чему на абонентской линии можно вести телефонные переговоры одновременно с передачей цифровой информации.

Прогнозы развития рынка xDSL, предоставленные различными фирмами, учитывают особенности различных регионов мира и сделаны отдельно для делового и частного секторов. Например, по прогнозам Datamonitor в 2004 г. 21% всех европейских предприятий в качестве средства доступа в Интернет будут использовать DSL. Если в 1998 г. это число составляло 500 тыс. предприятий, то к 2005 г. ожидается, что оно достигнет 900 тыс., а к 2010 г. — 1,5 млн. В частном секторе Европы к 2005 г. количество пользователей ADSL вырастет до 6,6 млн.

Рисунок 1.2. Часть «родословного дерева» xDSL с разделением по средствам и направлению передачи Для наглядной классификации методов xDSL необходимо распределить их по технологиям и применению этих технологий в различных службах и оборудовании. При составлении «родословного дерева» xDSL ограничиваемся рассмотрением различных технологий xDSL.

1.4.1 Разделение технологий xDSL по среде передачи

Первоначально понятие DSL употреблялось только в связи с передачей по симметричным медным линиям, в США оно приравнивалось к BRI-ISDN (Basic Rate Interface Integrated Services Digital Network). Со временем варианты беспроводных линий Wireless Local Loop стали также обозначать DSL (чего, однако, не приемлют некоторые специалисты), например, WDSL — Wireless DSL, AirDSL, skyDSL. Недавно фирмой Alcatel Kommunikations-Elektronik в рамках представления нового оборудования LineRunner для СеВ1Т2000 были введены сокращения FDSL (Fiber DSL) и PDSL (Powerline DSL). На рис. 18 показана часть «родословного дерева» технологий xDSL. Далее в качестве среды передачи мы будем рассматривать только медь.

1.4.2 Разделение технологий xDSL по отдельным направлениям

Для передачи xDSL используются симметричные пары медных проводов, причем технологии отличаются тем, сколько пар используется и как осуществляется разделение в различных направлениях.

Самое простое и лежащее на поверхности решение — передача данных в прямом и обратном направлениях (прямое: от АТС к абоненту; обратное — от абонента к АТС) по разным парам (пространственное уплотнение), то есть по каждой из пар передача осуществляется только в одну сторону, отсюда и название — симплекс. В этом случае говорят о UDSL (Unidirectional DSL).

Большая часть технологий xDSL является дуплексной, то есть передача происходит по одной паре в прямом и обратном направлениях, причем разделение осуществляется с помощью эхокомпенсации и/или частотного разделения. При полу дуплексе происходит передача в обоих направлениях тоже только по одной паре, но разновременно. В зависимости от времени, необходимого для передачи в обоих направлениях, возможно разделение по постоянной и переменной временной сетке. Основными представителями являются VDSL (Very high bitrate DSL) с использованием TDD (Time Division Duplex), японский вариант ISDN с ТСМ (Time Compression Multiplexing) и EtherLoop (рисунок 1.2).

Разделение дуплексных технологий xDSL по соотношению скоростей передачи в прямом и обратном направлениях Дуплексные технологии xDSL можно разделить по соотношению скоростей передачи в прямом и обратном направлениях. Если скорости в обоих направлениях одинаковы, то говорят о симметричных технологиях xDSL (Symmetric DSL). В асимметричных технологиях (Asymmetric DSL) скорость передачи в прямом направлении намного выше, чем в обратном. В частном случае ADSL могут эксплуатироваться и в симметричном режиме. Говоря о Reverse ADSL — сокращенно RDSL (это сокращение используется также для Residential DSL), имеют в виду обратимую ADSL, скорость передачи которой в обратном направлении больше, чем в прямом (что недопустимо из-за больших переходных помех).

Симметричные технологии xDSL.

Симметричные технологии xDSL различают по числу пар используемых проводов. HDSL (High bitrate DSL) — один из важнейших представителей симметричных технологий xDSL — применяется для передачи по одной, двум или трем парам. Часть «родословного дерева» xDSL для симметричных технологий представлена на рисунке 1.3.

Сначала появился вариант HDSL для двух пар, нормированный в ANSI (American National Standards Institute, который использует кодирование 2B1Q). Затем прошла стандартизация вариантов HDSL для трех, двух и одной пар в ETSI (European Technical Standards Institute) (с использованием 2B1Q или CAP — Carrierless Amplitude Phase Modulation). Все виды технологий HDSL нашли всемирное применение. Особое место занимает ненормированный вариант wDSL (wavelet DSL).

Рисунок 1.3. Симметричные технологии xDSL

Рисунок 1.4. Симметричные технологииx DSL для одной пары Симметричные технологии xDSL для одной пары различают по скорости передачи: постоянная или переменная, или же с возможной установкой (рисунок 1.4). Для таких технологий также принято сокращение SDSL, поэтому проблемы в понимании «запрограммированы» .

Самая старая симметричная технология xDSL для одной пары с постоянной скоростью — европейская или американская технология для BRI-ISDN, при которой осуществлялась дуплексная передача на скорости 160 кБит/с и разделение с помощью эхокомпенсации (кодирование: 2B1Q или 4ВЗТ). Модификация ISDN обозначается IDSL (ISDN DSL).

Для передачи Т1 по одной паре на минимальное расстояние 3,65 км при сечении провода 0,511 мм, на скорости 1,5 Мбит/с (например, на базе кода 2B1Q), были разработаны системы HDSL, которые не были нормированы в ANSI, так как их дальность достигала лишь 80−85% требуемой. Эти системы явились шагом на пути к разработке систем передачи на скорости 2,048 Мбит/с и позже на 2,304 Мбит/с по одной паре. В рамках ETSI была стандартизована передача на 2,304 Мбит/с (плюс 16 кБит/с) по одной паре.

Под эгидой ANSI в последние годы интенсивно велись поиски возможностей передачи Т1 по одной паре на минимальное расстояние 3,65 км. В результате появилась технология HDSL2, которая скоро будет стандартизована.

Одно из ее важных новшеств (по сравнению с HDSL) — применение различных спектров источников в прямом и обратном направлениях («спектральная асимметрия»). В технологии HDSL2, которая уже нашла практическое применение, используется OPTIS (Overlapped РАМ Transmisson with Interlocking Spectra).

На основании знаний о развитии HDSL2 в ETSI, а также в МСЭ начались исследования новой технологии HDSL. В ETSI она получила название SDSL. Это вызвало еще большую неразбериху, так как для того, чтобы отличить ETSI-SDSL от вышеуказанных технологий SDSL, здесь (в соответствии с HDSL2) также употребляется сокращение SDSL2. Существенно то, что HDSL2 рассчитано исключительно на передачу Т1, SDSL2 требует скорости 384 кБит/с до 2,304 Мбит/с (с возможным растром 64 кБит/с).

Нормирование SDSL2 в ETSI должно быть предварительно завершено в первой половине 2000 г. В МСЭ проходят мероприятия по новым симметричным высокоскоростным технологиям под названием G. shdsl (в будущем G.991.2).

Зачастую полная скорость (544 или 2,304 Мбит/с) не требуется или необходимая дальность при этих скоростях не достигается. Отсюда появились новые системы, заполняющие «зазоры в скоростях»: сначала это были системы MDSL (в интервале скоростей между 160 и 784 кБит/с), позднее — системы MSDSL, занимающие диапазон скорости передачи 160−2320 кБит/с. MDSL представляют собой множество подсистем MSDSL, которые не были нормированы, а используемая технология соответствует HDSL.

MDSL расшифровывают по-разному: Medium speed DSL; Medium bitrate DSL; Multi-rate DSL; Mid range DSL; Multiline DSL. MSDSL' означает Multi-rate Symmetric DSL. Здесь также приняты разные сокращения — MR-SDSL (Multi-Rate Symmetric SDSL) или М/SDSL (Multispeed Symmetric SDSL). Для указания возможности ступенчатого регулирования скорости передачи используется обозначение RA-HDSL (Rate Adaptive HDSL). В зависимости от технического исполнения, возможна ручная либо автоматическая установка оптимального значения скорости, обусловленная также качеством кабеля. MDSL/MSDSL в основном применяется в системах voice pair gain (например, ИКМ4А; ИКМ6А; ИКМ8А; ИКМ10А; ИКМ11А; ИКМ16А).

Сначала производители ИМС предложили решения для передачи на постоянной скорости, а затем — на переменной. Были разработаны решения с использованием конкретных линейных кодов. Однако сейчас большинство производителей ИМС предлагают универсальные решения, в которых с помощью программного обеспечения можно установить тот или иной вид кодирования (например, GlobeSpan Semiconductor для MSDSL/HDSL2/SDSL2). Фирма Metalink в этой связи ввела понятие Multi-Mode DSL. Так как симметричные технологии DSL для одной пары распространены очень широко, то появилось множество обозначений для оборудования, базирующегося на этих технологиях. Эти сокращения либо содержат буквы от названия фирм (например, GDSL, WaiDSL), либо уточняют отдельные особенности (FDSL, EA-sDSL), либо это просто «изобретения рынка» (TurboISDN).

Сначала технологии SDSL2 предназначались в основном для делового сектора. Но возможности комбинированной передачи речи и данных, повышенная потребность частного сектора в скорости передачи и хороших технических характеристиках (таких, как спектральная совместимость, аварийное питание и т. д.) могут в будущем привести к тому, что SDSL2 заменят ISDN в частном секторе и тем самым создадут серьезную конкуренцию асимметричным службам xDSL. Первые образцы оборудования SDSL2 были представлены уже на выставках «CeBIT'99» и «Telecom'99» .

Стремление к комбинированной передаче речи и данных, использование симметричных технологий xDSL привело к появлению такого оборудования, как, например, PoDSL, EDSL и EA-sDSL.

Асимметричные технологии xDSL.

Если первоначально развитие симметричных технологий xDSL в основном было ориентировано на потребности делового сектора, то асимметричные технологии xDSL были предназначены для частного сектора. Такой подход определяет существенную разницу в требованиях к ним. В частном секторе было необходимо, чтобы уже существующая телефонная служба (ТфОП или BRI-ISDN) продолжала работать и при переходе на ADSL. Иначе говоря, помимо телефонной службы требовалось обеспечить и передачу данных. С целью разделения речевых сигналов и сигналов передачи данных введены частотные разветвительные фильтры, называемые разветвителями. На рисунке 1.5 приводятся асимметричные технологии xDSL.

Асимметричные технологии xDSL с разветвителем.

ADSL (т.н. Full-rate ADSL) — наверное, самая известная технология xDSL, первоначально требовала наличия разветвителя. По этой технологии максимальная скорость передачи в прямом направлении достигала 6,144 Мбит/с и в обратном 0,640 Мбит/с. Разделение осуществлялось с помощью эхокомпенсации или методом частотного разделения. Разветвители необходимы как со стороны АТС, так и со стороны потребителя. В ADSL после долгой «войны» CAP и DMT (Discrete Multitone Technology) последний вид модуляции получил наибольшее распространение.

Первые линии ADSL могли работать только на постоянных скоростях. Между тем решения ADSL могут регулировать скорость передачи в зависимости от качества линии. Из-за адаптивности скорости передачи эту технологию иногда ошибочно называют RADSL (технология Rate Adaptive DSL). Она базируется на CAP и включена ANSI в спецификацию TR-59.

Различают «ADSL over POTS» и «ADSL over ISDN». В зависимости от вида применения могут быть использованы различные диапазоны частот. При этом важен способ передачи для терминала базового доступа ISDN (2B1Q или 4ВЗТ, или ТСМ в Японии).

Интересно заметить, что сегодняшняя технология ADSL должна была бы называться ADSL3, поскольку первые идеи ADSL были выполнены с другими соотношениями скоростей передачи в прямом и обратном направлениях (ADSL1 -1,5Мбит/с/16 кБит/с; ADSL2 -3 Мбит/с/16 кБит/с; ADSL3 — 6 Мбит/с/64 кБит/с).

Очень высокие скорости передачи в прямом и обратном направлениях достигаются с помощью VDSL. Ранее для VDSL использовались также обозначения VADSL, BDSL (Broadband DSL) или VHDSL (Very High bitrate DSL). Стандартизация VDSL пока не закончена и не решено, какая из технологий будет выбрана: упомянутая технология, основанная на TDD (ей отдает предпочтение так называемый альянс VDSL), или технология на основе FDD (Frequency Division Duplex), предпочитаемая коалицией VDSL. В настоящее время нормирование этих технологий не может быть полностью завершено, так как ни у одной из них нет особых преимуществ по сравнению с другой.

Асимметричные технологии xDSL без разветвителя.

Внедрение ADSL на практике показало, что установка разветвителей связана с большими затратами. Поэтому были начаты поиски технологий ADSL, которые могут обойтись без разветвителя. Целым рядом фирм были предложены различные варианты исходя из уменьшения скорости передачи в обоих направлениях по сравнению с ADSL (например, MVL — Multiple Virtual Line DSL; CDSL — Consumer DSL; CiDSL — Consumer installable DSL). После проведения множества испытаний удалось сэкономить разветвитель на стороне абонента, но практика показала, что во многих случаях передача без фильтра получается не всегда (Microfilter; distributed filter; In-line-Filter). Технологии ADSL, не требующие разветвителя, были нормированы в МСЭ (G.992.1) и получили название G. Lite (а также ADSL. Lite или DSL. Lite).

VDSL.Lite — технология, которая должна заполнить «зазор в скоростях передачи» между ADSL и VDSL.

Между тем «full rate ADSL» удалось реализовать без разветвителя.

Перейдем от классификации технологии xDSL к сопоставлению служб и оборудования xDSL по отдельным технологиям.

Так как службы и оборудование xDSL относятся как к симметричным, так и к асимметричным технологиям, то однозначно отнести их к определенной категории можно не всегда.

Один из самых популярных в последнее время, но до сих пор не упомянутых нами терминов — VoDSL (Voice over DSL) — буквально означает передачу речевых сигналов по цифровым линиям сети абонентского доступа. По нашему мнению, сокращение выбрано не совсем удачно, так как передача речи возможна почти по всем технологиям xDSL.

Различают VoSDSL и VoADSL, при этом их особенностью часто является сочетание сжатия речевых сигналов и ATM. Таким образом осуществляется передача до 16 ТфОП.

Рисунок 1.5. Асимметричные технологии xDSL службы и оборудование xDSL

Стандарты на технологии DSL.

Наиболее значимые (с точки зрения ожидаемого массового внедрения) DSL-технологии стандартизованы ETSI — European Technical Standards Institute, ANSI — American National Standards Institute или МСЭ.

В таблице 1.3 приведен список стандартов, действующих в DSL-мире. Естественно, если та или иная технология не стандартизована, это не значит, что ее нельзя применять. Многие из технологий стандартизировались «де факто», т. е. стандарт создавался уже после того, как технология прошла проверку массовым использованием.

Таблица 1.3 — Список стандартов, действующих в DSL-мире

Примеры применения и построения систем HDSL.

Ниже, как пример одного из наиболее гибких решений оборудования HDSL, приведено краткое описание серии WATSON2, WATSON3 и WATSON4 производства Schmid Telecom AG.

Для организации линейного тракта в аппаратуре HDSL используются две технологии кодирования — 2В1Q И CAP, В зависимости от примененной технологии линейного кодирования различается и дистанция безрегенераторной передачи. Компания Schmid Telecom AG (Цюрих, Швейцария) является одним из ведущих мировых производителей оборудования HDSL. В отличие от большинства других поставщиков, Schmid поставляет системы HDSL, основанные на обеих технологиях кодирования — 2В1Q (WATSON2) и CAP (WATSON3, WATSON4). В системе WATSON4 впервые в мире применена технология кодирования CAP-128, обеспечивающая передачу потока 2 Мбит/с по одной паре медного кабеля. Благодаря единству конструктивного исполнения систем WATSON, оператор имеет возможность гибкого выбора модема, оптимального по соотношению возможность/цена.

Опыт применения систем HDSL в России показывает, что оборудование WATSON3 (технология CAP-64) безусловно превосходит по качественным параметрам (дальность, помехозащищенность и т. д.) аппаратуру, основанную на технологии 2В1Q. Однако по ценовым показателям, системы WATSON3 уступают WATSON2 ввиду того, что технология 2В1Q является существенно более распространенной и дешевой в производстве. Существенно, что с появлением системы WATSON4 (CAP-128) появилась возможность использования на относительно коротких линиях оборудования WATSON4, работающего по одной паре приблизительно на той же дистанции, что 2В1Q по двум парам. Стоимость WATSON4 практически одинакова с WATSON2, а благодаря экономии одной пары экономическая эффективность использования WATSON4 еще более увеличивается. Таким образом, появилась возможность полностью отказаться от применения технологий 2В1Q.

Компанией Schmid Telecom AG предлагаются следующие системы HDSL:

— WATSON2 с технологией 2 В 1Q, передает поток 1 Мбит/с по одной паре или 2 Мбит/с по двум парам;

— WATSONS с технологией САР64, передает поток 1 Мбит/с по одной паре или 2 Мбит/с по двум парам;

— WATSON4 с технологией CAP 128, передает поток 2 Мбит/с по одной паре;

— WATSON4 Multi-Speed с технологией CAP, с изменяемой линейной скоростью, позволяет вести дуплексную передачу на скоростях от 128 кбит/с до 2048 кбит/с по одной паре с увеличением дальности работы при снижении линейной скорости.

Технология HDSL Schmid обладает явными преимуществами перед другими технологиями организации цифровых трактов. В отличие от оптического волокна, коаксиального кабеля или радиолиний, системы HDSL могут быть установлены в считанные часы и имеют низкую стоимость. Автономно или в комбинации с другим телекоммуникационным оборудованием HDSL WATSON может применяться для:

— межстанционных связей цифровых или (совместно с мультиплексорами ИКМ-30 любого типа) аналоговых АТС, для подключения учрежденческих АТС;

— замены сложных в обслуживании и требующих множества промежуточных регенераторов линейных трактов ИКМ-30;

— уплотнения абонентских линий и организации абонентского выноса (совместно с мультиплексорами временного разделения);

— организации доступа к высокоскоростным оптоволоконным трактам SDH или PDH;

— связи локальных сетей или высокоскоростного доступа к сетям передачи данных, в том числе Internet;

— соединения узлов коммутации и базовых радиостанций сотовых сетей связи.

Некоторые типовые примеры использования технологии HDSL даны на рисунке 1.6 — 1.11.

Рисунок 1.6. Межстанционная связь между цифровыми АТС Рисунок 1.7. Межстанционная связь между аналоговой и цифровой АТС Рисунок 1.8. Абонентский вынос Перечень применений технологии HDSL расширяется с каждым годом по мере роста потребности в недорогом, быстром и надежном решении для высокоскоростной связи.

Рисунок 1.9. Доступ к сети SDH

Рисунок 1.10. Объединение локальных вычислительных сетей Рисунок 1.11. Применение HDSL для соединения базовых станций в сотовых сетях связи При построении систем HDSL WATSON применен блочный принцип. Оператор может выбрать вариант конструктивного исполнения, технологии линейного кодирования, протокола сетевого управления, тип интерфейса. Таким образом достигается гибкость выбора параметров системы при сохранении низкой стоимости из-за отсутствия ненужной избыточности. В состав аппаратуры WATSON входят следующие блоки:

— Блок линейного окончания (LTU) для монтажа в модульной кассете 19″ или в корпусе minirack для стойки 19″

— Блок сетевого окончания (NTU) в настольном исполнении или в корпусе minirack для монтажа в стойку 19″ .

— Резервированный модуль подключения питания (PCU) для кассеты 19″ (выполнен в виде двух раздельных модулей).

— Модуль управления (CMU) для кассеты 19″ для легкой интеграции с системами централизованного сетевого управления на базе протокола SNMP.

— Регенератор для особенно больших расстояний.

— Кассета 19″, в которую могут устанавливаться модули WATSON2, WATSONS и WATSON4.

Функциональные возможности системы WATSON:

— Скорость по интерфейсу пользователя (G.703) 2 Мбит/с.

— Любая скорость (кратная 64 кбит/с) — до 2 Мбит/с (V.35, V.36, Х.21) по интерфейсу пользователя.

— Изменения линейной скорости (144, 256, 512, 1048 кбит/с) с соответствующим изменением дальности работы.

— Интерфейс Ethernet 10BaseT с функцией моста (bridge) — для непосредственного подключения ЛВС.

— Работа по одной паре — со скоростью до 1 Мбит/с (WATSON2, WATSON3) или до 2 Мбит/с (WATSON4).

— Два интерфейса (N*64 кбит/с каждый) — для независимой работы двух трактов со скоростью до 1 Мбит/с каждый, т. е. система выполняет функции двухканального мультиплексора.

— Резервирование по одной паре — в случае обрыва одной из пар по другой передаются 15 информационных временных каналов, а также каналы 0 и 16, используемые обычно для сигнализации и управления.

— Полное резервирование 1+1 — две пары систем HDSL устанавливаются параллельно, в случае выхода из строя одной из них, вторая (горячий резерв) обеспечивает передачу полного потока 2 Мбит/с.

— Режим работы — прозрачный или режим с разбивкой по кадрам (G.703, G.704, ISDN PRA).

— Питание модулей NTU и регенератора — локальное или дистанционное (по линии).

— Управление — локальное (по интерфейсу RS232) или дистанционное (по вторичному каналу), централизованное сетевое управление.

— Система измерения параметров линии, сигнализации ошибок и определения качества передачи — встроенная.

1.5 Планирование и оптимизация топологии сетей абонентского доступа

Один из важных аспектов процесса планирования состоит в разрешении вопросов проектирования и модернизации топологии сети на основе достоверных исходных данных о территории и существующих объектах. Ниже обсуждается вопрос о применении современной программной объектно-ориентированной технологии для решения задач паспортизации и проектирования сетей связи.

Сеть абонентского доступа (САД). Под САД понимается совокупность линий и устройств, включенных в одну АТС напрямую или через выносной модуль (концентратор, мультиплексор). Ее структура состоит из абонентских и магистральных линий, зоны прямого питания, распределительного участка.

Современный этап развития электросвязи характеризуются рядом качественных изменений, из которых наиболее существенные протекают именно на САД. В первую очередь следует отметить широкое применение радиосредств для обеспечения доступа абонентов к телефонной сети общего пользования (ТфОП). В качестве одной из задач использования радиосредств можно выделить организацию абонентского доступа для подключения стационарных абонентов к ТфОП.

Второй важнейший шаг в эволюции САД — широкое применение оптоволоконного кабеля (ОК). Использование этой среды распространения сигналов эффективно уже на современном этапе эволюции электросвязи. По мере предоставления услуг, требующих применения широкополосных каналов, использование ОК считается сегодня необходимым условием.

Оптимальная структура САД выбирается на этапе расчета различных вариантов. Абоненты могут включаться в цифровую коммутационную станцию (ЦКС) одним из приведенных ниже способов:

посредством индивидуальных двухпроводных физических абонентских линий (АЛ), включаемых в кросс ЦКС;

через концентраторы или мультиплексоры, которые посредством ИКМ — трактов соединяются прямо с ЦКС;

через концентраторы или мультиплексоры, которые, в свою очередь, подключаются к другому концентратору или мультиплексору;

посредством индивидуальных АЛ, образованных так называемыми радиоудлинителями;

с помощью цифровых систем с множественным доступом сопрягаемым с ЦКС по ИКМ — трактам.

Конкретные характеристики, определяющие целесообразность этих вариантов, зависят от многих факторов, характеризующих как конкретную местную сеть, так и тип используемого коммутационного оборудования. В настоящее время основное внимание уделяется вариантам внедрения цифровых АТС с концентраторами, но, тем не менее, мультиплексоры также достаточно широко применяются в ряде стран. Можно считать, что каждая ЦКС выполняет две основные функции: установление соединения между абонентами и концентрацию нагрузки с целью эффективного использования ресурсов первичной сети.

Планирование САД — комплексная процедура, включающая в себя вопросы анализа потоков размещения концентраторов, выбора топологии сети, емкостей и состава оборудования. При этом предполагается увеличение надежности, качества обслуживания сети одновременном снижении стоимостных показателей (капитальных вложений или приведенных затрат). Сеть доступа для ЦКС должна отвечать как требованиям цифровой телефонии, так и задачам реализации перспективных телекоммуникационных технологий.

Задача оптимизации размещения оборудования. Выбор оптимального количества оборудования, размещение его и емкостей выносных модулей необходимы при моделировании ситуаций, при которых известен спрос на услуги связи (требуемая подводимая емкость). Из фиксированной совокупности типов существующих или перспективных коммутационных устройств (новые модули, оборудование для модернизации станций и др.) требуется выбрать такое подмножество устройств, которое бы удовлетворяло спрос наилучшим образом. Критерием качества удовлетворения потребности в связи будем считать суммарные затраты. Поэтому при выборе оптимального множества устройств, станем исходить из критерия минимума суммарных затрат. Сфера применения описываемой модели не ограничивается данной задачей. Она может быть использована, когда необходимо выбрать оптимальный ряд обслуживающих устройств, исходя из заданной потребности в обслуживании и критерия минимизации затрат. При этом может учитываться специфика различных вариантов задачи (выбор перспективных устройств, реконструкция существующих и др.).

Задачи оптимизации структуры сети. По структуре САД можно выделить три основные топологии: кольцевую, радиально-узловую и радиальную. Большой интерес представляет кольцевая структура, так как она характеризуется большей надежностью и многообразием вариантов.

Применение программной объектно-ориентированной технологии для представления и структурного анализа САД. Приведенный анализ некоторых задач и алгоритмов для планирования САД показывает, что даже частные подзадачи достаточно сложны и могут решаться только с применением эвристических методов.

Общая задача оптимизации САД еще сложнее. Ее решение может быть получено путем анализа частных подзадач. Применение автоматизированной системы для решения оптимизационных задач позволит рассматривать сеть в целом, как сложный многофункциональный объект с учетом трудно формализуемых требований, которые в диалоговом режиме могут быть предъявлены проектировщиком.

Развитие компьютерной технологии и математических методов пространственного анализа сделали возможным сохранять, накапливать отдельно или в совокупности, находить и показывать данные о различных объектах, имеющих топологию. Современные объектно-ориентированные информационные системы могут легко обрабатывать данные и воспроизводить результаты работы моделей.

Анализ информации при проектировании, маркетинге и развитии сетей должен производиться на основе достоверных данных о сетях. Возникает необходимость в паспортизации существующих сетей. Эту проблему решают с помощью компьютерных технологий.

Технология объектно-ориентированной системы позволяет вводить и анализировать картографическую информацию, сохраняемую в цифровой базе данных. Атрибутивные данные служат описательной информацией об особенностях объектов, размещенных на карте. Обычно эти особенности относятся к физическим объектам, которые легко отобразить (здание, улица, кабельная канализация, колодец и др.). Но часто они не видны (например, число пар в кабеле или абонентов в здании). Атрибутивные данные позволяют описывать и анализировать распределения характеристик на некоторой заданной территории города (распределение абонентов в районе, подключенных к электронным цифровым станциям; распределение абонентов, имеющих факс-модемы, и др.). В этом случае атрибутивная информация собирается об объектах, территориально привязанных на карте. Логическая структура подобных данных требует пространственной привязки к координатам цифровой карты. Исправление и внесение информации определяются топологическими взаимоотношениями всех точек, линий и областей и осуществляются с помощью набора программных средств.