Isdn цифрова система

Ранните телефонни мрежи са били чисто аналогови системи, които са свързвали директно телефонните потребители посредством осъществяване на връзка между различни проводници. Тази система е била неефективна, предразположена към пропадания и шумове и освен това връзка на далечни разстояния се осъществяваше доста трудно. Стартирайки през 1960 г, телефонната система се променя възходящо, като започва да променя своята структура на вътрешни връзки към пакетно ориентирани цифрови комутационни системи. .

Концепцията за изграждане на единна цифрова мрежа с интегрирани услуги ISDN (Integrated Services Digital Network) се е породила още в началото на 70-те години за да удовлетвори нуждите на пазара от универсални услуги. ISDN представлява следващ стадий от еволюцията на телефонната мрежа, като осигурява цифрова връзка от краен потребител до краен потребител. Тя се базира на познатите методи за цифрово предаване, използва ограничен набор от типове на свързване и многофункционални интерфейси “потребител-мрежа”.

ISDN интегрира различните телекомуникационни технологии. Взаимната работа на системите за гласова комуникация, данни и изображение в единна мрежа е възможна само при определени условия. Отделните терминали и процедури за мрежов достъп са различни и изискват създаване на подходяща среда за реализиране на интеграцията. Това налага развитие на телекомуникационните мрежи, на модернизирането и усъвършенствуването им, с преминаване от съществуващите различни мрежи към една универсална, която да интегрира различните информационни и телекомуникационни технологии с цел да се улесни комуникациите между потребителите във всичките им аспекти.

В настоящата дипломна работа се разглежда реализацията на ISDN технологията, където намират приложение множеството от услуги предоставяни на потребителите от ISDN мрежата. В приложната част се предлагат варианти за изграждане на малка офис мрежа с помощта на ISDN технологията.


2. Същност и основни характеристики на ISDN
През последните години телекомуникациите претърпяха бърз растеж и еволюционно развитие, изразяващо се в предоставяне на нови телекомуникационни услуги, усъвършенстване на крайния потребителски достъп и стандартизация на мрежовите интерфейси. От друга страна потребителските нужди за обмен на реч, данни, подвижни и неподвижни изображения доведоха до търсене на нови гъвкави възможности за предаване и комутиране на информацията. Въпреки, че гласовите комуникации продължават да представляват доминиращата част от телекомуникационния пазар, най-голям растеж се наблюдава в областта на негласовите комуникации. Интересът на потребителите се пренасочва към услуги, включващи предаване на данни, факс-съобщения, изображения и графична информация. Аналоговата телефонна мрежа не е в състояние да удовлетвори тези изисквания.

Фиг.1 Цифров пренос до потребителя
Създаването на единна мрежа, която предоставя на потребителите услуги за предаване на глас, данни, образ и текст става възможно след решаването на две основни задачи:

• 
  Интеграция на технологиите – уеднаквяването на технологиите се свежда до използването на едни и същи методи за предаване и комутация на сигналите по мрежата. Това включва интегриране на ползваните от мрежите за гласова комуникация уплътнителна и комутационна техника в една цифрова интегрирана мрежа IDN (Integrated Digital Network).
  

• 
  Предоставяне на повече от една услуга, а също и нови типове услуги.
  

Редом с тези основни задачи е решен начинът за осигуряване на обществен достъп за ползването им чрез използване на стандартини процедури за изграждане, обслужване и разпадане на връзката, както и специфициране на стандартен интерфейс между терминалните устройства и мрежата.

1. 
   Характерни черти на ISDN
   

ISDN е универсална мрежа с интеграция на услугите. Поддържа съвместна работа с аналогови телефонни мрежи, мобилни, пакетни – Х.25, АТМ, LAN, корпоративни мрежи. Характеризира се със специфични особености на преносната среда. Базира се на съществуващата цифрова телефонна мрежа с телефонни канали със скорост на предаване 64 kbit/s. ISDN е мрежа с комутация на каналите, но в същото време чрез ISDN може да се обслужва трафик чрез комутация на пакети. Връзката от потребител до потребител е изцяло цифрова.

За нуждите на ISDN е стандартизиран универсален интерфейс “потребител – мрежа”, който позволява различни по услуги терминали да бъдат свързани към една точка за достъп, като е възможно включването до 8 терминала по топология “шина” или “звезда”. С тях може да се осъществи обмен едновременно на различни типове информация с друга крайна станция от същата или от друга мрежа.

Обменът на сигнална информация се осъществява чрез отделен, независим паралелен канал за сигнализация “ от абонат до абонат”, по време на цялата продължителност на връзката, с възможност за предоставяне едновременно на повече от една услуга, както и смяна на типа на услугата по време на сесията, без да се нарушава изградената връзка.

• 
  Използване на технологии с много висока степан на интеграция;
  
• 
  Използване на съществуващата в цифровата телефонна мрежа технология за комутация на канали;
  
• 
  Използване на допълнителни софтуерни приложения за управление;
  
• 
  Предоставяне на ISDN-услуги, реализирани по софтуерен път, с по-големи възможности за потребителите и с по-ефективно използване ресурса на мрежата;
  
• 
  Осъществяване на една единна многофункционална мрежа с облекчена поддръжка и с интегрирани технологии;
  
• 
  Нови видове комуникационни услуги, доставяни на сравнително ниски цени;
  
• 
  При основен достъп ISDN BRA по абонатната линия, на потребителя се осигуряват два канала с пропускателна способност 64 kbit/s, които могат да се използват едновременно;
  
• 
  При първичен достъп по абонатната линия, на потребителя се осигуряват 30 канала с пропускателна способност 64 kbit/s, които могат да се използват едновременно;
  
• 
  Възможност за осъществяване на високоскоростни приложения като достъп до интернет и обмен на файлове (64 kbit/s), видеоконферентна връзка (128 kbit/s);
  
• 
  Висококачествена обработка на данните от край до край;
  
• 
  Набор от широка гама допълнителни потребителски услуги.
  

Регламентирани са четири типа информационни канали, които осигуряват режим на предаване с комутация на канали или пакети. Основен е В-каналът със скорост на предаване 64 kbit/s. Той е известен като “базов” канал. Неговият капацитет се базира на структуриран цифров поток на телефонния сигнал в 8 bit-октетна структура и ИКМ кодиране. На базата на този канал са регламентирани още канал и два варианта на канал ( и ). Те са за връзки, които изискват по-голям капацитет от базовия канал и се предоставят от оператора на мрежата при заявка от потребителя. Каналите са с капацитет 384 kbit/s и се образуват от шест базови канала. Канал е с поток от 1536 kbit/s, а канал е с поток от 1920 kbit/s.

Каналите за сигнализация са два типа – D и Е. Според типа на достъпа D-канал оперира на 16 kbit/s при базов достъп и 64 kbit/s при първичен достъп. Предаването на информация по Е-канал е само със скорост 64 kbit/s. Основната разлика между тях е използваният протокол за обмен, при D-канала той е LAPD, а при Е-каналите е на базата на сигнализация SS7.


Фиг.3 Канални структури
3.2 Видове достъп

• 
  Основен достъп BRA (Basic Rate Access) – той осигурява по двупосочна физикална линия осъществяването на два В-канала (за телефония или данни със скорост до 64 kbit/s), и един D-канал (за сигнализация при изграждането на връзките по двата В-канала и евентуално за предаване на данни с пакетна комутация със скорости до 16 kbit/s). Скоростта на цифровия сигнал е 192 kbit/s. BRA работи по нормална двупроводна абонатна линия и се свързва към централата по U-интерфейс. Основният достъп се използва от единични ISDN абонати или за връзка към ISDN-ЦУАТЦ с малък капацитет.
  

Към един основен достъп могат да се включат до 8 крайни терминални устройства (ТЕ), като едновременно могат да работят две от тях. Всяко ТЕ може да бъде достигнато еднозначно от търсещите го абонати.

Връзката между терминалните устройства на потребителя и ISDN централата се осъществява през мрежов терминал NT (Network Terminal).


Фиг.4 ISDN основен достъп
NT откъм страна на централата е двупроводен с U-интерфейс, а от към страна на потребителските терминали - до 8 броя ISDN телефони, телефаксни апарати, персонални компютри с ISDN платка, принтери и др. е четирипроводен с So-интерфейс.

• 
  Първичен достъп PRA (Primary Rate Access) – той работи по цифров преносен тракт от 2 Mbit/s и осигурява 30 В-канала за телефония и данни със скорост 64 kbit/s, и един D-канал за сигнализация със скорост 64 kbit/s при изграждането на връзките по В-каналите.
  

3. 
   ISDN функционални групи
   

Функционалните групи представляват множества от функции, реализирани на определено място, които са необходими за организацията на ISDN достъпа. Тези функции могат да бъдат представени чрез едно или повече устройства.

Еталонните точки са теоретични точки и разпределят функционалните групи. Те реално представляват функционални интерфейси и могат да съответстват на съществуващ физически интерфейс. Тези точки са R, S, T, U и V.

Един или повече терминали ТЕ (Terminal Equipment), са свързани към абонатната линия и комуникационния център с помощта на крайни мрежови устройства NT (Network Termination). Терминалните устройства могат да бъдат от един и същ тип, като два цифрови ISDN телефонни апарата, или комбинация от разговорни терминали и терминали за данни. Крайното мрежово устройство осигурява съвместното използване на абонатната линия от няколко терминала (фиг.6).

• 
  Еталонна точка R указва интерфейса между ТА и ТЕ2;
  
• 
  Еталонна точка S указва интерфейса между NT2 и TE1, или TA;
  
• 
  Еталонна точка T указва интерфейса между NT1 и NT2;
  
• 
  Еталонна точка U указва интерфейса в мрежата за достъп между централата и крайното мрежово устройство;
  
• 
  Еталонна точка V указва интерфейса между LT и крайната централа.
  

Крайното мрежово устройство NT 1 има и друга важна роля, насочена към тестване и локализация на различни повреди в съоръженията от абонатния тракт. Има три възможни шлейфа (Фиг.7):

• 
  Шлейф “а” – дава възможност на комутационните съоръжения да установят дали сигналите са предават правилно в двете посоки по абонатната линия и какво е състоянието на NT. Така се определя коефициентът на цифрова грешка или каква част от капацитета на абонатната линия е достъпен за ползване.
  
• 
  Шлейф “b” – осигурява индикация за правилно свързване и работоспособност на абонатната линия в противоположния на комутационния център край.
  
• 
  Шлейф “с” – осигурява тестване на комутационните съоръжения преди всяко изграждане на връзка.
  

Крайното мрежово устройство NT 2 има основна задача да осигури достъп на повече от едно терминално устройство до ISDN. То реализира интерфейса за достъп, наречен S-интерфейс. Използването на тази функционална група не е задължително и зависи от конкретния потребител.

Между две функционални групи NT 1 и NT 2 връзката може да се осъществи по различни начини. Най-простият вариант е да се комбинират двете функционални групи в едно физическо NT устройство.



Фиг.8 Физическо NT устройство
Терминален адаптер (ТА) – терминалният адаптер дава възможност да се свързват конвенционални терминали от типа ТЕ 2 към мрежата с интеграция на услугите. По този начин се осигурява комуникация между потребители, както с терминални устройства от функционална група ТЕ 1, така и с устройства тип ТЕ 2.

Крайно линийно устройство (LT) – крайното линийно устройство изпълнява функциите на първия слой от еталонния модел OSI между предавателната абонатна линия и входа на крайната ISDN централа. Тези функции включват предаване на информацията, захранване по линията, активиране, техническо обслужване и контрол на качеството. Работи съвместно с NT.

3.4 Структура на интерфейсите BRA/PRA

При ISDN основен достъп по интерфейса в двете посоки се предава цифров сигнал със скорост 192 kbit/s, от които само 144 kbit/s са предназначени за предаване на информация (двата В-канала 64 + 64 = 128 kbit/s плюс D-канала 16 kbit/s). При ISDN първичен достъп скоростта е 2048 kbit/s, от които достъпният за ползване информационнен капацитет, е 1984 kbit/s, а останалите 64 kbit/s са предназначени за синхронизация.

Потребителският интерфейс за основен достъп е изграден на базата на структурата 2В + D₁₆ . Електрическите характеристики на този интерфейс се основават на три основни конфигурации:

• 
  свързване “точка – точка” - P_toP (Point to Point);
  
• 
  свързване “къса пасивна шина” – SPB (Short Passive Bus);
  
• 
  свързване “разширена пасивна шина” – (Extended Passive Bus)
  

Свързване “точка до точка” – при това свързване дължината се определя от затихването на сигнала, което не трябва да превишава за честота 96 kНz 6 dB, както и от закъснението на сигнала. Дължината на шината между крайното мрежово устройство NT и крайното устройство на потребителя ТЕ не трябва да превишава 1000 метра. Крайното мрежово устройство (NT), за да върне обратно сигналната информация от D-канала, трябва общото закъснение на сигнала при преминаване по пътя TE – NT – TE да бъде по-малко от 42 s (приблизително 8 тактови интервала), като при това се приема, че на крайното мрежово устройство са му необходими 10,4 s, за да осъществи този шлейф. Може да се включи само един терминал.

На Фиг.12 е показано свързването на една ISDN учрежденска телефонна система ISPBX към селищната комутационна система LE посредством ISDN първичен достъп. Не се допуска дължината на линията да бъде по голяма от 150 метра. Поради това на практика за покриване на по-големи разстояния се използват допълнителни съоръжения за пренос.

Сигнализацията между комутационните системи от мрежата ISDN се осъществява през мрежата за сигнализация N7 (чрез MTP - Message Transfer Part). Сигналната информация се пренася по общ канал със скорост 64 kbit/s. Осигурява се висока надеждност на пренасянето и възможност за обмен на голям обем сигнална информация за различни приложения.

DSS1 е абонатна сигнализация за повиквания с комутация на канали, като се използва отделен сигнален канал. По него освен сигнализационна информация може да се пренася и пакетна информация. Осигурява обмена на информация между потребителските терминали и ISDN мрежата.

За еталонните интерфейсни точки S и Т абонатната сигнализация е стандартизирана по еднакъв начин за всички интерфейсни структури, видове достъп и услуги.

Сигнализацията в D-канала използва протокола за достъп LAP-D, който представлява едно приложение на сигнализацията по общ канал С7 в абонатната линия.

Обменът на информация в D-канала се осъществява в пакетен режим. На физикално ниво отделните пакети са разделени помежду си от битове наречени D-канални битове (D-channel bits). D-каналните битове са отделени от В-каналите (В1 и В2) чрез октети.