Система телефонной связи
Система телефонной связи
Система телефонной связи, Журнал Радио 6 номер 1998 год. СВЯЗЬ : СРЕДСТВА И СПОСОБЫ
ТЕЛЕФОНИЯ
ТЕЛЕФОНИЯ - ЭТО НЕ ОЧЕНЬ ПРОСТО
Л. ВАЙНЗОФ, канд. техн. наук, г. Москва
Транзистор — это очень просто". "Радио — это очень просто". "Телевидение — это очень просто". Читателям журнала "Радио" со стажем наверняка известны книги с такими названияи известного французского популяризатора Е. Айзберга, которые в переводе выходили и в нашей стране. У автора этой статьи был соблазн назвать подобным образом эту статью, посвященную телефонии. Но рука моя повисла в воздухе, поскольку вовремя вспомнилось справедливое утверждение проф. М. Шнепса: "Система телефонной связи, охватившая весь земной швр, является наиболее сложной из систем, созданных людьми".
Если не углубляться в дебри точных определений, сложными можно считать системы, которые:
— состоят из множества элементов;
— характеризуются большим количеством существенных связей между элементами;
— обладают большим числом возможных состояний и, как следствие, чрезвычайно сложной моделью функционирования (поведения) во времени.
Телефонная система обладает всеми перечисленными здесь признаками.
Количество элементов, входящих в состав системы телефонной связи, действительно огромно. Можно считать, что в настоящее время в мире насчитывается около 500 миллионов абонентов (цифра эта не претендует на точность, но для беседы о проблемах электросвязи вполне пригодна). Из названного числа следует, что система включает приблизительно N=5x10 телефонных аппаратов, корректнее было бы сказать, "абонентских терминалов" (AT), поскольку современные абоненты располагают не только телефонными аппаратами, но и другими устройствами, например факсами, имеющими возможность участвовать в работе сети.
Абонентские терминалы — это только входы сети (оконечные ее устройства). Сама же мировая сеть электросвязи содержит множество и других элементов — десятки тысяч станций самых различных типов, емкостей и назначений, концентраторов, мультиплексоров и других комплексов. Все эти элементы, в свою очередь, также являются весьма сложными системами. Например, забегая вперед, можно сказать, что современные цифровые станции для целей управления могут содержать десятки и даже сотни взаимодействующих между собой процессоров, т. е. система управления такой станции представляет собой сложный вычислительный комплекс.
Количество существенных связей в сети также весьма велико. Каждый абонентский терминал соединен с сетью абонентской линией. Физически это может быть пара проводов, временная позиция в групповом цифровом сигнале, выделенная частота при радиодоступе и т. д., но функционально такая связь должна быть предоставлена всем абонентским терминалам. Кроме того, существует разветвленная сеть межстанционных соединительных линий и каналов.
Сеть соединительных линий должна обеспечить возможность соединения любого абонентского терминала с любым другим в любой точке земного шара. Теоретически число таких возможных соединений K=Nx(N-l), т. е. приблизительно 25x1016 (!).
Структура сети соединительных линий и каналов чрезвычайно сложна и зависит от принятых принципов построения, местных географических условий, распределения плотности абонентов и множества других факторов.
Емкости пучков межстанционных соединительных линий и каналов должны быть такими, чтобы при существующих нагрузках вероятность для абонента получить отказ в соединении по причине занятости линий была бы приемлемо низкой, не выше некоторых заданных норм (например, не более 1 %).
Количество тех или иных состояний системы, если иметь в виду только установление соединений между абонентскими терминалами, зависит от числа возможных соединений и числа состояний, в которых может пребывать каждое такое соединение.
Функционирование системы, т. е. переходы из одних состояний в другие в ответ на внешние воздействия со стороны абонентов, технического персонала и других источников, представляет собой чрезвычайно сложный процесс, тем более что внешние воздействия носят случайный характер. Так, потребность в установлении соединения у вызывающего абонента возникает в момент, который нельзя заранее определить. Невозможно также предусмотреть номер вызываемого абонента. Действия абонентов, участвующих в разных соединениях, мало связаны между собой. Кроме того, такие действия могут быть и некорректными, не вполне соответствующими правилам взаимодействия абонента с сетью.
Сказанное выше полностью согласуется с утверждением, что сеть электросвязи — чрезвычайно сложная система с весьма сложным функционированием, которое реализуется, в первую очередь, телефонными станциями.
Современные телефонные станции представляют собой цифровые системы коммутации с управляющими устройствами, построенными на основе средств вычислительной техники.
Основы цифровой коммутации и общие принципы действия цифровых систем автоматической коммутации уже описывались в журнале [1, 2]. Ниже рассматривается в самом общем виде структура таких систем, зависящая, в первую очередь, от выполняемых функций.
Главная функция станции — предоставление основных услуг телефонной связи, а именно обслуживание вызовов.
Остановимся на процессе установления одиночного соединения, в котором участвуют вызывающий (А) и вызываемый (В) абоненты.
Пока соединение не осуществлено, абонентский терминал пребывает в некотором исходном состоянии. Самый известный случай — это микротелефонная трубка, лежащая на рычаге обычного телефонного аппарата. На станцию со стороны AT по абонентской линии в это время передается соответствующий сигнал.
Когда абонент А приступает к установлению соединения, он уведомляет об этом станцию, обычно путем поднятия трубки. На станцию со стороны AT передается сигнал занятия абонентской линии. Прибор на станции принимает его, после чего идет подготовка к приему сигналов набора номера.
Дело в том, что прием этих сигналов — довольно сложный процесс, осуществляемый с помощью сравнительных сложных и дорогих приборов. Вместе с тем время набора номера весьма мало, поэтому на станции нет необходимости на каждой абонентской линии иметь свой прибор приема сигналов набора номера. Достаточно после приема сигнала о занятии абонентской линии подключить к ней прибор приема набора лишь на время набора номера абонентом А, а затем освободить этот прибор для возможности подключения его к другой линии. Так вот, подготовка к приему сигналов набора номера и заключается в поиске свободного прибора и подключении его к соответствующей абонентской линии.
По завершении этой подготовки станция уведомляет абонента А о своей готовности. С этой целью к абонентской линии подключается источник соответствующего тонального сигнала. Услышав этот сигнал, абонент А набирает номер с помощью дискового или кнопочного номеронабирателя. В некоторых AT это производится автоматически. На станции происходят прием и накопление сигналов номера вызываемого абонента. По окончании приема номера производится выбор пути соединения абонента А с абонентом В.
Если осуществляется внутристанционное соединение абонентов (когда оба абонента относятся к одной станции), то путь от абонента А до абонента В выбирается в коммутационной системе станции соответствующей коммутацией.
Если вызываемый абонент принадлежит другой станции, то соединение должно пройти на эту станцию либо непосредственно, либо через цепочку промежуточных (транзитных) станций. При этом на исходящей станции выбирается пучок соединительных линий в направлении требуемой соседней станции, а в пучке — свободная соединительная линия. В коммутационной системе станции производится коммутация абонентской линии А с выбранной соединительной линией.
Кроме того, эти станции обмениваются сигнальной информацией, в результате чего на соседнюю станцию передаются все данные, необходимые для дальнейшего продвижения соединения (при необходимости через промежуточные станции) до станции, к которой присоединен вызываемый абонент.
Заметим, что входящая станция (станция абонента В) может находиться как в том же районе города, что и исходящая станция (станция абонента А), так и в другой стране.
После соединения с входящей станцией (как и при внутристанционном соединении) проверяется состояние вызываемого абонента (свободен он либо занят). Возможно также, что на станции вообще нет абонента с данным номером либо он по каким-то причинам заблокирован, но эти ситуации здесь не рассматриваются.
Если абонент В свободен, к его абонентской линии подключаются соответствуюшие приборы и в его сторону передается вызывной сигнал, а в сторону абонента А — сопровождающий его тональный сигнал, называемый сигналом контроля посылки вызова.
После того как вызываемый абонент поднимет трубку, передача обоих сигналов прекращается, двусторонний тракт от абонента А до абонента В готов к работе — начинается обмен информацией между абонентами.
Когда один из абонентов опускает трубку (т. е. возвращает свой AT в исходное состояние), от "его" станции в сторону другой станции передаются соответствующие сигналы, а установленный ранее путь разрушается. В сторону второго абонента передается тональный сигнал "Занято", услышав который, абонент опускает трубку, и передача сигнала прекращается. Абонентская линия освобождается, т. е. возвращается в исходное состояние.
Если же вызываемый абонент занят, то в сторону вызывающего абонента подается тональный сигнал "Занято", и разъединение происходит после опускания трубки вызывающим абонентом.
Здесь в общем виде было рассказано, как осуществляется вызов, т. е. предоставление основной телефонной услуги.
Современные электронные станции, кроме основных услуг, способны предоставлять целый ряд дополнительных:
— соединение без набора номера ("горячая линия");
— сокращенный набор номера;
— переадресация;
— конференцсвязь;
— вызов по паролю и т. п.
Эти услуги требуют несколько иных действий от абонента и дополнительных операций на станции. В некоторых случаях необходимы дополнительные аппаратные средства. Например, для предоставления услуг конференцсвязи, когда в сеансе связи одновременно участвует более двух абонентов, необходимо иметь специальные устройства, позволяющие "смешивать" разговорные сигналы участников такого сеанса. При этом каждый абонент, по возможности, не должен слышать собственного голоса. Кроме того, желательно, чтобы устройство при одновременном разговоре нескольких (многих) участников конференцсвязи выбирало в соответствии с алгоритмом системы приоритетов голоса только двоих из них (например, самого главного и самого крикливого), а остальные голоса оказывались несколько приглушенными.
Кроме функций станции, связанных с предоставлением выбранных абонентом конкретных услуг, существует целый ряд чрезвычайно важных служебных функций, о которых абонент может даже не догадываться. Заметим, что эти служебные функции зачастую оказываются значительно сложнее функций, связанных с выбранной абонентом услугой, что требует значительно больших ресурсов станции (оборудования, объема памяти и работы управляющих машин).
К таким служебным функциям относятся, например, операции по наблюдению за обслуживанием вызовов, сбору, хранению и обработке соответствующей информации, а также выдаче ее персоналу станции или направлению в специальные автоматизированные центры на сети. Эта информация необходима при оценке качества работы станций и сети в целом, для управления ими, а также начисления платы за оказанные услуги.
Другая группа функций связана с поддержанием работоспособности станции. С этой целью непрерывно контролируется исправность оборудования и, при необходимости, осуществляется поиск неисправного устройства, блокирование его, реконфигурация оборудования (например, подключение резервного устройства) таким образом, чтобы абонент, по возможности, не ощутил каких-либо неудобств. Сложность и важность этих функций определяются и тем, что станция должна работать без существенных перерывов в течение всего своего срока жизни, который может достигать нескольких десятков лет.
Практически все описанное выше производится автоматически. Персоналу в автоматическом режиме обычно выводятся аварийная сигнализация и информация о неисправностях. Ремонт же заключается, как правило, в замене отказавшего устройства резервным.
Функции, которые должна выполнять станция, определяют ее устройство. При всем разнообразии современные станции имеют много общего:
— все они построены по модульному принципу, т. е. состоят из некоторых функциональных блоков;
— в них повсеместно применяется цифровая коммутация;
— для управления используются средства вычислительной техники.
В самом общем виде состав оборудования современной электронной станции представлен на рисунке. Здесь ФБ означает функциональный блок, АЛ — абонентская линия, СЛ — соединительная линия, ОКС — общий канал сигнализации (с системой сигнализации ╧ 7).
Как отмечалось выше, основными функциями станции являются:
— обмен сигналами взаимодействия с абонентскими терминалами;
— обмен сигнальной и другой служебной информацией с соседними станциями;
— коммутация по требованию абонента, абонентских линий между собой (для внутри-станционных соединений)или с соединительными линиями (для исходящих или входящих вызовов), либо коммутация между собой соединительных линий (для транзитных соединений).
В соответствии с этим в состав станции должны входить функциональные блоки подключения абонентских линий, подключения соединительных линий и оборудование коммутации.
Блоки подключения абонентских линий служат для обмена по линии между станцией и абонентским терминалом следующими сигналами:
— связанными с занятием и освобождением абонентской линии;
— набора номерной информации, обеспечивающего также заказ дополнительных услуг;
— тональными к абоненту;
— вызывными при входящем вызове;
— речевыми и другими, которыми обмениваются между собой абоненты.
Эти блоки должны, как минимум, распознавать сигналы занятия линии для подготовки дальнейших действий с ней. Кроме того, блоки подключения абонентских линий должны обеспечивать подачу по ним электропитания к абонентскому терминалу, а также проверку исправности линии и AT. На станциях разных типов эти блоки могут быть самыми разнообразными. Но как правило, предусмотрено размещение их как в помещении самой станции, так и на значительном расстоянии от нее, в местах концентрации абонентской нагрузки. При этом вынесенные блоки могут содержать часть оборудования коммутации.
На станциях обычно предусматривается подключение как традиционных аналоговых линий, так и цифровых.В последнем случае, как правило, реализуются стыки ЦСИС (цифровой сети с интеграцией служб).
Блоки подключения соединительных линий обеспечивают обмен всей необходимой сигнальной информацией с соседними станциями в соответствии с типом используемой линии и принятой системой сигнализации и передачу в обе стороны абонентской информации. Кроме того, эти блоки участвуют в проверках исправности соединительных линий и правильности взаимодействия с соседними станциями.
Разнообразие функций блоков соединительных линий должно соответствовать множеству различных ситуаций, которые обычно встречаются на сети. В силу неоднородности сети и большого разнообразия типов станций и систем передачи неизбежно возникает и большое разнообразие типов систем сигнализации.
Коммутационное оборудование должно обеспечивать все соединения, необходимость в которых может возникнуть на станции — это и организация линий для обслуживания вызова, и подключение к ним приборов для обмена, например, какими-либо сигналами на этапе установления соединения, и долговременное соединение некоторого оборудования с определенной линией для служебных целей.
Коммутационное оборудование строится обычно из цифровых блоков временной и пространственной коммутации. Архитектура построения коммутационных полей может быть самой разнообразной, и с ней можно ознакомиться, например, в [1].
Как уже отмечалось, все процессы на современных станциях управляются средствами вычислительной техники. Структура подсистемы управления может быть самой различной. В одном крайнем случае это полностью централизованный единый комплекс, который применялся на станциях самых старых систем. В ту пору вычислительные машины были дороги и экономичнее было максимально сконцентрировать ресурсы управляющего оборудования.
В другом крайнем случае это полностью децентрализованные структуры управления, в которых нет ни одного устройства, от которого зависела бы работа всей станции целиком.
Чаще же всего используются промежуточные решения, в которых часть функций управления распределена между некоторыми локальными (региональными) процессорами, но есть некий центральный процессор (здесь резервирование в расчет не принято), который координирует работу остальных и обрабатывает общестанционные данные.
Вообще, сейчас, когда производительность микропроцессоров неуклонно растет, а стоимость их падает, становится экономически и технически выгодным возлагать на них все больше функций. В результате микропроцессоры все чаще становятся составной частью функциональных блоков, и в этом случае не всегда ясно, следует ли формально относить их к управляющему или исполнительному оборудованию.
Функциональный блок технического обслуживания и эксплуатации должен выполнять операции, связанные с контролем, диагностикой и реконфигурацией оборудования, а также сбором и обработкой информации, связанной со статистикой и тарификацией. Этот блок, кроме того, обеспечивает информационный обмен с персоналом и центром эксплуатации, если таковой имеется.
В некоторых случаях функции технического обслуживания возлагаются на центральный блок управления, однако чаще для этих целей выделяется специальное оборудование.
В состав станций могут также входить некоторые дополнительные функциональные блоки, например, приемники/передатчики многочастотных сигналов, применяемых в некоторых системах межстанционной сигнализации (если такие устройства не входят в состав блоков подключения соединительных линий). К дополнительным блокам можно отнести и комплекты конференцсвязи.
Важный дополнительный блок — оборудование, обеспечивающее обмен по общему каналу сигнализации. Оно присоединяется через коммутационное оборудование полупостоянными соединениями к соответствующим точкам цифровых трактов соединительных линий.
Кроме указанных функциональных блоков, в состав станций входят устройства электропитания и оборудование системы синхронизации.
Кратко описанные в этой статье основные функции современных электронных телефонных станций и в общем виде функциональный состав их оборудования, нам кажется, вполне подтверждают право автора отнести системы электрической связи к сложнейшим современным системам. Реализация же этих общих принципов в конкретных типах станций может быть рассмотрена лишь в отдельных статьях, иначе объем настоящей статьи непомерно бы возрос.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нейман В. И. Коммутация цифровых каналов связи. — Радио, 1997, ╧5, с. 65-68.
2. Нейман В, И. Цифровые системы автоматической коммутации. — Радио, 1997, ╧6, с. 61-69.
|
