Класификация на мрежата.

По площно разпределение

PAN (Personal Area Network) - лична мрежа, предназначена за взаимодействие различни устройствасобственост на същия собственик.

LAN (Local Area Network) – локални мрежи, които имат затворена инфраструктура, преди да достигнат до доставчиците на услуги. Терминът "LAN" може да опише както малка офисна мрежа, така и мрежов слой голяма фабрикаобхващащ няколкостотин хектара. Чужди източници дори дават близка оценка - около шест мили (10 км) в радиус. Локалните мрежи са мрежи от затворен тип, достъпът до тях е разрешен само за ограничен кръг потребители, за които работата в такава мрежа е пряко свързана с професионалните им дейности.

CAN (Campus Area Network - кампусна мрежа) - обединява локални мрежи от близко разположени сгради.

MAN (Metropolitan Area Network) - градски мрежи между институции в рамките на един или повече градове, свързващи много локални мрежи.

WAN (Wide Area Network) е глобална мрежа, обхващаща големи географски региони, включително както локални мрежи, така и други телекомуникационни мрежи и устройства. Пример за WAN е мрежа с комутация на пакети (Frame relay), чрез която различни компютърни мрежи могат да „разговарят“ помежду си. Глобалните мрежи са отворени и фокусирани върху обслужването на всеки потребител.

Терминът "корпоративна мрежа" също се използва в литературата за обозначаване на комбинацията от няколко мрежи, всяка от които може да бъде изградена на различни технически, софтуерни и информационни принципи.

По вид функционално взаимодействие

Клиент-сървър, Смесена мрежа, Peer-to-Peer мрежа, Multi-Peer мрежи

По тип мрежова топология

Гума, пръстен, двоен пръстен, звезда, пчелна пита, решетка, дърво, дебело дърво

По вид на предавателната среда

Жичен (телефонен проводник, коаксиален кабел, усукана двойка, оптичен кабел)

Безжично (предаване на информация чрез радиовълни в определен честотен диапазон)

По функция

Мрежи за съхранение, сървърни ферми, мрежи за контрол на процеси, SOHO мрежи, домашни мрежи

По скорост на предаване

нискоскоростни (до 10 Mbps), средноскоростни (до 100 Mbps), високоскоростни (над 100 Mbps);

Необходимост от поддържане на постоянна връзка

Пакетна мрежа като Fidonet и UUCP Онлайн мрежа като Интернет и GSM

Мрежи с комутация на вериги

Един от най-важните въпроси в компютърните мрежи е въпросът за превключването. Концепцията за превключване включва:

1. механизъм за разпределение на маршрута за предаване на данни

2. синхронно използване на комуникационния канал

Ще говорим за един от начините за решаване на проблема с комутацията, а именно мрежите с комутация на вериги. Но трябва да се отбележи, че това не е единственият начин за решаване на проблема в компютърните мрежи. Но да преминем към същината на въпроса. Мрежи с комутация на веригиобразуват общ и неделим физически участък (канал) на комуникация между крайните възли, през който данните преминават с еднаква скорост. Трябва да се отбележи, че същата скорост се постига поради липсата на "спирка" в отделни участъци, тъй като маршрутът е предварително известен.

Установяване на връзка в мрежи с комутация на веригивинаги започва първо, защото не можете да получите маршрут до желаната дестинация без да се свържете. И след като връзката е установена, можете безопасно да прехвърлите необходимите данни. Нека да разгледаме предимствата на мрежите с комутация на вериги:

1. скоростта на трансфер на данни винаги е една и съща

2. няма забавяне в възлите по време на трансфер на данни, което е важно за различни онлайн събития (конференции, комуникация, видео излъчвания)

Е, сега трябва да кажем няколко думи за недостатъците:

1. Не винаги е възможно да се установи връзка, т.е. понякога мрежата може да е заета

2. не можем незабавно да прехвърлим данни, без първо да установим връзка, т.е. губи се време

3. не особено ефективно използване на физическите комуникационни канали

Нека обясня последното минус: когато създаваме физически комуникационен канал, ние напълно заемаме цялата линия, без да оставяме възможност на другите да се свържат с него.

От своя страна мрежите с комутация на вериги са разделени на 2 типа, използвайки различни технологични подходи:

1. превключване на верига на базата на мултиплексиране с честотно разделяне (FDM)

Схемата на работа е следната:

1. всеки потребител изпраща сигнал към входовете на превключвателя

2. всички сигнали с помощта на превключвател запълват лентите ΔF чрез метода на честотна модулация на сигнала

2. превключване на вериги на базата на времево мултиплексиране (TDM)

Принцип превключване на веригатана базата на времево мултиплексиране е доста проста. Базира се на времево разделение, т.е. всеки от комуникационните канали се обслужва поред, като времевият интервал за изпращане на сигнал до абоната е строго определен.

3. Превключване на пакети
Тази техника на превключване е специално разработена за ефективно предаване компютърен трафик. Първи стъпки към създаването компютърни мрежиВъз основа на техниката на комутация на вериги беше показано, че този тип комутация не позволява постигане на висока обща пропускателна способност на мрежата. Типичните мрежови приложения генерират трафик много неравномерно, с високо ниво на вълни на скоростта на предаване на данни. Например при достъп до дистанционно файлов сървърпотребителят първо преглежда съдържанието на директорията на този сървър, което води до прехвърляне на малко количество данни. След това отваря необходимия файл в текстов редактор и тази операция може да създаде доста интензивен обмен на данни, особено ако файлът съдържа големи графични включвания. След като покаже няколко страници от файла, потребителят работи с тях локално за известно време, което изобщо не изисква мрежов трансфер, след което връща модифицирани копия на страниците на сървъра - и това отново генерира тежък мрежов трансфер на данни.

Коефициентът на пулсации на трафика на отделен мрежов потребител, равен на съотношението на средната интензивност на обмен на данни към максимално възможния, може да достигне 1:50 или дори 1:100. Ако за описаната сесия се организира превключване на канали между компютъра на потребителя и сървъра, тогава повечетовреме, когато каналът ще бъде неактивен. В същото време възможностите за превключване на мрежата ще бъдат присвоени на тази двойка абонати и няма да бъдат достъпни за други потребители на мрежата.

При превключването на пакети всички съобщения, предадени от потребителя, се разделят в изходния възел на относително малки части, наречени пакети. Спомнете си, че съобщението е логически завършена част от данните - заявка за прехвърляне на файл, отговор на тази заявка, съдържащ целия файл и т.н. Съобщенията могат да бъдат с произволна дължина, от няколко байта до много мегабайта. Обратно, пакетите обикновено могат да бъдат с променлива дължина, но в тесни граници, като например от 46 до 1500 байта. Всеки пакет е снабден със заглавка, която указва адресната информация, необходима за доставяне на пакета до целевия хост, както и номера на пакета, който ще бъде използван от целевия хост за сглобяване на съобщението (фиг. 3). Пакетите се транспортират по мрежата като независими информационни блокове. Мрежовите комутатори получават пакети от крайните възли и въз основа на информацията за адреса ги предават един на друг и в крайна сметка до целевия възел.

Пакетните мрежови комутатори се различават от верижните комутатори по това, че имат вътрешна буферна памет за временно съхранение на пакети, ако изходният порт на комутатора е зает с предаване на друг пакет в момента на получаване на пакета (фиг. 3). В този случай пакетът е в опашката от пакети в буферната памет на изходния порт за известно време и когато достигне опашката, се прехвърля към следващия комутатор. Такава схема за предаване на данни позволява изглаждане на вълните на трафика по опорните връзки между комутаторите и по този начин най-ефективно ги използва за увеличаване на пропускателната способност на мрежата като цяло.

Наистина, за двойка абонати би било най-ефективно да им се предостави комутируем комуникационен канал за тяхна единствена употреба, както се прави в мрежите с комутация на вериги. В този случай времето за взаимодействие на тази двойка абонати ще бъде минимално, тъй като данните ще се предават без забавяне от един абонат на друг. Прекъсването на канала по време на паузите на предаването не е от интерес за абонатите, за тях е важно да решат проблема си по-бързо. Мрежата с комутация на пакети забавя процеса на взаимодействие на определена двойка абонати, тъй като техните пакети могат да чакат в комутаторите, докато други пакети, които са дошли до комутатора по-рано, се предават по магистралните връзки.

Въпреки това, общото количество компютърни данни, предавани от мрежата за единица време с технологията за комутация на пакети, ще бъде по-високо, отколкото с технологията за комутация на вериги. Това е така, защото пулсациите на отделните абонати, в съответствие със закона за големите числа, се разпределят във времето, така че пиковете им да не съвпадат. Следователно комутаторите са постоянно и сравнително равномерно натоварени с работа, ако броят на абонатите, които обслужват, е наистина голям. На фиг. Фигура 4 показва, че трафикът, идващ от крайните възли към комутаторите, е много неравномерно разпределен във времето. Въпреки това, комутаторите от по-високо ниво, които обслужват връзки между комутаторите от по-ниско ниво, се зареждат по-равномерно и пакетният поток в магистралните връзки, свързващи комутаторите от по-високо ниво, има почти максимално използване. Буферирането изглажда пулсациите, така че съотношението на пулсации на магистралните канали е много по-ниско, отколкото на каналите за абонатен достъп - може да бъде равно на 1:10 или дори 1:2.

По-високата ефективност на мрежите с комутация на пакети в сравнение с мрежите с комутация на вериги (с еднаква честотна лента на комуникационните канали) беше доказана през 60-те години както експериментално, така и чрез симулация. Тук е подходяща аналогия с мултипрограмиращите операционни системи. Всяка отделна програма в такава система работи по-дълго, отколкото в еднопрограмна система, когато на програмата се разпределя цялото процесорно време, докато нейното изпълнение завърши. Въпреки това, общият брой програми, изпълнявани за единица време, е по-голям в многопрограмна система, отколкото в еднопрограмна система.
Мрежата с комутация на пакети забавя процеса на взаимодействие на определена двойка абонати, но увеличава пропускателната способност на мрежата като цяло.

Закъснения на източника на предаване:

Време е за изпращане на заглавки

· закъснения, причинени от интервалите между предаването на всеки следващ пакет.

Закъснения във всеки превключвател:

Време за буфериране на пакети

Време за превключване, което се състои от:

o време на изчакване на пакета в опашката (променлива стойност);

o времето, необходимо на пакета да стигне до изходния порт.

Предимства на комутацията на пакети

1. Висока обща пропускателна способност на мрежата при предаване на бурен трафик.

2. Възможност за динамично преразпределяне на честотната лента на физическите комуникационни канали между абонатите в съответствие с реалните нужди на техния трафик.

Недостатъци на комутирането на пакети

1. Несигурност на скоростта на трансфер на данни между абонатите на мрежата, поради факта, че закъсненията в буферните опашки на мрежовите комутатори зависят от общото натоварване на мрежата.

2. Променливо количество забавяне на пакета данни, което може да бъде доста дълго в моменти на мигновено претоварване на мрежата.

3. Възможни загубиданни поради препълване на буфера.
В момента активно се разработват и прилагат методи за преодоляване на тези недостатъци, които са особено остри за трафик, който е чувствителен към закъснения и изисква постоянна скоростпредаване. Такива методи се наричат ​​методи за качество на услугата (QoS).

Мрежите с комутация на пакети, които прилагат техники за QoS, позволяват едновременно предаване на различни видоветрафик, включително такива важни като телефон и компютър. Поради това методите за комутация на пакети днес се считат за най-обещаващите за изграждане на конвергентна мрежа, която ще осигури цялостни качествени услуги за абонати от всякакъв тип. Методите за превключване на вериги обаче не могат да бъдат отхвърлени. Днес те не само работят успешно в традиционните телефонни мрежи, но също така се използват широко за формиране на високоскоростни постоянни връзки в така наречените първични (backbone) мрежи на SDH и DWDM технологиите, които се използват за създаване на опорни физически канали между комутаторите на телефонни или компютърни мрежи. В бъдеще е напълно възможно да се появят нови комутационни технологии, които под една или друга форма да комбинират принципите на пакетно и канално комутиране.

4. VPN Виртуална частна мрежа- виртуална частна мрежа) - обобщено наименование на технологии, които предоставят една или повече интернет връзка(логическа мрежа) през друга мрежа (като интернет). Въпреки факта, че комуникациите се извършват през мрежи с по-ниско неизвестно ниво на доверие (например през обществени мрежи), нивото на доверие в изградената логическа мрежа не зависи от нивото на доверие в основните мрежи поради използване на криптографски инструменти (криптиране, удостоверяване, инфраструктура с публичен ключ, инструменти за защита срещу повторение и промяна на съобщенията, предавани през логическата мрежа).

В зависимост от използваните протоколи и целта VPN може да осигури връзки три вида: възел-възел,възел-мрежаи мрежа-мрежа. Обикновено VPN се разгръщат на нива не по-високи от мрежовите, тъй като използването на криптография на тези нива позволява използването на транспортни протоколи (като TCP, UDP) непроменени.

Потребителите на Microsoft Windows използват термина VPN за обозначаване на една от реализациите на виртуалната мрежа - PPTP, която често се използва неза създаване на частни мрежи.

Най-често за създаване на виртуална мрежа се използва капсулиране на PPP протокола в друг протокол - IP (този метод използва внедряването на PPTP - протокол за тунелиране от точка до точка) или Ethernet (PPPoE) (въпреки че те също имат разлики ). VPN технологията напоследък се използва не само за създаване на самите частни мрежи, но и от някои доставчици на "последната миля" в постсъветското пространство за осигуряване на достъп до интернет.

С правилното ниво на внедряване и използването на специален софтуер VPN мрежата може да осигури високо ниво на криптиране на предаваната информация. Когато всички компоненти са правилно конфигурирани, VPN технологията осигурява анонимност в мрежата.

VPN се състои от две части: "вътрешна" (контролирана) мрежа, от които може да има няколко, и "външна" мрежа, през която минава капсулираната връзка (обикновено се използва Интернет). Също така е възможно да свържете един компютър към виртуална мрежа. Отдалечен потребител е свързан към VPN чрез сървър за достъп, който е свързан както към вътрешната, така и към външната (публична) мрежа. Когато свързвате отдалечен потребител (или когато установявате връзка с друга защитена мрежа), сървърът за достъп изисква да премине процесът на идентификация и след това процесът на удостоверяване. След успешно завършванеи двата процеса, отдалеченият потребител ( отдалечена мрежа) е упълномощен да работи в мрежата, т.е. протича процесът на оторизация. VPN решенията могат да бъдат класифицирани според няколко основни параметъра:

[редактиране] Според степента на сигурност на използваната среда

Защитен

Най-често срещаната версия на виртуални частни мрежи. С негова помощ е възможно да се създаде надеждна и сигурна мрежа, базирана на ненадеждна мрежа, обикновено Интернет. Примери за защитени VPN са: IPSec, OpenVPN и PPTP.

Доверие

Те се използват в случаите, когато предавателната среда може да се счита за надеждна и е необходимо само да се реши проблемът със създаването на виртуална подмрежа в рамките на по-голяма мрежа. Проблемите със сигурността стават без значение. Примери за такива VPN решения са: Multi-protocol label switching (MPLS) и L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) (по-точно, тези протоколи прехвърлят задачата за сигурност към други, например L2TP обикновено се използва заедно с IPSec).

[редактиране] Метод на изпълнение

Под формата на специален софтуер и хардуер

Внедряването на VPN мрежата се осъществява с помощта на специален набор от софтуер и хардуер. Това изпълнение осигурява висока производителност и, като правило, висока степен на сигурност.

Като софтуерно решение

Те използват персонален компютър със специален софтуер, който осигурява VPN функционалност.

Интегрирано решение

Функционалността на VPN се осигурява от комплекс, който също така решава проблемите с филтрирането на мрежовия трафик, организирането на защитна стена и осигуряването на качество на услугата.

[редактиране] С уговорка

Те се използват за комбиниране на няколко разпределени клона на една организация в една защитена мрежа, обменяща данни чрез отворени комуникационни канали.

VPN за отдалечен достъп

Те се използват за създаване на защитен канал между корпоративния мрежов сегмент (централен офис или клон) и отделен потребител, който, докато работи у дома, се свързва с корпоративни ресурси от домашен компютър, корпоративен лаптоп, смартфон или интернет павилион.

Използва се за мрежи, към които се свързват „външни“ потребители (например клиенти или клиенти). Нивото на доверие в тях е много по-ниско, отколкото в служителите на компанията, поради което е необходимо да се осигурят специални „граници“ на защита, които предотвратяват или ограничават достъпа на последните до особено ценна, поверителна информация.

Използва се за предоставяне на достъп до интернет от доставчици, обикновено ако няколко потребителя се свързват през един физически канал.

Клиент/сървър VPN

Той гарантира защитата на предаваните данни между два възела (не мрежи) на корпоративна мрежа. Особеността на тази опция е, че VPN се изгражда между възли, които обикновено се намират в един и същ мрежов сегмент, например между работна станция и сървър. Тази необходимост много често възниква в случаите, когато е необходимо да се създадат няколко логически мрежи в една физическа мрежа. Например, когато е необходимо да се раздели трафика между финансовия отдел и отдела за човешки ресурси, достъп до сървъри, разположени в същия физически сегмент. Тази опция е подобна на VLAN технологията, но вместо да разделя трафика, тя е криптирана.

[редактиране] По тип протокол

Има реализации на виртуални частни мрежи под TCP/IP, IPX и AppleTalk. Но днес има тенденция към общ преход към TCP / IP протокола и по-голямата част от VPN решенията го поддържат. Адресирането в него най-често се избира в съответствие със стандарта RFC5735, от обхвата на частните TCP / IP мрежи

[редактиране] По ниво на мрежовия протокол

По слой на мрежовия протокол, въз основа на картографиране към слоевете на мрежовия референтен модел ISO/OSI.

5. Референтният модел OSI, понякога наричан стек OSI, е 7-слойна мрежова йерархия (Фигура 1), разработена от Международната организация по стандартизация (ISO). Този модел съдържа по същество 2 различни модели:

хоризонтален модел, базиран на протоколи, който осигурява механизъм за взаимодействие на програми и процеси на различни машини

вертикален модел, базиран на услуги, предоставяни от съседни слоеве един на друг на една и съща машина

В хоризонталния модел са необходими две програми общ протоколза обмен на данни. Във вертикала - съседни нива обменят данни чрез API.

Подобна информация.

В мрежите с комутация на вериги съществува връзка от край до край между извикващия и извиквания терминал през цялото време на предаване (фиг. 3.3).

Ориз. 3.3. мрежа с комутация на вериги

Свързващият път се състои от няколко участъка, които се свързват последователно един след друг по време на установяването на връзката. Той е "прозрачен" по отношение на кодовете, използвани в терминалите при предаване на данни и методите за управление. Времето на разпространение на сигнала за данни по свързващия път е постоянно.

В една комуникационна сесия се разграничават три фази: установяване на връзка, пренос на данни и прекъсване на връзката (вижте фиг. 3.1 a). Повикващият контролира процеса на установяване на връзка.

терминал, който изпраща сигнал за повикване към своя превключващ възел, получава сигнал за отговор от възела (подкана за набиране) и след това изпраща адресна информация (знаци за набиране) към възела. Комутационният възел обработва тази информация, заема един от каналите в пакета, водещ до следващия комутационен възел, и предава символите за набиране, необходими за по-нататъшно установяване на връзка, към последния. По този начин постепенно се оформя свързваща пътека над участъците до извикания терминал. Когато този процес приключи, сигналите се изпращат от мрежата към извикващите и извикваните терминали, за да покажат, че връзката е изградена и готова за предаване на данни.

От този момент нататък напредъкът на трансфера на данни се определя от крайната станция. В крайната точка (автоматично или с участието на абоната) се взема решение за мерките, които трябва да се предприемат за откриване и коригиране на грешки при предаване. Мерките могат да бъдат различни в зависимост от определени условия на работа.

Прекъсването на връзката може да бъде инициирано от всеки от двата взаимосвързани терминала, използвайки чистия сигнал. При този сигнал всички комутационни възли, участващи във формирането на свързващия път, прекъсват връзките.

Има два типа мрежи за предаване на данни с комутация на вериги: синхронни и асинхронни мрежи.

3.3.1. АСИНХРОННИ МРЕЖИ С КАНАЛИ

3.3.1.1. ОТЛИЧИТЕЛНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА АСИНХРОННИТЕ МРЕЖИ

В асинхронните мрежи няма обща синхронизация по елементи и не се задават единични „цикли“ за мрежата. Отделните ADF и превключващите устройства имат независими тактови генератори, независими един от друг.

На фиг. 3.4 схематично показва структурата на такава мрежа с терминали, многоканално оборудване и комутационни възли. За свързване на крайни инсталации с комутационни възли се използват абонатни линии и канали на многоканални системи. Комутационните възли са свързани помежду си чрез пакети от канали. Преди възлите сноповете се разделят на отделни канали.

Разделянето позволява известна свобода в работата в мрежа. Например, когато се предава по комуникационни линии, могат да се използват системи както за честотно, така и за времево разделяне на каналите (вижте раздел 1.4.2), в мрежовите възли може да се инсталира оборудване както за пространствено, така и за времево превключване на канали (вижте том 1, раздел 6.1.3 и също). Такава свобода на избор

Ориз. 3.4. Асинхронна комутируема мрежа

Оборудването за формиране и превключване на канали е необходимо, по-специално, когато се организира телеграфна комуникация и предаване на данни през обща мрежа, когато на първо място трябва да се използва съществуващо оборудване за телеграфна мрежа, например системи за телеграфия с гласова честота (виж раздел 1.4.2.2). След това, до степента на технически и икономически възможности, определеното оборудване може постепенно да бъде допълнено или заменено с по-модерно оборудване, базирано на новите разработки в областта на комуникационните технологии.

Както е показано на фиг. 3.4, свързващият път между извикващите и извикваните терминали се състои от няколко секции, които са свързани последователно през комутационните възли един след друг. Тъй като всеки участък от предавателния път и всеки превключващ възел допринасят за пълното изкривяване на предавания сигнал за данни, предаването и превключването трябва да се извършват с възможно най-малкото изкривяване.

Изискването за минимално изкривяване е важно преди всичко за неизохронни сигнали, които по принцип не могат да бъдат коригирани. Обратно, изохронните сигнали за данни могат да бъдат коригирани във всеки участък от предавателния път и във всеки комутационен възел. В системите с разделяне на времето, които имат синхронни канали или канали с формиране на знакови цикли (виж раздел 1.4.2.3), корекцията се извършва автоматично. В системи с честотно разделяне, които позволяват предаване с променлива скорост, т.е. са "прозрачни" (вижте 1.4.2.2), трябва да се инсталират допълнителни устройства за корекция. Въпреки това, поради високите разходи, това обикновено се изоставя, в резултат на което в такива случаи предаването и превключването също трябва да се извършват с възможно най-малко изкривяване.

3.3.1.2. СИСТЕМИ ЗА ПРЕДАВАНЕ С TDM В АСИНХРОННИ МРЕЖИ С ПРЕВКЛЮЧВАНЕ НА КАНАЛИ

В асинхронна мрежа с комутируема верига всяка система за предаване с разделяне на времето (TDM) има свой собствен синхронизъм, независим от синхронизма на други системи. В резултат на това тактовите честоти на системите с TDC са различни, т.е. свързващият път между абонатите се състои от участъци с не съвсем еднакви скорости на предаване.

В системи с времево разделение на синхронни канали (вижте раздел 1.4.2.3), в които на всеки бит, входящ от DTE, се присвоява един бит в потока за множествено предаване, поради разликите в скоростите на предаване, феноменът на приплъзване на сигнала с падане на битове или добавяне на излишно. Това означава, че един от битовете не се предава по-нататък, защото следващата система има твърде ниска скорост на предаване, или, обратно, някой от битовете се предава повторно, защото следващата система има твърде висока скорост на предаване (фиг. 3.5).

Ориз. 3.5. Приплъзване на битове в асинхронна мрежа с комутация на вериги

Следователно, в системи с TDM, работещи в асинхронни мрежи с комутация на вериги, е необходимо да се използват специални методи за изравняване на скоростта, при които чрез изключване или добавяне на съвпадащи („празни“) битове във всеки отделен канал за данни се координира със скоростта на предаване над каналите на свързващия път се постига. С други думи, необходими са системи с времево разделение, които имат канали със съгласуване на скоростта - кадрови канали (вижте раздел 1.4.2.3).

Феноменът на приплъзване на битовете също трябва да се вземе предвид в случай на системи с разделяне на времето

канали с формирането на знакови цикли (виж раздел 1.4.2.3). Такива системи трябва да откриват знакови цикли и да елиминират несъответствията в скоростта между каналите за данни чрез скъсяване или удължаване на стоп елемента.

В системите с разделяне на времето с "прозрачни" канали (вижте раздел 1.4.2.3), които преобразуват DTE сигнали в предавана битова последователност чрез кодиране на позиция-време, проблемът с приплъзването на битовете не възниква. Наистина, в този случай сигналът след всяка предавателна секция се характеризира по принцип с непроменливи времеви отношения и същият се предава по-нататък. Разбира се, за да не бъдат твърде големи изкривяванията, дължащи се на многократното кодиране, грешката, която е неизбежна по време на кодирането, трябва да остане на достатъчно ниско ниво.

3.3.1.3. ОБОРУДВАНЕ ЗА КОМУТАЦИЯ НА ВРЕМЕВИ КАНАЛИ В АСИНХРОННИ МРЕЖИ

Ако превключвателните възли на асинхронната мрежа са свързани към системи с TDC, които имат канали за пълнене или канали с формиране на знакови цикли, тогава в устройствата за серийно превключване на времето чрез битове (вижте том 1, раздел 6.1. единичен интервал.

Когато се използват системи с разделяне на времето с "прозрачни" канали или системи с разделяне на честотата, изкривяванията, които възникват по време на серийното превключване на битове, трябва да бъдат много малки, тъй като те са включени в общото изкривяване. Въпреки че в случай на изохронни сигнали за данни може да се инсталира еквалайзер между превключващото оборудване и многоканалната предавателна система, ще бъде необходимо да се извърши работата, описана в раздел. 3.3.1.2. съпоставяне на скоростта и ще трябва да се примири със свързаните с това разходи.

При наличие на канали за пълнене и канали с формиране на знакови цикли може да се използва превключване на групи от битове, което осигурява по-висока производителност (виж Раздел 2. 1.1.1, Пример 3, Таблица 2.1).

3.3.1.4. СТРУКТУРА НА АСИНХРОННА МРЕЖА С ПРЕВКЛЮЧВАНЕ НА КАНАЛИ

Структурата на асинхронна мрежа с комутация на вериги е показана на фиг. 3.6, който показва долното ниво на мрежата - част от мрежата от абонатите до комутационния възел. Абонатните интерфейси формират границата между DTE и мрежата за данни. Устройствата за свързване също се намират на местата на абонатите.

(PP), които осигуряват интерфейса на DTE с мрежата (вижте раздел 2.2.2). В случаите, когато DTE не управлява пряко процесите на установяване и прекъсване на връзки чрез веригите за данни на интерфейса, вместо PP се инсталират звънещи устройства (VP), съдържащи елементите, необходими за такъв контрол (вижте раздел 2.2.1).

Ориз. 3.6. Структурата на асинхронна мрежа с комутация на вериги:

1 - абонатни стави; 2 - устройства за свързване или устройства за повикване; 3 - абонатни линии; 4 - мултиплексори; 5 - концентратори; 6 - свързващи линии; 7 - превключващ възел

Чрез абонатните линии SS и VP се свързват с мултиплексори или концентратори, които обикновено се намират на същото място като оборудването на комутационната централа на телефонната мрежа. С помощта на мултиплексор се формира пакет от канали, чийто брой е равен на броя на абонатните линии. Концентраторът, напротив, събира и уплътнява натоварването от абонатни линии, следователно в пакета трябва да има по-малко канали, отколкото има абонатни линии (вижте раздел 2.1.1.2).

Комутационните възли на мрежата за пренос на данни се инсталират на местата на централните комутационни станции на телефонната мрежа и когато висока плътностабонати - и в местата на главните комутационни станции на тази мрежа. Комутационните възли на горното ниво на мрежата за предаване на данни са свързани помежду си чрез обширна система от линии.

3.3.1.5. СИНХРОНИЗАЦИЯ НА ТЕРМИНАЛ ЗА ДАННИ

Съгласно Препоръките на CCITT относно абонатните интерфейси на оборудването за предаване на данни, когато е свързано към мрежа за предаване на данни от синхронно крайно оборудване (вижте раздел 1.1.3), мрежата трябва да осигурява часовников сигнал за всеки DTE и взаимен синхрон от елементи между предаващия и получаване на DTE. В асинхронни мрежи с комутация на вериги, където няма вътрешна синхронизация на часовника в цялата мрежа, това изискване се изпълнява чрез инсталиране на генератори на синхронен часовник в PS или VP на тези абонати, които имат синхронен DTE. Тези генератори формират предавателните тактови сигнали и след установяване на връзката извличат получените тактови сигнали от сигналите за данни, идващи от противоположната страна. Постиганият по този начин поелементен синхрон е индивидуален за всяка връзка и се запазва само за времето, през което тази връзка съществува.

3.3.1.6. НЕЗАВИСИМОСТ НА ПРЕДАВАНЕТО ОТ ПОСЛЕДОВАТЕЛНОСТТА НА БИТОВЕ В АСИНХРОННИ МРЕЖИ

Предаването между синхронните терминали трябва да бъде независимо от естеството на предаваната битова последователност. В асинхронни мрежи необходимата независимост може да бъде постигната с помощта на кодиращи устройства (вижте раздели 2.2.1.1, 2.2.2.2). Съгласно този метод сигналите, идващи от DTE, се кодират (техните битове се смесват) във фазата на трансфер на данни в PP или EP на предавателната страна. В DP или EP от приемащата страна сигналите се възстановяват в оригиналната им форма с помощта на дешифратор.

Преди началото на предаването PP или VP включва скрамблера и след времето, необходимо на дескрамблера от противоположната страна да влезе в синхрон, изпраща сигнал до DTE, който позволява предаването. От този момент нататък скрамблерът гарантира, че промените на символите присъстват в сигнала, изпратен до превключващия възел, дори когато DTE извежда дълга последователност от идентични символи. Това предотвратява възможността за непреднамерено непреднамерено прекъсване на връзката, тъй като не се появява дълга последователност от нули, която може да бъде объркана с ясен сигнал.

Ако наистина е необходимо да прекъснете връзката, тогава PP или VP, управлявани чрез съединението от DTE, изключват скрамблера и изпращат дълга последователност от нули към комуникационната линия. Ако през определен интервал от време комутационният възел получи само символите "0", следващи един след друг, тогава връзката се прекъсва.

Предаването може да бъде направено независимо от последователността от символи (битове) по друг начин: към последователността от битове, издадени от DTE, съгласно определено правилоизползване на PP или VP за въвеждане на допълнителни битове. въпреки това този методводи до увеличаване на скоростта на предаване (вижте раздел 3.3.2.5) и следователно, в асинхронни мрежи с комутация на вериги, ограничава свободата при избора на типа ATM.

Помислете за електронни цифрови автоматични телефонни централи, произведени от предприятия на Република Беларус. Това са такива станции като CSF "Neman", EATS "F - 50/1000" (и двете произведени от OJSC "Svyazinvest"), ATS "Beta" (производител - MPOVT).

Всички станции, представени по-горе, имат типичните предимства на цифровите обмени (подобряване на качеството на предаване и комутация, разширяване на обхвата на предоставяните услуги, намаляване на обема на работа по време на инсталиране и поддръжка и т.н.), но в сравнение с чуждестранните аналози те имат едно безспорно предимство - цената. Цената на един номер е 2-4 пъти по-малка, отколкото при подобни внесени автоматични телефонни централи, а ако вземем предвид значителното намаляване на оперативните разходи за 25 години работа, тогава икономическата печалба ще бъде още по-осезаема. Ето защо не е изненадващо, че предпочитанието за въвеждане на абонатен капацитет в локални мрежи се дава на продукти на беларуски производители. Това се улеснява и от факта, че Държавната програма за заместване на вноса предписва използването изключително на местно оборудване.

Основните технически характеристики на DATS, произведени в Република Беларус, са дадени в таблица 2.1. В същото време трябва да се отбележи, че чуждестранните DATS предоставят на абонатите много по-голям списък от услуги. Друг недостатък на DATS, произведени в нашата република, е ниският капацитет (до 10 000 порта) на произвежданите станции. Оттук следва заключението: за успешното решаване на задачата, поставена в моя дипломен проект, продуктите на беларуските предприятия, за съжаление, не са подходящи.

Таблица 2.1 - Технически спецификации DATS, произведени в Република Беларус

Свързване;

Абонат

Име на параметрите
Максимален абонатен капацитет, брой
Максимален брой SL
Максимален брой разговори на час
Максимален трафик в HNN (Earl)
Консумирана мощност на стая (W)
Брой портове на 1 платка

Преглед на внесени комутационни системи

Следните комутационни системи са най-подходящи за дипломния ми проект: DX-200 от Telenokia (Финландия), SI 2000 от Iskratel (Словения), AXE-10 от Ericsson (Швеция), EWSD от Siemens (Германия), S12 Alkatel от "Alkatel “ (Германия).

Електронна цифрова превключваща система DX-200.Системата DX-200 се използва активно по целия свят от много години и е спечелила уважение със своята надеждна и висококачествена работа. Системата DX-200 се характеризира с времево разделение на каналите в комутационното поле и цифров метод за предаване на информация, базиран на предавателната система PCM-30/32. Управлението се извършва по писмена програма с помощта на разпределени устройства за функционално управление, реализирани на микропроцесори. Системата е изградена на модулен принцип, както хардуерно, така и софтуерно. Всички функционални блокове и софтуер са разделени на независими един от друг модули. Модулите комуникират чрез стандартизирани сигнали.

Системата DX-200 може да се използва като базова станция, транзитна станция, както и като абонатни концентратори.Базовата станция осигурява установяване на крайни връзки между телефонни апарати на абонати на локални мрежи, както и достъп до зонови, междуградски и международни мрежи. Станциите също са проектирани да работят в регионални мрежи с възли на входящи и изходящи съобщения, както и в мрежи без кръстовища. Мрежите могат да използват 5-, 6- и 7-цифрено номериране, както и смесено номериране.

Транзитната станция е предназначена за превключване на канали, преминаване през транзитния товар към градската телефонна централа и осигурява организирането на възли за входящи съобщения, възли за изходящи съобщения, входящи комуникационни възли на дълги разстояния, възли за линия за връзка, комбинирани възли, които комбинират над възли, офис мрежови възли.

Системата DX-200 осигурява взаимодействие със станциите, съществуващи в мрежите: десетилетни, координатни, квазиелектронни автоматични телефонни централи, както и със специални информационни услугиградска телефонна централа.

За абонатите на DX-200 се предоставят редица допълнителни видове услуги:

1) съкратено набиране;

3) повторно повикване без ново набиране;

5) прехвърляне на повикване в случай, че виканият абонат е зает, към друг телефонен апарат;

6) прехвърляне на повикване към автоинформатор или телефонен оператор;

7) идентификация на номера на повикания абонат.

В системата DX-200 за изходящи повиквания се извършва отчитане на цената на разговора, базирано на времето, като се вземе предвид категорията на абонатите.

Системата DX-200 включва два вида автоматични телефонни централи: DX-210 и DX-220. DX-210 се използва главно като телефонна централа с малък капацитет. Основните характеристики на системата DX-200 са показани в таблица 2.2.

Електронна цифрова комутационна система SI 2000. Системата SI 2000 е проектирана да обслужва крайградски и провинция. Усъвършенстваната мрежова концепция SI 2000 е основната стратегия. За разлика от други решения, тази концепция осигурява несравними икономически ползи и гъвкавост. Комуникационните мрежи на много страни все още са предимно аналогови и е почти невъзможно да се извърши незабавна цифровизация на всички предавателни пътища. В допълнение към стандартните функции, системата SI 2000 има някои други специфични функции, които служат за оптимизиране на решения, свързани със създаването цифрова мрежавръзки.

Всички телефонни централи SI 2000 имат интегрирани комплекти аналогови линии. Това е най-рентабилното решение за съществуващо оборудване за аналогово предаване.

Развитието на оптимизирана мрежа, фокусирана върху крайградските и селските райони, изисква създаването на цифрови острови. Способността на SI 2000 да се синхронизира от цифровата мрежа позволява цифровизация на подчинени телефонни централи и предавателни пътища. За да се осигури плавното развитие на комуникационната мрежа, нодалният SI 2000 ще извършва цялостната комутация и аналогово-цифровото преобразуване. Ако е инсталиран основен цифров централен офис, SI 2000 ще се синхронизира от него без допълнително оборудване.

Абонатът на системата SI 2000 предоставя следните услуги:

декада или честота набиране;

наличието на контролен брояч при абоната;

наблюдение;

забрана на определени видове изходящи комуникации;

пренасочване на повикване;

съкратено набиране (директно повикване);

настройка в режим на готовност

и много други с цялата необходима поддръжка за отчитане на тяхната стойност.

Дистанционните модули в SI 2000 са оптимизирани според усъвършенстваната мрежова концепция. При необходимост от големи мощности се използват автономни автоматични телефонни централи от фамилията SI 2000. Автономната телефонна централа може да се преобразува в дистанционен модул или обратно, без промени в хардуера.

Преносът на дълги разстояния в селските райони е по-скъп, отколкото в градските райони. За да спести оборудване за предаване, системата SI 2000 е интегрирала, като задължително, устройство за разклоняване на канала на пътя IKM-30. В един PCM път потокът може да бъде разделен на максимум 15 станции. Оборудването за комуникация на данни може да въвежда или извежда повече от два потока данни със скорост от 64 килобита в секунда.

Основните предимства на системата SI 2000 са надеждност (по-малко от 0,5 повреди на 100 линии годишно), простота, разпределение и модулност и икономичност [7].

Основните характеристики на системата SI 2000 са показани в таблица 2.2.

Електронна автоматична комутационна система AXE-10 , Комутационната система AXE-10 може да се използва като базова автоматична телефонна централа, като различни комуникационни центрове (включително международни), както и централни, възлови и крайни автоматични телефонни централи с малък капацитет в селските райони телефонни мрежи.

В зависимост от предложения случай на употреба има:

1) местна станция AX;

2) транзитна гара;

3) мобилна (мобилна) комуникационна станция за създаване на клетъчна комуникационна мрежа.

Максималният капацитет на AXE-10, използван като локална автоматична телефонна централа, е 200 000 абонатни линии със средно време за разговори 100 секунди и натоварване на абонатна линия до 0,1 erlang.

Транзитна станция тип AXE-10 е проектирана за до 2048 цифрови магистрални линии, позволява ви да преминете транзитното натоварване на до 200 хиляди абонатни линии, включени в местни автоматични телефонни централи. Допустимото натоварване на канал на магистрална цифрова линия е зададено на 0,8 Erlang.

За аналогово-цифрово преобразуване се използва импулсно-кодова модулация със скорост на предаване на информация 2048 килобита в секунда.

Обменът на контролни сигнали с координатни автоматични телефонни централи се извършва на базата на системата за сигнализация R2, ​​използвайки многочестотния код "2 от 6".

При комуникация на дълги разстояния се използва предимно едночестотна сигнална система, а също и сигнална система на общ сигнален канал № 7.

Чрез системата за експлоатация и поддръжка се осигурява постоянно и цялостно наблюдение на реда и резултатите от установяването на връзки, наблюдение на входящия товар.

Основните услуги, предоставяни на абонатите:

1) съкратено набиране;

3) отправяне на запитвания по време на разговор;

4) пренасочване на повикване към телефон или автоинформатор;

5) автоматичен конферентен разговор;

6) настройка за изчакване при зает абонат с известяване;

7) повикване на абонат при поискване;

8) придружаващо повикване;

9) превключване към друго устройство при заето или когато абонатът не отговаря;

10) ограничаване на изходящата комуникация;

11) идентификация на номера на повикващия абонат при наличие на заявление от повикващия абонат;

12) автоматично събуждане.

Комутационната система може да се използва за планиране и развитие на комуникационни мрежи в селските райони. В този случай трябва да се вземат предвид дългите разстояния и ниската телефонна плътност. Системата AXE-10 за селските райони се основава на същия състав на оборудването, както за градската цифрова мрежа. Освен това в доставката е включен дистанционен абонатен мултиплексор, който ви позволява да свържете до 128 абонатни линии. Използването на кабелни цифрови комуникационни линии или радиокомуникационни линии е предвидено за свързване на отдалечени абонатни мултиплексори с референтна автоматична телефонна централа. Разработени са варианти за поставяне на оборудване в специални контейнери, съдържащи необходимите устройства за включване в електрозахранващата мрежа за незабавно въвеждане в експлоатация.

Услуги като Centrex и предаване на данни чрез специални канали са специално разработени за абонати в институционалния сектор. С помощта на тази услуга част от абонатите на системата за комутация се обединяват в групи със затворена номерация и общо повикване от телефонната мрежа на отделен номер. На практика на базата на същото комутационно оборудване могат да бъдат създадени офис автоматични телефонни централи.

Превключващата система AXE-10 е проектирана да се използва като a Централна гараклетъчна мрежа тип NMT-450. Разработването на специална подсистема за включване на мобилни телефонни комуникации направи възможно организирането на интерфейса на системата AXE-10 с базовите станции клетъчна комуникация.

Основните характеристики на системата AXE-10 са показани в таблица 2.2.

Електронна система за автоматично превключване EWSD Системата EWSD е спечелила отлична репутация в много страни по света поради своята надеждност, икономическа ефективности разнообразие от предоставяни услуги.

Цифровата електронна станция EWSD се използва: чрез дистанционно цифрово устройство за оптимизиране на абонатната мрежа или за въвеждане на нови услуги в района, като градска телефонна централа, като транзитна телефонна централа, като градска и транзитна междуградска централа, като комутационен център за мобилни обекти, като селска станция, станция с малък капацитет, като контейнерна станция, като комутационна система, като център за експлоатация и поддръжка на група станции, като възел в система за сигнализация с общ канал, в цифрова мрежа с интегрирана услуга, за предоставяне на специални услуги.

EWSD предоставя на операторите много предимства, които от своя страна идват от многофункционалността, гъвкавостта и производителността на системата за превключване. Основните характерни характеристики на EWSD включват: интегриран надзор, включително надзор на работа, индикация за грешки, процедури за анализ на грешки и тяхната диагностика, внедряване в съществуващи мрежи, избор на маршрут, избор на алтернативен маршрут, запис на отчитане на разговори, измерване на натоварването, управление на база данни и други.

Всички стандартни системи за сигнализация могат да се използват в EWSD. Сигнализацията също се осъществява от стандартни системи. Станцията може да работи както с абонати на десетдневно избиране, така и с абонати на тонално избиране. Използват се всички стандартни методи за отчитане на разходите.

Може да бъде представен аналогов абонат следните видовеуслуги:

1) съкратено набиране;

2) връзка без набиране (директна връзка);

3) връзка без забавяне във времето;

4) прехвърляне на входящо повикване при отсъствие на абонат към услугата за отсъстващи абонати;

5) автоинформатор с предварително записани фрази;

7) временна забрана за входяща комуникация;

8) поставяне на разговор в режим на изчакване (ако извиканият абонат е зает);

9) отправяне на запитвания по време на разговор;

10) конферентни разговори;

11) разпечатан запис на продължителността и цената на разговора;

12) автоматично събуждане;

13) специален абонат;

14) приоритет на повикването

и други.

За абонатите на цифровата мрежа с интегрирана услуга могат допълнително да се предоставят следните видове услуги:

1) свързване на до осем крайни устройства едновременно;

2) смяна на крайно устройство, избор на крайно устройство;

3) крайна мобилност;

4) сервизни показатели;

5) смяна на услугата в момента на разговора;

6) работа с едновременно използване на две услуги;

7) регистрация на отчитане на разходите за разговор за отделни услуги;

8) разговори, платени от абоната и други.

Основните характеристики на системата EWSD са показани в таблица 2.2.

Електронна система за автоматично превключване Alkatel S12. При разработване на система голямо вниманиеобърна внимание на проблемите на икономиката в производството и експлоатацията. Рентабилността на производството се осигурява от висока степен на унификация на оборудването.

Основната функционална характеристика на станцията "Alkatel S12" е децентрализирана структура, базирана на напълно разпределено управление, както функции за обработка на информация, така и процеси на директно превключване.

В комбинация с модулността на хардуера и софтуерни инструментиразпределеното управление осигурява:

1) висока надеждност на работата на оборудването;

2) възможността за изграждане на станция с широк диапазон от мощности;

3) гъвкавост при планираното увеличаване на капацитета на системата според изискванията на клиента;

4) устойчивост на промяна Системни изискванияв бъдеще, тъй като новите приложения ще бъдат свързани само със завършването на станцията с нови хардуерни или софтуерни модули, без да се променят архитектурните принципи и основния хардуер и софтуер;

5) опростяване на софтуера.

Модулната архитектура на станцията позволява гъвкаво въвеждане на нови технологични решения и предоставяне на нови услуги в полето без прекъсване на работата. Нови технологични решения и софтуерни версии бяха въведени в мрежите на различни страни, довеждайки Alkatel S12 до перфектно ниво на съответствие с изискванията за функционална и техническа производителност, както и осигурявайки по-нататъшния му еволюционен преход към теснолентова и широколентова интегрирана цифрова услуга мрежа.

Станционното оборудване "Alkatel S12" е предназначено за използване в мрежи с общо и специално предназначение, покриващо диапазона от приложения от малки отдалечени абонатни устройства до големи градски и междуградски станции. Основните опции за конфигурация на оборудването са:

1) градски автоматични телефонни централи с малък капацитет (от 256 до 5376 абонатни линии);

2) градски автоматични телефонни централи със среден и голям капацитет (до 100 000 абонатни линии);

3) транзитни комутационни възли (до 60 000 свързващи линии);

4) дистанционни абонатни концентратори (до 976 абонатни линии).

Станция "Alkatel S12" предоставя на абонатите следните видове комуникация:

1) автоматична вътрешна комуникация между всички абонати на станцията;

2) автоматични входящи и изходящи местни съобщения до абонати на други станции;

3) транзитна връзка между входящи и изходящи линии;

4) автоматична комуникация в рамките на определена група абонати;

5) автоматична изходяща комуникация към справочни служби;

6) полупостоянно превключване.

На абонатите на "Алкател S12" се предоставят следните видове допълнителни телефонни услуги:

1) пренасочване на входящо повикване към друго устройство;

2) пренасочване на повикване при зает абонат;

3) пренасочване на входящо повикване към автоинформатор или оператор;

4) придружаващо обаждане с парола към устройството, от което са поръчани услугите;

5) сигнализация за търсене;

6) настройка за изчакване на извиквания да бъде освободен (изчакване с обратно извикване);

7) повторно повикване без набиране;

8) свързване с абонат по предварителна заявка;

9) конферентни разговори и други.

Основните характеристики на системата "Alkatel S12" са дадени в таблица 2.2.

Таблица 2.2 - Основни характеристики на вносни комутационни системи

Както се вижда от горното, параметрите на вносните комутационни системи са близки един до друг и в този случай цената е решаваща. Това е всичко за този критерий, избрах системата за превключване AXE-10, като най-добрата по отношение на "качество-цена".

Ориз. 3.3. Връзки между времеви интервали и рамки

3.2. Поставяне на логически канали върху физически канали

Известно е, че логическите канали се формират с помощта на физически канали. Методът за поставяне на логически канали върху физически се нарича "картографиране" - картографиране.

Въпреки че повечето логически канали заемат само един времеви интервал, някои логически канали могат да заемат повече от 1 TS. В този случай информацията за логическия канал се предава в същия времеви слот на физическия канал в последователни TDMA рамки.

Тъй като логическите канали са къси, множество логически канали могат да заемат един и същ физически канал, което позволява по-ефективно използване на времевите слотове.

На фиг. 3.4. случаят е показан, когато допълнителен времеви интервал е зает от DCCH канала поради голямо натоварване на една носеща клетка.

Ориз. 3.4. Поставяне на логически канали върху физически канали

3.2.1. Оператор "0", времеви интервал "0"

Нулевият времеви интервал при нулева носеща честота в клетката винаги е запазен за сигнализиране. По този начин, когато MS определи, че превозвачът е BCCH превозвач, той знае къде и как да прочете информацията.

В посоката на предаване от BTS към MS (връзка надолу) се предава информация BCH и CCCH. Единственият канал, по който информацията се предава само в посока от MS към BTS (uplink), е RACH каналът. RACH каналът е винаги свободен, така че MS може да има достъп до мрежата по всяко време.

3.2.2. Оператор "0", времеви интервал "1"

Обикновено първият ("1") времеви слот при нулев носител в клетката също винаги е запазен за целите на сигнализирането. Единствените изключения са клетки с висок или нисък трафик.

Както се вижда от фиг. 3.4, ако има много трафик в клетката, тогава третият физически канал може да бъде зает, използвайки DCCH, за да се установи връзка. Този канал може да бъде произволен времеви слот, с изключение на времеви слотове "0" и "1" на носител "0".

Същото се случва, когато натоварването в клетката е ниско. В този случай е възможно да се вземе времеви интервал "0" на носителя "0" за предаване / приемане на цялата информация за сигнализиране: BCH, CCCH и DCCH. Така физическият канал "1" може да бъде освободен за трафик.

Осем SDCCH канала и 4 SACCH канала могат да споделят един и същ физически канал. Това означава, че 8 връзки могат да бъдат установени едновременно на един физически канал.

3.2.3. Носеща "0", времеви слотове от 2 до 7 и всички други времеви слотове на други носители в същата клетка

Всички други интервали, с изключение на сигналните интервали "0" и "1", се използват в клетката за трафик, т.е. за предаване на глас или данни. В този случай се използва логическият канал TCH.

Освен това, по време на разговора, MS предава резултатите от измерванията на нивото на сигнала, качеството, забавянето на времето. За целта се използва SACCH каналът, заемащ за известно време един TCH слот.

3.3. Пример за услуга за входящо повикване към MS

Ориз. 3.5 схематично показва услугата входящиобаждане до MS и използване на различни канали за управление.

Ориз. 3.5. Обадете се на MS

MSC/VLR знае в кой LA се намира MS. Сигналното съобщение за пейджинг се предава от BSC, който контролира дадения LA.

1. BSC разпространява съобщението за позвъняване до всички базови станции в желаната LA. Базовите станции предават съобщения за звънене по въздуха, използвайки PCH канала.

2. Когато MS открие PCH, който я идентифицира, тя издава заявка за разпределяне на контролен канал чрез RACH.

3. BSC използва AGCH, за да информира MS кои SDCCH и SACCH може да използва.

4. SDCCH и SACCH се използват за установяване на връзка. TCH е зает и SDCCH е освободен.

5. MS и BTS превключват към честотата на TCH канала и времевия слот, определен за този канал. Ако абонатът отговори, връзката се установява. По време на повикване радиовръзката се управлява от информация, изпратена и получена от MS по SACCH.

Глава 4 - GPRS публична радио услуга за пакети данни

GPRS споделя физическия ресурс на радиоинтерфейса със съществуващите ресурси на GSM системата с комутируема верига. GPRS услугата може да се разглежда като покриваща GSM мрежата. Това позволява една и съща физическа среда в клетките да се използва както за глас с комутация на вериги, така и за данни с комутация на пакети. GPRS ресурсите могат да се разпределят динамично за предаване на данни по време на периоди, когато няма сесия за предаване на информация с комутирана верига.

За GPRS той ще използва същите физически канали, но ефективността на тяхното използване е много по-голяма в сравнение с традиционния GSM с комутирана верига, тъй като няколко потребители на GPRS могат да използват един канал. Това ви позволява да увеличите използването на каналите. Освен това GPRS използва ресурси само през периода на предаване и приемане на данни.

4.1 GPRS мрежова архитектура

Фигурата по-долу показва структурата на GPRS системата. Тъй като GPRS е нова GSM услуга, тя използва съществуващата GSM инфраструктура с някои модификации. Решението за GPRS системата е разработено по такъв начин, че GPRS може бързо да се внедри в мрежата на ниска цена.

За внедряването на GPRS е необходимо да се извърши софтуерна актуализация на елементите на съществуващите GSM мрежи, с изключение на BSC, която изисква хардуерна актуализация (виж Фигура 4.1). В GSM мрежата се появяват два нови възела: обслужващ възел за поддръжка на GPRS (SGSN) и възел за поддръжка на GPRS шлюз (GGSN). Тези два възела могат да бъдат физически реализирани като един хардуерен възел. Възможно е гъвкаво внедряване на GPRS, отначало е възможно, например, внедряването на централизиран GPRS възел, който може да бъде комбинация от SGSN и GGSN възли. На следващия етап те могат да бъдат разделени на специални възли SGSN и GGSN.

По-долу е описано как внедряването на GPRS системата засяга GSM възлите и кои GPRS терминали съществуват в мрежата.

Ориз. 4.1 GPRS мрежова архитектура (показани са BSS, CSS и PSS)

Интерфейсът между SSGN и BSC е поддръжката на Gb отворен интерфейс, определена в стандарта ETSI. Този интерфейс позволява на оператора да работи с конфигурация от множество доставчици.

4.2 Система за базова станция (BSS)

GPRS системата комуникира с MS по въздуха чрез предаване и приемане на радиосигнали през BSS. BSS управлява предаването и приемането на радиосигнали за всички видове съобщения: реч и данни, предавани в режими с комутация на вериги и с комутация на пакети. При внедряването на GPRS за BTS базови станции са необходими допълнителен софтуер и допълнителни хардуерни блокове.

BSS се използва за разделяне на данни с комутация на верига от данни с комутация на пакети, тъй като към MSC се изпращат само съобщения с комутация на верига. Пакетите се пренасочват към нови възли за превключване на GPRS пакети.

Система с комутация на вериги (CSS)

CSS е традиционна SS система на GSM мрежата, която включва вече обсъдените по-рано възли (вижте Глава 1, Раздел 1.7: „Описание на компонентите на GSM мрежата“).

При внедряване на GPRS се изисква надграждане на софтуера на MSC, за да се активират комбинирани процедури за GSM/GPRS, като например комбинираната процедура за свързване MS (Attach): IMSI/GPRS.

Въвеждането на GPRS не засяга GMSC, тъй като този център участва в установяването на връзка с абонати на GSM мрежа от абонати на фиксирана мрежа на PSTN.

HLR е база данни, която съдържа всички данни за абонати, включително данни, свързани с абонамента за GPRS услуга. По този начин HLR съхранява данни както за услугата с комутация на вериги, така и за услугата с комутация на пакети. Тази информация включва например дали на абоната е разрешено/забранено да използва GPRS услуги, името на точката за достъп (APN) на доставчика на интернет услуги (ISP) и индикация дали IP адресите са присвоени на MS. Тази информация се съхранява в HLR като абонамент за PDP контекст на пакетни данни. HLR може да съхранява до 5 PDP контекста на абонат. Информацията, съхранявана в HLR, е достъпна от SGSN. При роуминг може да бъде поискана информация в HLR, който не е свързан с неговия собствен SGSN.

За да може HLR да работи в GPRS мрежа, софтуерът му трябва да бъде обновен.

4.3.1 Център за удостоверяване (AUC)

AUC не изисква надграждане при работа с GPRS. Единствената нова функция по отношение на AUC в GPRS мрежата е новият алгоритъм за криптиране, който е дефиниран за GPRS като A5.

Обслужване кратки съобщения– Взаимната работа на MSC (SMS-IW-MSC) позволява на MS с GPRS функционалност да изпраща и получава SMS чрез GPRS радиостанции. SMS-IW-MSC не се променя, когато се внедри GPRS.

4.3.2 Система за превключване на пакети (PSS)

PSS е нова система, проектирана специално за GPRS. Тази система е базирана на интернет протоколи (IP). Той включва нови възли за превключване на пакети, известни като GSN (възли за поддръжка на GPRS). Понастоящем има два вида GPRS възли: обслужващ възел за поддръжка на GPRS (SGSN) и възел за поддръжка на GPRS шлюз (GGSN). SGSN интерфейсите го свързват към стандартни GSM мрежови възли като MSC/BSC, а GGSN интерфейсите свързват този възел към външни мрежи за пакети данни като Интернет или корпоративен Интернет.

4.3.3 GGSN терминали

Има три MS класа, които могат да работят с GPRS.

Клас A: MS от клас A поддържа едновременно GPRS и други GSM услуги. Това означава, че MS едновременно изпълнява функциите на прикачване, активиране, наблюдение, предаване на информация и т.н. както за глас, така и за пакет данни. MS клас A може едновременно да обработва повикване за гласова услуга и да получава пакети данни.

Клас B: MS от клас B следи GSM и GPRS каналите едновременно, но може да получава/предава услуги с комутация на вериги или с комутация на пакети във всеки даден момент.

Клас C: Клас C MS поддържа само неконкурентни операции, като например прикачване. Ако MS от този клас поддържа както GSM, така и GPRS услуги, той може да получава повиквания само от услугата по подразбиране или определена от оператора. Неприсвоените или неизбрани услуги не са налични.

4.3.4 Други обекти

Платежен портал (BGw).

BGw улеснява внедряването на GPRS в мобилната комуникационна мрежа чрез внедряване на функции, които опростяват управлението на таксуването за GPRS в системата за таксуване. По-специално, функцията за разширена обработка е много полезна - разширена обработка на информацията за плащане.

Критериите за таксуване за GPRS услуги са фундаментално различни от тези, прилагани за услуги с комутируема верига. По-специално те се основават на количеството предадена/приета информация, а не на времето за заетост на канала. GPRS сесията може да бъде активна за достатъчно дълъг период от време, докато реалното предаване на данни се извършва за кратки периоди от време, ако има свободни радио ресурси. В този случай времето за заетост на радио ресурсите е незначителен критерий за начисляване на такса в сравнение с количеството данни.

Информацията за зареждане може да бъде получена от SGSN и GGSN с помощта на интерфейси, различни от MSC интерфейси, и за тази информация се генерира нов тип CDR. Някои нови видове CDR са:

· S-CDR, свързани с използването на радиомрежата и предавани от SGSN.

· G-CDR, свързани с използването на външни мрежи за данни и предавани от GGSN.

· CDR, свързани с използването на услуга за кратки съобщения, базирана на GPRS.

По време на една GPRS сесия могат да се генерират няколко S-CDR и G-CDR.

BGw ви позволява да таксувате услуги за данни с минимално въздействие върху съществуващите системи за таксуване. BGw може или да трансформира данните във формат, който се разпознава от съществуваща система за таксуване, или може да се използва за създаване на ново приложение за таксуване, специално пригодено за обемно таксуване. Това ви позволява да внедрявате услуги за данни много бързо и да таксувате за използването на услуги незабавно, в реално време.

Възли за поддръжка на GPRS

Възлите за поддръжка на GPRS са SGSN и GGSN, всеки от които изпълнява специфични функции в рамките на GPRS мрежата. Тези специфични индивидуални функции са описани по-долу.

Обслужващ възел за поддръжка на GPRS (SGSN)

SGSN се намира в GPRS мрежата, както е показано на фиг. 4.2. Този възел комуникира с BSC, MSC/VLR, SMS-G и HLR. Този възел се свързва към опорната мрежа, за да комуникира с GGSN и други SGSN.

Ориз. 4.2 SGSN интерфейси

SGSN обслужва всички GPRS абонати, физически разположени в рамките на географската обслужваща зона на SGSN. SGSN изпълнява функции в GPRS, подобни на тези, изпълнявани от MSC в GSM мрежата. Тоест този възел контролира функциите за свързване, прекъсване на връзката с MS, актуализиране на информация за местоположение и т.н. Абонатите на GPRS могат да бъдат обслужвани от всеки SGSN в мрежата в зависимост от тяхното местоположение.

SGSN функции.

Като част от GPRS мрежата, SGSN изпълнява следните функции. Управление на мобилността (MM). SGSN изпълнява функциите на MM протокола в MS и през мрежовите интерфейси. MM процедурите, поддържани от този интерфейс, са IMSI връзка както за GPRS, така и за повиквания с комутация на вериги, актуализация на областта за маршрутизиране, комбинирана област за маршрутизиране и актуализация на зоната на местоположението, сигнализиране за пейджинг.

Протоколът MM позволява на мрежата да поддържа роуминг абонати. MM позволява на MS да се движи от една клетка в друга, да се движи от една зона за маршрутизиране на SGSN към друга, да се движи между SGSN в рамките на GPRS мрежа.

Концепцията за зона на местоположение (LA) не се използва в GPRS. Аналогът на тази концепция в GPRS е Routing Area (RA). RA се състои от една или повече клетки. В първото изпълнение RA беше еквивалентен на LA.

MM позволява на абонатите да изпращат и получават данни, докато се движат в собствената си PLMN, както и когато се преместват към друга PLMN. SGSN поддържа стандартен Gs интерфейс към MSC/VLR за MS от клас A и клас B, което позволява да се изпълняват следните процедури:

- Комбинирано свързване / изключванеGPRS/ IMSI. Процедурата "IMSI attach" се извършва чрез SGSN. Това ви позволява да комбинирате / комбинирате действия и по този начин да пестите радио ресурси. Тези действия зависят от MS класа.

- Комбинирано страниране. Ако MS е регистрирана като IMSI/GPRS терминал в същото време (операция в режим I), MSC/VLR извършва пейджинг чрез SGSN. Мрежата може също да координира предоставянето на услуги с комутация на вериги или пакети. Координирането на пейджинг означава, че мрежата предава съобщения за пейджинг за услуги с комутация на вериги по същите канали, използвани за услуги с комутация на пакети, т.е. GPRS канал за пейджинг или GPRS канал за трафик.

- Комбинирани актуализации на местоположението(зони за местоположение LA или зони за маршрутизиране на RA) за GSM услуги с комутация на вериги и GPRS услуги с комутация на пакети. MS изпълнява функциите за актуализиране на местоположението отделно, като предава информация за новия LA към MSC и новия RA към SGSN. В Gs интерфейса и двата възела: MSC и SGSN могат да обменят информация за актуализиране на местоположението на абоната, като по този начин позволяват взаимно да извършват актуализирането. Това спестява функции за сигнализиране през въздушния интерфейс.

Управление на сесии (SM)

SM процедурите включват активиране на контекст на протокол за пакетни данни (PDP), деактивиране на този контекст и модифицирането му.

PDP контекстът се използва за установяване и освобождаване на виртуална връзка за данни между терминал, свързан към MS и GGSN.

След това SGSN съхранява данните, които включват:

Идентификаторът на контекста на PDP е индекс, използван за насочване към определен контекст на PDP.

PDP тип. Това е тип контекст на PDP. В момента се поддържа IPv4.

PDP адрес. Това е адресът на мобилния терминал. Това е или IPv4 адрес, ако абонатът го посочи при сключване на договор за услуга за пакети данни, или е празен набор, ако се използва режим на динамично присвояване на адрес.

Име на възел за достъп (APN). Това е мрежовият идентификатор на външната мрежа, например: wap. *****

Определено качество на услугата (QoS). Това е QoSU профилът, за който абонатът може да се абонира.

PDP контекстът трябва да е активен в SGSN, преди която и да е единица за пакет данни (PDU) да може да бъде изпратена или получена от MS.

Когато SGSN получи съобщение за заявка за активиране на PDP контекст, той изисква функция за контрол на разрешение. Тази функция ограничава броя на регистрациите в рамките на един SGSN и контролира качеството във всяка зона. След това SGSN проверява дали на абоната е разрешен достъп до определена мрежа на ISP или корпоративна мрежа за данни.

Изкупуване на билети

Тази функция предоставя на оператора достатъчно информация за дейностите на абоната и позволява фактуриране въз основа на количеството предадена информация (обем на предадени данни, SMS), както и продължителността на сесията с данни (време на включване/регистрация, продължителност на Състояние на контекста на PDP).

Възможностите за зареждане на GPRS услугата са напълно съвместими със спецификациите на ETSI за S-CDR (SGSN), G-CDR (GGSN) и SMS CDR.

CDR съдържа всички задължителни полета и следните незадължителни полета:

S-CDR: флаг на клас MS, информация за област на маршрутизиране на RA, код на област, ID на клетка, информация за промяна на SGSN на сесията, диагностична информация, пореден номер на доклад, ID на възел.

G-CDR: флаг за динамичен адрес, диагностична информация, пореден номер на отчета, ID на възел.

Всички CDR имат идентификатори, така че всички CDR, принадлежащи към една и съща сесия за управление на MM Mobility и свързани със съответните PDP сесии, могат да бъдат сортирани, което е важно от гледна точка на таксуването. Това се отнася за всички CDR от всички GPRS възли.

CDR в GPRS възлите първо се поставят във временен буфер за съхранение, където се съхраняват за около 15 минути, след което се записват на твърдия диск. Капацитетът за съхранение на данни за зареждане е приблизително 72 часа, еквивалентен на съхранение на данни за зареждане.

Операторът може да конфигурира следните параметри:

Дестинация (например система за таксуване);

Максимално дисково пространство за съхранение на CDR;

Максимално време за съхранение на CDR;

Таймер за буфериране в памет с произволен достъп (RAM);

Количеството буфериране в паметта с произволен достъп (RAM);

Метод за извличане на данни.

Изберете GGSN

SGSN избира GGSN (включително сървъра за достъп) въз основа на протокола за пакетни данни (PDP), името на възела за достъп (APN) и данните за конфигурацията. Той използва сървъра за имена на домейни в основната мрежа, за да установи самоличността на SGSN, обслужващ исканото APN. След това SGSN установява тунел, използвайки GPRS Tunneling Protocol (GTP), за да подготви GGSN за по-нататъшна обработка.

DIV_ADBLOCK192">

По-долу е даден пример за успешно изпращане на SMS съобщение през GPRS радиоканали:

SMS-C определя, че съобщението трябва да бъде препратено към MS. SMS-C препраща това съобщение към SMS-GMSC. SMS-GMSC проверява адреса на дестинацията и изисква информация за маршрутизиране от HLR, за да достави SMS. HLR предава полученото съобщение, което може да включва информация за SGSN, в която в момента се намира целевата MS, информация за MSC или информация за двата възела. Ако полученото съобщение не съдържа SGSN, това означава, че HLR знае, че MS е извън обхвата на SGSN и не може да бъде достигната чрез този SGSN. Ако полученото съобщение съдържа MSC номер, SMS съобщението ще бъде доставено по традиционния начин през GSM мрежата. Ако полученото съобщение съдържа SGSN, SMS-GMSC ще препрати SMS към SGSN. SGSN ще изпрати SMS до MS и ще изпрати съобщение за успех до SMS-C.

4.6 Възел за поддръжка на GPRS шлюз (GGSN)

GGSN осигурява интерфейс към външна IP мрежа за пакети данни. GGSN осигурява функции за достъп за външни устройства като ISP рутери и RADIUS сървъри, за да осигури функции за сигурност. От гледна точка на външната IP мрежа, GGSN действа като рутер за IP адресите на всички абонати, обслужвани от GPRS мрежата. Препращането на пакети към правилния SGSN и преводът на протокола също се осигуряват от GGSN.

4.7 GGSN функции

GGSN изпълнява следните функции в рамките на GSPR мрежата:

- Мрежова връзкаIP. GGSN поддържа връзки към външни IP мрежи, използвайки сървър за достъп. Сървърът за достъп използва RADIUS сървър за присвояване на динамични IP адреси.

- Гарантиране на сигурността на преноса на данни по протоколаIP. Тази функция гарантира сигурно предаване между SGSN и GGSN (Gi интерфейс). Тази функция е необходима при свързване на GPRS абонати през тяхната собствена корпоративна мрежа (VPN). Той също така подобрява сигурността на управлението на трафика между GPRS възлите и системите за управление. Функциите за сигурност на IP протокола позволяват криптиране на всички предавани данни. Това е защита срещу незаконен достъп и осигурява гаранции за поверителността на предаването на пакети данни, целостта на данните и удостоверяването на произхода на данните. Механизмите за сигурност се основават на филтриране, удостоверяване и криптиране на IP слоя. Тази функция е интегрирана в рутера както в SGSN, така и в GGSN (както и в шлюзови устройства, работещи в краищата на мрежата), за да осигури по-висока степен на сигурност за предаване през IP основната мрежа. Това решение използва заглавка за удостоверяване Opv4 IPSEC, която използва алгоритъма MD5 и капсулиран полезен товар за сигурност (ESP), който използва режима на верижен блоков шифър на American Data Cipher Block Cipher (DES-CBC). Системата също е готова за въвеждане на нови алгоритми за криптиране (например протокол за асиметрична автентикация със споделени ключове и др.)

- Маршрутизиране.Маршрутизирането е функция на SGSN.

- Управление на сесии. GGSN поддържа процедури за управление на сесии (т.е. активиране, деактивиране и модифициране на контекста на PDP). Управлението на сесията е описано в раздела Функции на SGSN. Управление на сесии.

- Поддръжка на функция за таксуване. GGSN също генерира CDR за всяка обслужвана MS. CDR съдържа лог файл с клеймо за време за процедури за управление на сесията в случай на режим на таксуване, базиран на времето, и файл с количеството прехвърлена информация.

4.8 Логически канали

В GSM системата са дефинирани около 10 вида логически канали. Тези канали се използват за предаване на различни видове информация. Например каналът за пейджинг PCH се използва за изпращане на съобщение за пейджинг, докато каналът за управление на излъчването BCCH се използва за пренасяне на системна информация. За GPRS е дефиниран нов набор от логически канали. Повечето от тях имат имена, подобни и съответстващи на имената на каналите в GSM. Наличието на буквата "P" в съкратеното наименование на логическия канал, което означава "Пакет" и стои пред всички останали букви, показва, че това е GPRS канал. Така например каналът за пейджинг в GPRS е обозначен като PPCH - Канал за пейджинг на пакети.

Нов логически канал на GPRS системата е PTCCH (Packet Timing advance Control Channel). Това е каналът за уведомяване за забавяне на TA и е необходим за регулиране на този параметър. В GSM системата информацията, свързана с този параметър, се предава по SACCH.

За да се поддържа GPRS, могат да се задават групи вериги за връзки с комутация на пакети (PS). Каналите, присвоени на GPRS за обслужване на трафик, произхождащ от домейн с комутация на вериги (CSD), се наричат ​​PDCH канали за пакети данни. Тези PDCH ще принадлежат към домейна с комутация на пакети (PSD). За присвояване на PDCH се използват рамка с многослотова структура и TCH, способен да поддържа PS.

В една клетка PDCHs ще съществуват съвместно с каналите за обслужване на трафик за CS. PCU е отговорен за назначаването на PDCH каналите.

В PSD множество PS връзки могат да споделят един и същ PDCH канал. Една PS връзка се дефинира като поток от времеви блокове (TBF), който се изпраща и в посоките на връзката нагоре и надолу. Една MS може да има две TBF едновременно, едната от които се използва в посоката на връзката нагоре, а другата в посоката на връзката надолу.

Когато присвоявате TBF на MS, един или повече PDCH са запазени. PDCH се намират в набор от PDCH, наречен PSET и само един PDCH в същия PSET може да се използва за MS. Преди да запази връзка, системата трябва да гарантира, че PSD съдържа една или повече безплатни канали PDCH.

4.9 Задаване на канали в GPRS системата

PBCCH, подобно на BCCH в GSM, е канал за управление на излъчване и се използва само в информационната система за пакети данни. Ако операторът не зададе PBCCH канали в системата, Информационна системапакетните данни използват BCCH канала за свои собствени цели.

Този канал се състои от логически канали, използвани за обща контролна сигнализация, необходима за пакетни данни.

Този пейджинг канал се използва само в посока надолу. Използва се за изпращане на сигнал за звънене към MS преди началото на предаването на пакети. PPCH може да се използва в група канали за пейджинг както за пакетен режим, така и за верижен режим. Използването на PPCH канала за режим на комутация на вериги е възможно само за GPRS терминали от класове A и B в мрежа с режим на работа I.

PRACH - Канал за произволен достъп на пакети, използван само в посока нагоре. PRACH се използва от MS за иницииране на предаване в посока на връзката нагоре за данни или сигнализиране.

PAGCH – Каналът за предоставяне на пакетен достъп се използва само в посока на връзката надолу във фазата на настройка на връзката, за да предаде информация за присвояване на ресурс. Изпраща се до MS преди началото на предаването на пакета.

PNCH - Каналът за уведомяване на пакети се използва само в посока на връзката надолу. Този канал се използва за изпращане на PTM-M (точка към много точки - множествено предаване) известие до MS групата преди предаването на PTM-M пакета. За да наблюдавате PNCH, трябва да бъде зададен режим DRX. DRX услугите не са посочени за GPRS Фаза 1.

PACCH - Свързаният с пакети контролен канал носи сигнална информация, свързана с конкретна MS. Информацията за сигнализиране включва, например, потвърждения и информация за управление на изходната мощност на терминала. PACCH също носи съобщения за присвояване или преназначаване на ресурс. Този канал споделя ресурси с PDTCH, присвоени на определена MS. В допълнение, съобщение за пейджинг може да бъде изпратено по този канал към MS в състояние на свързаност с комутация на верига, че MS влиза в пакетен режим.

PTCCH/U - Предварителният контролен канал за синхронизация на пакети се използва само в посока на връзката нагоре. Този канал се използва за предаване на пакет с произволен достъп за оценка на забавянето във времето на една MS в пакетен режим.

PTCCH/D - Каналът за предварителен контрол на времето на пакета се използва само в посока на връзката надолу.Този канал се използва за предаване на информация относно актуализиране на стойността на забавяне на времето за няколко MS. Един PTCCH/D се споделя с множество PTCCH/Us.

По този канал се предават пакети данни. Ако системата е в режим PTM-M, тя временно се присвоява на една MS в групата. Ако системата работи в многослотов режим, една MS може да използва множество PDTCH паралелно за една пакетна сесия. Всички канали за трафик на пакети са двупосочни, като се прави разлика между PDTCH/U за посоката на връзката нагоре и PDTCH/D за посоката на връзката надолу.

Глава 5 - Превключваща система

Въведение

Системата за мобилно радиопревключване е показана на фиг. 5.1

676 Серия

5.2. Мобилен комутационен център/регистратор за посещения (MSC/VLR)

5.2.1 MSC функции

MSC е основният възел в GSM системата. Този възел управлява всички функции за обработка на входящи и изходящи повиквания между MS. Основните функции на този възел са.

Ограниченията на разстоянието за радиовръзки са дадени от доставчиците при предположението, че няма физически смущения в рамките на първата зона на Fresnel. Абсолютното ограничение на комуникационния обхват на радиорелейните канали се налага от кривината на земята, вижте фиг. 7.15. За честоти над 100 MHz вълните се разпространяват по права линия (фиг. 7.15.A) и следователно могат да бъдат фокусирани. За високите честоти (HF) и UHF земята поглъща вълни, но HF се характеризира с отражение от йоносферата (фиг. 7.15B) - това значително разширява зоната на излъчване (понякога се получават няколко последователни отражения), но този ефект е нестабилен и силно зависи от състоянието на йоносферата.

Ориз. 7.15.

Когато изграждате дълги радиорелейни канали, трябва да инсталирате ретранслатори. Ако антените са поставени на кули с височина 100 m, разстоянието между ретранслаторите може да бъде 80-100 km. Цената на антенния комплекс обикновено е пропорционална на куба на диаметъра на антената..

Диаграмата на излъчване на насочена антена е показана на фиг. 7.16 (стрелката отбелязва основната посока на излъчване). Тази диаграма трябва да се вземе предвид при избора на местоположението на антената, особено при използване на висока мощност на излъчване. В противен случай един от радиационните лобове може да попадне върху местата за постоянно пребиваване на хора (например жилища). Предвид тези обстоятелства е препоръчително проектирането на такива канали да се повери на професионалисти.

Ориз. 7.16.

На 4 октомври 1957 г. в СССР е изстрелян първият изкуствен спътник на Земята, през 1961 г. Ю. А. Гагарин излита в космоса, а скоро в орбита е изведен първият телекомуникационен спътник Молния - това е началото на космическата ера на комуникациите. . Първият руски сателитен канал за интернет (Москва-Хамбург) използва геостационарния спътник Радуга (1993 г.). Стандартната антена INTELSAT е с диаметър 30 ​​m и ъгъл на излъчване 0,01 0 . Сателитните канали използват честотните диапазони, изброени в таблица 7.6.

Таблица 7.6. Честотни ленти, използвани за сателитни телекомуникации

Обхват	Връзка надолу (Връзка надолу) [GHz]	Uplink ( Uplink ) [GHz]	Източници на смущения
ОТ	3,7-4,2	5,925-6,425	Земни смущения
Ку	11,7-12,2	14,0-14,5	Дъжд
Ка	17,7-21,7	27,5-30,5	Дъжд

Предаването винаги се извършва на по-висока честота от приемането на сигнал от сателита.

Диапазонът все още не е "населен" твърде плътно, освен това за този диапазон сателитите могат да бъдат на 1 градус един от друг. Чувствителността към смущения при дъжд може да бъде преодоляна чрез използване на две наземни приемни станции, разделени на достатъчно голямо разстояние (ураганите са ограничени по размер). Един сателит може да има много антени, насочени към различни региони на земната повърхност. Размерът на "светещото" място на такава антена на земята може да бъде няколкостотин километра. Типичният сателит има 12-20 транспондера (трансивъра), всеки от които има честотна лента от 36-50 MHz, което прави възможно формирането на поток от данни от 50 Mbps. Два транспондера могат да използват различна поляризация на сигнала, докато работят на една и съща честота. Такива пропускателна способностдостатъчно за приемане на 1600 висококачествени телефонни канала (32 kbps). Съвременните сателити използват технология за предаване с тясна апертура VSAT(Клеми с много малка бленда). Диаметърът на "светещото" място на земната повърхност за тези антени е приблизително 250 km. Наземните терминали използват антени с диаметър 1 метър и изходна мощност около 1 ват. В същото време каналът към сателита има честотна лента от 19,2 Kbps, а от сателита - повече от 512 Kbps. Директно такива терминали не могат да работят един с друг чрез телекомуникационен сателит. За решаването на този проблем се използват междинни наземни антени с голямо усилване, което значително увеличава забавянето (и увеличава цената на системата), виж фиг. 7.17.

Ориз. 7.17.

За създаване на постоянни телекомуникационни канали се използват геостационарни спътници, висящи над екватора на надморска височина от около 36 000 км.

Теоретично три такива спътника биха могли да осигурят комуникация за почти цялата обитаема повърхност на Земята (виж Фиг. 7.18).

Ориз. 7.18.

Реалната геостационарна орбита е претъпкана със сателити за различни целии националност. Обикновено сателитите са маркирани с географската дължина на местата, над които се движат. При сегашното ниво на развитие на технологиите е неразумно да се поставят сателити по-близо от 2 0 . Така днес е невъзможно да се поставят повече от 360/2=180 геостационарни сателита.

Геостационарната спътникова система изглежда като огърлица, нанизана на невидима за окото орбита. Един ъглов градус за такава орбита отговаря на ~600 km. Може да изглежда като огромно разстояние. Плътността на сателитите в орбита е неравномерна - има много от тях на дължината на Европа и САЩ, и по-горе Тихи океан- не е достатъчно, те просто не са необходими там. Сателитите не са вечни, техният живот обикновено не надвишава 10 години, те се провалят главно не поради повреда на оборудването, а поради липса на гориво за стабилизиране на позицията им в орбита. След повреда сателитите остават на местата си, превръщайки се в космически отломки. Вече има доста такива спътници, с времето ще станат още повече. Разбира се, може да се предположи, че точността на изстрелване в орбита ще стане по-висока с времето и хората ще се научат да ги изстрелват с точност до 100 м. Това ще позволи поставянето на 500-1000 сателита в една "ниша" (което днес изглежда почти невероятно, защото трябва да им оставите място за маневри). Така човечеството може да създаде нещо подобно на изкуствен пръстен на Сатурн, състоящ се изцяло от мъртви телекомуникационни спътници. Едва ли ще се стигне до това, тъй като ще се намери начин за премахване или възстановяване на неработещите сателити, въпреки че това неминуемо значително ще оскъпи услугите на подобни комуникационни системи.

За щастие сателитите, използващи различни честотни ленти, не се конкурират помежду си. Поради тази причина няколко сателита с различни работни честоти могат да бъдат в една и съща позиция в орбита. На практика геостационарен сателит не стои на едно място, а се движи по траектория, която (наблюдавана от Земята) изглежда като числото 8. Ъгловият размер на тази осмица трябва да се побере в работния отвор на антената, в противен случай антената трябва имат серво задвижване, което осигурява автоматично проследяване на сателита. Поради енергийни проблеми телекомуникационният сателит не може да осигури високо ниво на сигнала. Поради тази причина наземната антена трябва да има голям диаметър, а приемното оборудване трябва да има ниско ниво на шум. Това е особено важно за северните райони, където ъгловото положение на спътника над хоризонта не е високо (истински проблем за ширини над 70 0), а сигналът преминава през доста дебел слой атмосфера и е забележимо отслабен. Сателитните канали могат да бъдат рентабилни за райони, отдалечени на повече от 400-500 km (при условие, че не съществуват други средства). Правилният избор на сателит (неговата дължина) може значително да намали цената на канала.

Броят на позициите за поставяне на геостационарни сателити е ограничен. Наскоро за телекомуникациите се планира да се използват така наречените нисколетящи спътници ( <1000 км; период обращения ~1 час ). Тези спътници се движат в елиптични орбити и всеки от тях поотделно не може да гарантира стационарен канал, но заедно тази система предоставя пълен набор от услуги (всеки от спътниците работи в режим "съхраняване и предаване"). Поради ниската височина на полета, наземните станции в този случай могат да имат малки антени и ниска цена.

Има няколко начина, по които множество наземни терминали могат да работят със сателит. В този случай може да се използва мултиплексиранепо честота (FDM), по време (TDM), CDMA (множествен достъп с кодово разделяне), ALOHA или метод на заявка.

Моделът на заявката предполага, че се формират наземни станции логически пръстен, по която се движи маркера. Наземната станция може да започне да предава към сателита само след получаване на този токен.

проста система ALOHA(разработен от групата на Норман Абрамсън в Хавайския университет през 70-те години на миналия век) позволява на всяка станция да започне да предава, когато поиска. Такава схема неизбежно води до сблъсъци на опити. Това отчасти се дължи на факта, че предаващата страна научава за сблъсъка едва след ~270 ms. Достатъчно е последният бит от пакета на една станция да съвпадне с първия бит на другата станция, и двата пакета ще бъдат загубени и ще трябва да бъдат изпратени отново. След сблъсъка станцията изчаква известно псевдослучайно време и предава отново. Такъв алгоритъм за достъп осигурява ефективност на използване на канала на ниво от 18%, което е напълно неприемливо за такива скъпи канали като сателитните. Поради тази причина по-често се използва домейн версията на системата ALOHA, която удвоява ефективността (предложена през 1972 г. от Робъртс). Времевата линия е разделена на отделни интервали, съответстващи на времето за предаване на един кадър.

При този метод машината не може да изпрати рамка, когато пожелае. Една наземна станция (референтна) периодично изпраща специален сигнал, който се използва от всички участници за синхронизация. Ако дължината на времевия домейн е , тогава домейнът с номер започва в момента по отношение на сигнала, споменат по-горе. Тъй като часовниците на различните станции работят по различен начин, е необходимо периодично повторно синхронизиране. Друг проблем е разпространението на времето за разпространение на сигнала за различните станции. Коефициентът на използване на канала за този алгоритъм за достъп се оказва равен на (където е основата на естествения логаритъм). Не много голяма цифра, но все пак два пъти по-висока от тази за обикновения алгоритъм ALOHA.

Метод на честотно мултиплексиране (FDM) е най-старият и най-често използван. Типичен 36 Mbit/s транспондер може да се използва за осигуряване на 500 64 kbit/s PCM (импулсна кодова модулация) канала, всеки работещ на своя собствена уникална честота. За да се избегнат смущения, съседните канали трябва да са достатъчно раздалечени по честота. Освен това е необходимо да се контролира нивото на предавания сигнал, тъй като ако изходната мощност е твърде висока, може да възникне смущение в съседния канал. Ако броят на станциите е малък и постоянен, честотните канали могат да бъдат разпределени постоянно. Но при променлив брой клеми или при забележимо колебание на натоварването трябва да преминете към динамичен разпределение на ресурсите.

Един от механизмите на такова разпределение се нарича ПИКА, използван е в първите версии на комуникационни системи, базирани на INTELSAT. Всеки транспондер на системата SPADE съдържа 794 64 kbit/s симплекс PCM канала и един 128 kbit/s канал за сигнализиране. PCM каналите се използват по двойки за осигуряване на пълна дуплексна комуникация. В този случай каналите за връзка нагоре и надолу имат честотна лента от 50 Mbps. Каналът за сигнализиране е разделен на 50 домейна от 1 ms (128 бита). Всеки домейн принадлежи на една от наземните станции, чийто брой не надвишава 50. Когато станцията е готова за предаване, тя произволно избира неизползван канал и записва номера на този канал в следващия си 128-битов домейн. Ако две или повече станции се опитат да заемат един и същ канал, възниква сблъсък и те ще трябва да опитат отново по-късно.

Методът на времевото мултиплексиране е подобен на FDM и се използва доста широко в практиката. Тук също е необходима синхронизация за домейни. Това се прави, както в домейн системата ALOHA, с помощта на референтна станция. Присвояването на домейни към наземни станции може да се извърши централно или децентрализирана. Помислете за системата ДЕЙСТВИЯ(Сателит за напреднали комуникационни технологии). Системата има 4 независими канала (TDM) от 110 Mbps (два ъплинка и два низходящи). Всеки от каналите е структуриран като 1-ms рамки, които имат 1728 времеви области. Всички временни домейни носят 64-битово поле за данни, което прави възможно реализирането на гласов канал с честотна лента от 64 Kbps. Контролът на времевите области с цел минимизиране на времето за движение на сателитния радиационен вектор изисква познаване на географското местоположение на наземните станции. Временните домейни се контролират от една от наземните станции ( MCS- Главна контролна станция). Работата на системата ACTS е процес в три стъпки. Всяка стъпка отнема 1 ms. В първата стъпка сателитът получава рамка и я съхранява в буфер от 1728 клетки. На втория - бордовият компютър копира всеки входен запис в изходния буфер (може би за различна антена). Накрая изходният запис се предава на наземната станция.

В началния момент на всяка наземна станция се присвоява един времеви домейн. За да получи допълнителен домейн, например, за да организира друг телефонен канал, станцията изпраща MCS заявка. За тези цели е разпределен специален контролен канал с капацитет 13 заявки в секунда. В TDM има и методи за динамично разпределение на ресурсите (методи на Crouser, Binder [Binder] и Roberts).

Методът CDMA (Code Division Multiple Access) е напълно децентрализиран. Подобно на други методи, той не е без недостатъци. Първо, капацитетът на CDMA канала при наличие на шум и липса на координация между станциите обикновено е по-нисък, отколкото в случая на TDM. Второ, системата изисква бързо и скъпо оборудване.

Безжичната мрежова технология се развива доста бързо. Тези мрежи са удобни предимно за мобилни превозни средства. Най-обещаващият е проектът IEEE 802.11, който трябва да играе същата интегрираща роля за радиомрежите като 802.3 за Ethernet мрежи и 802.5 за Token Ring. Протоколът 802.11 използва същия алгоритъм за достъп и потискане на сблъсък като 802.3, но тук се използват радиовълни вместо свързващ кабел (фиг. 7.19.). Използваните тук модеми могат да работят и в инфрачервения диапазон, което е привлекателно, ако всички машини са разположени в общо помещение.

Ориз. 7.19.

Стандартът 802.11 предполага работа на честота от 2,4-2,4835 GHz при използване на 4FSK / 2FSK модулация