13. Принципы построения транспортных сетей

13.1. Взаимоувязанная сеть связи РФ — национальная транспортная магистральная сеть

13.2. Цифровая первичная сеть

13.3. Типовые каналы и тракты аналоговой и цифровой сети электросвязи

13.4. Вторичные сети связи

13.5. Узлы связи

13.6. Этапы развития технологий транспортных и телекоммуникационных сетей

13.7. Понятие о глобальной сети Интернет

13.1. Взаимоувязанная сеть связи РФ — национальная транспортная магистральная сеть

Для организации информационного обмена между отдельными локальными и глобальными сетями развертывается транспортная сеть (ТС) реализующая сервисы транспортировки информационных потоков между отдельными абонентами, а так же предоставление информационных сервисов (таких как: радио, ТВ, факсимильная связь и др.) потребителям.

Транспортная сеть связи (backhaul) — это совокупность ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

Рисунок 13.1 — Телекоммуникационная сеть состоящая из магистральной транспортной сети и абонентов, подключенных к ней через сети доступа

Как правило, транспортные сети разворачиваются в национальном масштабе. В РФ такой транспортной системой является взаимоувязанная сеть связи РФ (ВСС).

Взаимоувязанная сеть связи России сегодня представляет собой совокупность сетей (рис. 13.2):

—       сети общего пользования,

—       ведомственных сетей и сети связи в интересах управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка.

При этом главная составляющая ВСС — сети связи общего пользования, открытые для всех физических и юридических лиц на территории России.

Рисунок 13.2 — Структура ВСС РФ

Организационно ВСС — это совокупность взаимоувязанных сетей электросвязи, находящихся в ведении различных операторов связи как юридических лиц, имеющих право предоставлять услуги электросвязи. Архитектура ВСС РФ приведена на рис. 13.3.

Взаимоувязанная сеть связи, как система связи, представляет собой иерархическую трехуровневую систему:

—       первый уровень — первичная сеть передачи, представляющая типовые каналы и групповые тракты передачи для вторичных сетей;

—       второй уровень — вторичные сети, т. е. коммутируемые и некоммутируемые сети связи (телефонные, документальной электросвязи и др.),

—       третий уровень — это системы электросвязи или службы электросвязи, представляющие пользователям конкретные услуги связи.

Услуги электросвязи предоставляются пользователям посредством оконечного оборудования сетей электросвязи. Телефонная связь, передача данных, телеграфная связь, передача газет, распределение программ телевизионного и звукового вещания, видеотелефонные сети — все эти системы электросвязи общего пользования входят в структуру ВСС в качестве вторичных сетей.

Помимо сетей электросвязи общего пользования в состав ВСС входят также вторичные сети организованные различными ведомствами, корпорациями и коммерческими кампаниями. К таким сетям относятся:

—       сети связи силовых структур,

—       сети связи топливно-энергетического комплекса,

—       сети связи транспортных и банковских структур,

—       частные и корпоративные сети связи.

Рисунок 13.3 — Архитектура ВСС

При построении вторичных сетей используются различные типы телекоммуникационных технологий, обеспечивающих эффективное использование  каналов и типовых трактов, выделенных из состава первичной сети в данную вторичную сеть. К телекоммуникационным технологиям вторичных сетей относятся:

—       кроссовая коммутация,

—       традиционная коммутация каналов,

—       коммутация сообщений и пакетов.

Помимо перечисленных последние годы активно внедряются новые более эффективные технологии построения вторичных сетей, которые относятся к телекоммуникационным технологиям интегрального типа. Эти технологии обеспечивают совместную передачу сообщений различных видов информации: речи, данных, факсимильной и видео информации, включая передачу телевизионных программ и т.д. К таким прогрессивным технологиям в настоящее время получившим наибольшее распространение относятся: ATM, Ethernet-Gb, ISDN и FrameRelay.

Для примера на рис. 13.4 приведена транспортная сеть «ТрансТелеком» в составе ВСС представляющая собой магистральную цифровую сеть связи Российских железных дорог, а также опирающиеся на ее ресурсы сеть MPLS IP и сети доступа, интегрированные в единую взаимоувязанную мультисервисную сеть. Базовой технологией для построения магистральной первичной сети выбрана SDH-технология.

Рисунок 13.3 — Магистральная сеть «ТрансТелеком»

Основная задача ВСС — транспортная, т. е. передача сообщений от его источника к получателю. Конечным результатом функционирования ВСС являются услуги связи, предоставляемые пользователям.

Показатели, характеризующие функционирование ВСС:

—       скорость и своевременность доставки сообщений пользователям;

—       достоверность сообщений (соответствие принятого сообщения переданному);

—       надежность и устойчивость связи, т.е. способность сети выполнить транспортную функцию с заданными эксплуатационными характеристиками в повседневных условиях,

—       при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.

Системы связи могут обеспечить защиту информации от ряда угроз ее безопасности (блокирование, несанкционированный доступ на отдельных элементах сети и др.). Ответственность за общее решение вопросов безопасности информации (обеспечение свойств конфиденциальности, целостности и доступности) возлагается на пользователя (собственника информации).

Устойчивость сети связи — это ее способность сохранять работоспособность в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов. Она определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью сети.

Для повышения устойчивости сетей ВСС используются различные меры:

—       оптимизация топологии сетей связи для упрощения их адаптации к условиям, возникающим в результате воздействия различных дестабилизирующих факторов, включая геополитические;

—       рациональное размещение сооружений связи на местности с учетом зон возможных разрушений, наводнений, пожаров;

—       применение специальных мер защиты сетей и их элементов от влияния источников помех различного характера;

—       развитие систем резервирования;

—       внедрение автоматизированных систем управления, организующих работу по перестройке и восстановлению сетей, поддержанию их работоспособности в различных условиях и др.

13.2. Цифровая первичная сеть

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи.

Первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Рассмотрим ту часть первичной сети, которая связана с передачей информации в цифровом виде.

Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую

—       цикловую структуру сигнала,

—       тип линейного кода.

Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок.

Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала.

Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи) — рис. 13.4.

Рисунок 13.4 — Физические среды передачи первичной сети

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи, откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой банк каналов, которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот банк каналов един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали общим стандартам.

Современная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий:

—         плезиохронной иерархии (PDH),

—         синхронной иерархии (SDH),

—         асинхронного режима передачи (ATM).

Рисунок 13.5 — Технологии цифровой первичной и их место сети в системе электросвязи

Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.

Рассмотрим более подробно историю построения и отличия плезиохронной и синхронной цифровых иерархий.

Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из:

—       узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже),

—       регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах,

—       цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети.

Схемы плезиохронных цифровых систем (ПЦС) были разработаны в начале 80-х. Всего их было три:

1) принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1 — DS2 — DS3 — DS4 или последовательность вида: 1544 — 6312 — 44736 — 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);

2) принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 — DS2 — DSJ3 — DSJ4 или последовательность 1544 — 6312 — 32064 — 97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;

3) принята в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 — E2 — E3 — E4 — E5 или 2048 — 8448 — 34368 — 139264 — 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

Комитетом по стандартизации ITU-T был разработан стандарт, согласно которому:

—       были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий (рис. 13.5);

—       последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

Рисунок 13.4 — Мультиплексирование цифровых потоков ПЦС (PDH)

Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 13.1.

Однако технология PDH обладала рядом недостатков, а именно:

—       затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;

—       отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;

—       многоступенчатое восстановление синхронизации требует достаточно большого времени.

Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.

Таблица 13.1. Три схемы ПЦС: американская (АС); японская (ЯС); европейская (ЕС)