Základy spojovací techniky Ivan Pravda
Autor: Ivan Pravda Název díla: Základy spojovací techniky Zpracoval(a): České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Kontaktní adresa: Technická 2, Praha 6 Inovace předmětů a studijních materiálů pro e-learningovou výuku v prezenční a kombinované formě studia Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
VYSVĚTLIVKY Definice Zajímavost Poznámka Příklad Shrnutí Výhody Nevýhody
ANOTACE V průběhu roku 2002 byla v ČR dokončena kompletní digitalizace veřejné telefonní sítě. V současné době jsou tak v této síti provozovány výhradně digitální spojovací systémy. S ohledem na nasazení tohoto typu systémů bylo možné výrazně obměnit portfolio poskytovaných služeb, jejichž dopad na další rozvoj telekomunikačních sítí byl enormní. CÍLE Student se přehledně seznámí s problematikou spojovacích systémů. Získá konkrétní představu o uspořádání digitálního spojovacího systému a funkci jeho jednotlivých částí, jako jsou především digitální spojovací pole (prostorové a časové) a řízení spojovacího systému. Dále jsou součástí modulu kapitoly věnované problematice signalizace. LITERATURA [1] VOZŇÁK, M.: Spojovací systémy. VŠB-TU Ostrava, 2009. 196 stran. ISBN 978-80- 248-1961-7. [2] VODRÁŽKA, J.; PRAVDA, I.: Principy telekomunikačních systémů. ČVUT Praha, 2006. 137 stran. ISBN 80-01-03366-X. [3] BELLAMY, J. C.: Digital Telephony, 3rd Edition. Wiley New York, 2000. 670 stran. ISBN 978-0-471-34571-8 [4] CLARK, M.: Networks and Telecommunications. Wiley New York, 1999. 931 stran. ISBN 0-471-97346-7 [5] LOJÍK, V.: Digitální spojovací systémy. ČVUT Praha, 1998. 96 stran. ISBN 80-01- 01711-7. [6] LOJÍK, V.: Digitální telekomunikační technika (V.díl) Digitální spojovací zařízení, 3.vydání. TTC Marconi Praha, 1996. 78 stran.
Obsah 1 Spojovací systémy... 6 1.1 Úvod do problematiky... 6 1.2 Analogové spojovací systémy... 7 1.3 Digitální spojovací systémy... 9 1.4 Řešení spojovacích systémů IV. generace... 10 1.5 Uspořádání účastnické skupiny... 11 1.6 Uspořádání digitálního spojovacího systému... 13 1.7 Digitální spojovací pole... 15 1.8 Řešení prostorového digitálního spojovacího pole S... 16 1.9 Řešení časového digitálního spojovacího pole T... 17 1.10 Spínač s řízeným čtením (T R )... 18 1.11 Spínač s řízeným zápisem (T W )... 19 1.12 Časový spojovací modul (T-modul)... 20 1.13 Řešení časového spojovacího modulu... 21 1.14 Vícečlánková digitální spojovací pole... 23 1.15 Řízení digitálních spojovacích polí... 25 2 Signalizace ve spojovacích systémech... 27 2.1 Signalizace - přehled... 27 2.2 Účastnická a vnitřní signalizace... 28 2.3 Síťová signalizace... 30 2.4 Koncept přenosu signalizačních zpráv... 31 2.5 Signalizační síť... 32 2.6 Přenos signalizačních zpráv... 33 3 Závěrečný test... 35
1 Spojovací systémy 1.1 Úvod do problematiky Moderní spojovací systémy jsou v současnosti jak z hlediska konstrukce, tak z hlediska následné konfigurace jednotlivých prvků složitá zařízení, která již dávno neslouží výhradně k poskytování klasické telefonní služby, ale nabízejí široké spektrum prostředků a funkcí umožňujících poskytování služeb, které jsou dnes spojeny především s provozem počítačových systémů a distribucí multimediálních služeb. Na úvod se však na spojovací systémy podívejme z pohledu obecně známého, tak jak jej drtivá většina z nás z velké části vnímá. Spojovací systém, resp. ústředna slouží: ke vzájemnému propojování účastnických přípojek při vnitřním spojení účastníků téže ústředny, k propojování jednotlivých účastnických přípojek s odchozím vedením do jiné ústředny, tzv. odchozí spojení nebo příchozích vedení z jiné ústředny s konkrétní účastnickou přípojkou, tzv. příchozí spojení, ke vzájemnému propojování příchozích a odchozích vedení, tzv. tranzitní spojení. Propojování přípojek je realizováno na základě analýzy účastnického čísla volaného, které se předává ke zpracování prostřednictvím tzv. účastnické signalizace. Signalizaci je však nutné ve vhodné formě přenášet i uvnitř ústředny a mezi ústřednami navzájem. Jednotlivé ústředny jsou navzájem propojeny v rámci uzavřené sítě. V této uzavřené síti je možné rozlišit tři typy ústředen koncové, hybridní a tranzitní (průchozí). Koncové ústředny připojují koncová zařízení pomocí dostupné přístupové sítě. Tranzitní ústředny propojují jednotlivé ústředny. Hybridní ústředny jsou kombinací předcházejících dvou typů. Každý spojovací systém, resp. ústředna v sobě integruje dvě základní části: spojovací pole, které je vytvořené se spínacích prvků sloužících k sestavování spojení, kdy se pro každé spojení vytváří spojovací cesta mezi výchozím a cílovým bodem spojení. řízení, které koordinuje veškerou činnost spojovacího systému, a to včetně diagnostiky.
1.2 Analogové spojovací systémy Jednotlivé spojovací systémy lze rozdělit dle jejich funkčních vlastností, technické výstroje a vnitřního uspořádání do tzv. generací. V současné době lze z hlediska vývoje rozlišit pět generací spojovacích systémů. V této kapitole se seznámíme s prvními třemi generacemi, které lze klasifikovat jako analogové spojovací systémy. Spojovací systémy I. generace Tyto systémy mají plně decentralizované řízení do spojovacích cest, tzn. každá spojovací cesta je plně vybavena řídicími složkami, které jsou nezbytné pro sestavení, udržování a zrušení spojení. Typickým představitelem systémů I. generace byly voličové systémy, v Československu reprezentované systémem P51 fy. TESLA Karlín. Vyobrazení krokového voliče Spojovací systémy II. generace Tyto systémy se vyznačují částečnou centralizací řízení do registrů a zejména určovatelů. Registr slouží k příjmu volených číslic, které pak předává v rychlém kódu určovateli. V určovatelích se koncentrují některé řídicí funkce. Určovatel sestavuje spojení a slouží pro větší počet spojovacích cest. Typickým představitelem spojovacích systémů II. generace jsou spojovací systémy s křížovými spínači. Spojovací systémy II. generace vznikaly těsně před II. světovou válkou, významnější rozšíření nastalo koncem čtyřicátých a v průběhu padesátých let, v Československu nasazovány od roku 1970 (systémy PK201 a PK21 fy. TESLA Karlín). 7
Spojovací systémy III. generace Tyto systémy mají centrální (programové) řízení a spojovací pole s prostorovým dělením (analogové). Spojovací pole s prostorovým dělením spojovacích cest bývá řešeno elektromechanickými prvky, spínači s jazýčkovými kontakty nebo i prvky elektronickými. V ČR byly spojovací systémy III. generace zastoupeny do roku 1998. Typickými představiteli jsou tranzitní a mezinárodní ústředna AKE 13 nebo pobočkové ústředny UE201 fy. TESLA Liptovský Hrádok. 8
1.3 Digitální spojovací systémy V této kapitole dokončíme v návaznosti na předchozí kapitolu přehled jednotlivých generací spojovacích systémů. Spojovací systémy, o kterých zde bude řeč, jsou klasifikovány jako digitální spojovací systémy. Spojovací systémy IV. generace Tyto systémy mají centrální (programové) řízení nebo částečně decentralizované řízení. Vždy se však jedná o soustavu řídicích jednotek, které koordinovaně plní jednoznačně přidělené úkoly. Dále je součástí spojovacího systému spojovací pole s časovým dělením, ve kterém je využívána pulsně kódová modulace (PCM), a které tak umožňuje změnu časové polohy. Spojovací systémy IV. generace jsou velmi často označovány jako digitální spojovací systémy. V naší veřejné síti jsou tyto systémy nasazovány od r. 1992 a jsou zde zastoupeny digitálními systémy S-12 fy. ALCATEL a EWSD fy. SIEMENS. Dalším představitelem tentokrát domácí produkce může být pobočková ústředna TTC2000 fy. TESLA TELEKOMUNIKACE. Spojovací systémy V. generace Tato poslední generace spojovacích systémů bývá označována jako SoftSwitch. Tyto systémy pracují na bázi přepojování paketů, umožňují multimediální komunikaci a garantují interoperabilitu s konvenčními ústřednami prostřednictvím bran (např. NOKIA SIEMENS SURPASS). 9
1.4 Řešení spojovacích systémů IV. generace V průběhu roku 2002 byla v České republice úspěšně dokončena celková digitalizace veřejné telefonní sítě. Realizaci digitalizace měl na starosti Český Telecom (dříve SPT Telecom, dnes Telefónica O2 Czech Republic). Ve veřejné telefonní síti tak dnes u nás nalezneme výhradně spojovací systémy IV. generace. V dalším výkladu se proto zaměříme na podrobnější popis funkčních vlastností těchto systémů, jelikož se jedná i o nejmodernějšího zástupce tzv. konvenčních spojovacích systémů. Spojovací systémy IV. generace pracují s centrálním (programovým) řízením, resp. částečně decentralizovaným řízením, a spojovacím polem s časovým dělením, založeném na principu pulsně kódové modulace (PCM). Tyto systémy souhrnně označujeme jako digitální spojovací systémy. Hlavním důvodem pro jejich vznik byl myšlenka integrovat principy spojování v ústřednách a přenosu mezi ústřednami sjednocený v rámci jednotné struktury. Digitální spojovací systém představuje integrovaný systém, který pracuje se stejným principem digitálního přenosu ve spojovacím i přenosovém zařízení. Zjednodušené blokové schéma integrovaného systému Znamená to tedy, že ve spojovacích polích ústředen se spojují signály PCM a stejné signály se pak dále přenášejí mezi ústřednami. Přeměnu analogového signálu na signál digitální uskutečňují účastnické sady SU (Subscriber Unit) umístěné a sdružené v tzv. účastnických skupinách SUG (Subscriber Unit Group). 10
1.5 Uspořádání účastnické skupiny Analogové účastnické přípojky se připojují na digitální ústředny prostřednictvím účastnických skupin. Dvoudrátové účastnické vedení s přenosem analogového nízkofrekvenčního signálu je zakončeno účastnickou sadou, umístěnou v účastnické skupině. Účastnická skupina SUG (Subscriber Unit Group) plní funkci koncentračního, resp. expanzního pole. Blokové schéma uspořádání účastnické skupiny najdete na obrázku níže. Blokové schéma uspořádání účastnické skupiny Účastnická skupina obsahuje kromě účastnických sad také digitální spojovací pole DSN (Digital Switching Network) účastnické jednotky. Pro odchozí volání pracuje toto digitální spojovací pole jako koncentrační stupeň, pro příchozí volání jako stupeň expanzní. Na účastnickou skupinu je připojen určitý počet účastnických vedení, mezi digitálním spojovacím polem účastnické skupiny a centrálním digitálním spojovacím polem ústředny je pak jedna nebo několik skupin PCM30/32. Obecně musí každá účastnická sada plnit tyto funkce (jejich zkratky jsou odvozeny z uvedených anglických názvů): B (Battery) - stejnosměrné napájení účastnického vedení O (Overvoltage) - ochrana proti přepětí R (Ringing) - vyzvánění S (Supervision) - dohled C (Coding) - kódování (digitalizace PCM) H (Hybrid) - vidlice pro oddělení směrů přenosu T (Testing) zkoušení 11
Funkce BORSCHT nebo BORSHT (u účastnických sad digitálních přípojek ISDN je totiž funkce kódování (C) přesunuta do digitálního účastnického přístroje) se u účastnické sady realizují pomocí obvodů SLIC (Subscriber Line Interface Circuit), resp. SLAC (Subscriber Line Audio Processing Circuit). Obvody SLAC kromě kódování a dekódování provádějí i digitální filtraci. 12
1.6 Uspořádání digitálního spojovacího systému Obecné blokové schéma digitálního spojovacího systému je uvedeno na následujícím obrázku. Účastnické přípojky mohou být připojeny na místní účastnické skupiny LSU (Local Subscriber Unit) nebo vzdálené účastnické skupiny RSU (Remote Subscriber Unit). Účastnické skupiny LSU či RSU se připojují k centrálnímu spojovacímu poli zpravidla prostřednictvím multiplexu PCM 1.řádu (PCM30/32) nebo multiplexem 2.řádu (PCM120/128). Obecné blokové schéma digitálního spojovacího systému Analogové okruhy, dvoudrátové nebo čtyřdrátové, se připojují prostřednictvím sad analogových spojovacích vedení TCU (Trunk Connection Unit). Digitální okruhy se připojují přes sady digitálních spojovacích vedení DLT (Digital Line Terminal), které tvoří linková zakončení těchto vedení. Linková zakončení uskutečňují elektrické přizpůsobení přenášených signálů PCM a zajišťují synchronizaci signálů, přijímaných z příchozích vedení. Digitální spojovací pole DSN (Digital Switching Network) uskutečňuje spojování kanálů s přenosovou rychlostí 64 kbit/s. Každé spojení musí umožňovat obousměrný přenos informací. Pro jedno obousměrné spojení se musí ve spojovacím poli sestavit dvě cesty, každá pro jeden směr přenosu. Digitální spojování má vždy charakter čtyřdrátového spojení. Zařízení pro zpracování signalizace SP (Signal Processing) přijímá signalizaci, která přichází do ústředny z jednotlivých vedení, a předává ji do řízení CP (Central Processor). Analogicky zařízení pro zpracování signalizace SP přijímá 13
signalizaci z řízení CP a vysílá ji přes linková zakončení do jednotlivých vedení. Principy a způsoby přenosu a zpracování signalizace budou popsány dále. 14
1.7 Digitální spojovací pole Digitální spojovací pole propojuje kanály s přenosovou rychlostí 64 kbit/s. Předpokládejme, že do spojovacího pole vstupují multiplexy PCM 1. řádu. Každý z nich obsahuje 32 kanálových intervalů. Ze spojovacího pole pak vycházejí výstupní multiplexy, každý opět se 32 kanálovými intervaly. Digitální spojovací pole musí umožnit: směrování sledu osmibitových slov, přicházejících v určitém kanálovém intervalu vstupního multiplexu, do stejnojmenného kanálového intervalu libovolného výstupního multiplexu, změnu kanálového intervalu neboli změnu časové polohy při směrování sledu osmibitových slov ze vstupního multiplexu do libovolného výstupního multiplexu. První z uvedených požadavků umožňuje prostorové digitální spojovací pole S (Space), druhý požadavek realizuje časové digitální spojovací pole T (Time). Prostorové digitální spojovací pole umožňuje pouze směrování sledu osmibitových slov určitého kanálového intervalu vstupního multiplexu do stejnojmenného kanálového intervalu libovolného výstupního multiplexu. Časové digitální spojovací pole navíc umožňuje provést i změnu kanálového intervalu, v němž přichází sled osmibitových slov na vstup pole, a to do libovolného jiného kanálového intervalu, ve kterém uvažovaný sled osmibitových slov z pole odchází. Centrální digitální spojovací pole ústředny lze realizovat buď použitím samotného časového digitálního spojovacího pole T (T-modul), nebo jako vícečlánkové pole. Jednotlivé články, řazené kaskádně za sebou, jsou tvořeny moduly T a S (např. tříčlánková pole TST nebo STS, pětičlánková pole TSSST, apod.). 15
1.8 Řešení prostorového digitálního spojovacího pole S Prostorové digitální spojovací pole S se realizuje křížovým spojovacím polem. Křížové spojovací pole tvoří matici rozměru m n. Uspořádání takového systému si můžete prohlédnout na následujícím obrázku. Prostorové digitální spojovací pole Na vstupech i výstupech se pracuje s N kanálovými intervaly (např. N = 32). Přenášené informace ve vstupních kanálových intervalech, nejčastěji ve formě osmibitových slov, se z každého vstupního multiplexu směrují do určitých výstupních multiplexů beze změny jejich časové polohy. Hradla v křížových bodech se otevírají jen po dobu trvání zpracovávaného kanálového intervalu. Osmibitová slova se přes prostorové digitální spojovací pole přenášejí zpravidla v sériovém tvaru. Řízení prostorového digitálního spojovacího pole se uskutečňuje prostřednictvím řídicích pamětí CM (Control Memory). Řídicí paměti mohou být přiřazeny buď k výstupům (viz obrázek sekce a)) nebo ke vstupům (viz obrázek sekce b)). Z každé řídicí paměti se čte na začátku každého kanálového intervalu slovo, které působí na dekodér po celou dobu příslušného kanálového intervalu. V dekodéru se toto slovo převede do kódu 1 z m (viz obrázek sekce a)) nebo do kódu 1 z n (viz obrázek sekce b)). Dekodér tak otevírá pouze jedno ze součinových hradel, přes které projde osmibitové slovo ze vstupního do multiplexu výstupního. Počet slov, uložených do řídicí paměti, tj. počet adres řídicí paměti, je dán počtem kanálových intervalů N. V době, kdy začíná kanálový interval i, je na ŘP přivedena adresa i. Řídicí paměti se adresují cyklicky z generátoru adres. 16
1.9 Řešení časového digitálního spojovacího pole T Základem časového digitálního spojovacího pole T je časový spínač, který umožňuje změnu libovolné časové polohy podle potřeby konkrétního spojení. Osmibitové slovo, přijímané z i-tého kanálového intervalu vstupního multiplexu, bude v časovém spínači zpožděno tak, že se bude vysílat do výstupního multiplexu v j-tém kanálovém intervalu (spojení i j). Časové spínače se realizují paměťmi typu RWM (Read-Write Memory), tj. paměťmi pro čtení i zápis. Základem časového spínače je paměť hovoru CLM (Call Memory), do které se ukládají osmibitová slova ze vstupního multiplexu. Její kapacita je dána kapacitou vstupního multiplexu. Tak např. časový spínač s jedním vstupním a jedním výstupním multiplexem mají paměť hovoru s kapacitou 32 8 bitů. Zápis osmibitových slov jednotlivých kanálových intervalů, přicházejících na vstup T-spínače, jejich následné čtení a zařazování do výstupního multiplexu, lze řešit dvěma způsoby: Zápis osmibitových slov na adresy paměti hovoru je realizován v pořadí, ve kterém přicházejí jednotlivé kanálové intervaly ve vstupním multiplexu. Čtení je koordinováno řídicí pamětí CM (Control Memory). Pořadí adres při čtení paměti hovoru je dáno pořadím, v jakém je třeba jednotlivé kanály seřadit do výstupního multiplexu. Spínač má cyklický zápis a řízené čtení, označuje se T R. Zápis do paměti hovoru je realizován prostřednictvím řídicí paměti CM (Control Memory), osmibitová slova se zapisují do paměti hovoru na adresy, dané číslem kanálového intervalu, do kterého se budou následně vysílat ve výstupním multiplexu spínače. Čtení paměti hovoru probíhá cyklicky, tj. v pořadí adres 0, 1, 2,, 31. Spínač má řízený zápis a cyklické čtení, označuje se T W. 17
1.10 Spínač s řízeným čtením (T R ) Zjednodušené schéma principu funkce spínače s řízeným čtením T R je uvedeno na přiloženém obrázku. Zjednodušené vyjádření funkce spínače T R pro změnu časové polohy 3 17 Na vstup přicházejí osmibitová slova jednotlivých kanálových intervalů. Přijímají se v sériově-paralelním převodníku, realizovaném jako posuvný registr, a v paralelním tvaru se cyklicky zapisují do paměti hovoru osmibitové slovo TK i, které přichází v kanálovém intervalu i, se zapíše do paměti hovoru na adresu i. Čtení z paměti hovoru je koordinováno řídicí pamětí. Do té řídicí počítač zapsal spojení tak, že na adresu danou výstupním kanálovým intervalem j (j = 17), zapsal slovo dané vstupním kanálovým intervalem i (i = 3). Řídicí paměť se vždy čte cyklicky. To znamená, že v okamžiku, než začne kanálový interval j (j = 17), se z řídicí paměti přečte slovo i (i = 3), které se využije jako adresa pro čtení z paměti hovoru. Z této adresy se přečte osmibitové slovo (TK 3 ), které se vysílá do kanálového intervalu j(17), jenž právě probíhá. 18
1.11 Spínač s řízeným zápisem (T W ) Princip funkce časového spínače s řízeným zápisem T W je patrný z přiloženého obrázku. Zjednodušené vyjádření funkce spínače T W pro změnu časové polohy 3 17 Na vstup přicházejí osmibitová slova jednotlivých kanálových intervalů. Přijímají se v sériově-paralelním převodníku, realizovaném jako posuvný registr, a v paralelním tvaru se řízeně zapisují do paměti hovoru. Řídicí paměť zde poskytuje adresy pro zápis jednotlivých osmibitových slov ze vstupního multiplexu. Adresuje tak paměť hovoru při zápisu. Zápis do paměti hovoru je tedy koordinován řídicí pamětí. Každé osmibitové slovo TK i (např. TK 3 ) z kanálového intervalu i (i = 3) se zapíše do paměti hovoru na adresu j (j = 17), jejíž číslo udává pořadí kanálového intervalu ve výstupním multiplexu, do něhož se pak uvažované osmibitové slovo následně vysílá. Čtení z paměti hovoru probíhá cyklicky. 19
1.12 Časový spojovací modul (T-modul) Časový spojovací modul (T-modul) má oproti T-spínači větší počet vstupních a výstupních multiplexů. Celkový počet vstupních kanálových intervalů je tvořen určitým násobkem počtu vstupních kanálových intervalů T-spínače. Totéž platí o počtu výstupních kanálových intervalů. Pro řešení T-modulu se nabízejí dva možné způsoby, lišící se v uspořádání paměti hovoru: řešení s dělenými paměťmi hovoru dílčí paměť hovoru je umístěna v každém vstupním multiplexu, resp. v každém výstupním multiplexu. řešení se soustředěnou pamětí hovoru pracuje výhradně s jedinou pamětí hovoru, která slouží pro všechny vstupní a výstupní multiplexy. Toto řešení je vhodnější pro realizaci časového spojovacího modulu pomocí integrovaných obvodů s vyšším stupněm integrace. 20
1.13 Řešení časového spojovacího modulu Příklad řešení časového spojovacího modulu se soustředěnou pamětí hovoru je uveden na přiloženém obrázku. Modul může být řešen jako modul T R nebo T W. Na uvedeném obrázku je uveden modul s řízeným čtením T R. Pro zápis osmibitového slova z každého vstupního multiplexu i čtení osmibitového slova pro každý výstupní multiplex musí být vytvořen samostatný časový interval. Pro spojovací pole uvedené na obrázku, kde počet vstupních i výstupních multiplexů n = 32, se musí v každém kanálovém intervalu uskutečnit n = 32 zápisů a také n = 32 čtení z paměti hovoru. Řešení časového spojovacího modulu T R se soustředěnou pamětí hovoru Vstupní multiplexace se uskutečňuje multiplexorem (MX), na který se v každém zapisovacím intervalu w přivádí adresa w i, pomocí níž se směruje osmibitové slovo z i-tého vstupního multiplexu na datové vstupy (D) paměti hovoru (PH). Demultiplexace se pak realizuje demultiplexorem (DMX). V každém intervalu čtení r se na demultiplexor přivádí pětibitová adresa r j, jež určuje, do kterého výstupního multiplexu se bude směrovat osmibitové slovo přečtené z paměti hovoru. Každý T-modul umožňuje nejen změnu kanálového intervalu, která úzce souvisí s mechanizmem zápisu a čtení osmibitových slov z paměti hovoru, ale také směrování vstupního kanálu do libovolného výstupního multiplexu, což je dáno adresováním demultiplexoru, kde adresa r j určí, do kterého výstupního multiplexu se čtené slovo bude směrovat. 21
Pomocí samotných T-modulů lze realizovat digitální spojovací pole ústředen jen s omezenou kapacitou. Řazením T-modulů do kaskád je však možné vytvářet vícečlánková pole TT T, která umožňují vytvářet ústředny s téměř neomezenou provozní kapacitou. 22
1.14 Vícečlánková digitální spojovací pole Řazením spojovacích modulů typu T a S do kaskád (případně pouze T-modulů) vznikají, tzv. vícečlánková spojovací pole. Podobně jako v článkových spojovacích polích s prostorovým dělením typu S (Space) se i v digitálních vícečlánkových spojovacích polích objevuje jev tzv. vnitřního blokování. Vnitřní blokování nastává tehdy, je-li znemožněn přístup k určité skupině portů, resp. časových poloh, a to vlivem již obsazených spojek, resp. již obsazených časových poloh. Tříčlánkové spojovací pole v konfiguraci STS Ztráty vznikající v důsledku vnitřního blokování lze omezit zvětšením počtu spojovacích článků, tzn. vytvořením pole tříčlánkového nebo pětičlánkového. U tříčlánkových polí se nejvíce uplatnily kombinace STS a TST. Základní uspořádání tříčlánkového pole STS je na předchozím obrázku. U digitálního tříčlánkového pole lze snížit vliv vnitřního blokování na minimum tím, že se v prvním článku vytvoří expanze 1:2 a ve třetím článku koncentrace 2:1. Toto tvrzení vychází z teorie C. Close, který se zabýval problémy neblokujících článkových polí. V předchozím obrázku je uvedená podmínka splněna pokud k = 2 n. Základní uspořádání pole tříčlánkového pole TST a princip jeho řešení je na následujícím obrázku. 23
Tříčlánkové spojovací pole v konfiguraci TST a princip jeho uspořádání Tříčlánkové pole TST umožňuje dvojí změnu časové polohy. První T-článek umožňuje změnu časové polohy s ohledem na průchodnost S-modulem. Výstupní T-článek pak optimalizuje časové polohy s ohledem na požadované složení výstupního multiplexu, do něhož je spojení směrováno. Z hlediska řízení T-modulů se nejčastěji používá varianta T W ST R. Při konstrukci tříčlánkového spojovacího pole bez vnitřního blokování na základě Closovy neblokující struktury se v prvním článku uskutečňuje expanze (K>N, K=2 N), v posledním článku koncentrace. Koncentrace nebo expanze se u T-modulu realizuje tak, že paměť hovoru má kapacitu K osmibitových slov, ale tato kapacita se využívá pouze z jedné poloviny. Vícečlánková pole umožňují realizovat libovolnou kapacitu digitálního spojovacího pole. Pro malé a střední kapacity ústředny se vystačí s tříčlánkovým polem TST, pro velké kapacity se používá pětičlánkové pole typu TSSST. Kromě toho lze také velká digitální spojovací pole realizovat vícečlánkovým polem obsahujícím pouze T-moduly. 24
1.15 Řízení digitálních spojovacích polí Řízení spojovacích polí je klíčovým úkolem pro zajištění funkce digitální ústředny. Na základě analýzy směrovací informace, resp. účastnického čísla volaného, předané signalizačním systémem se stanoví odchozí cesta k příslušné účastnické skupině či k jiné digitální ústředně. Řízení má za úkol nalézt takovou volnou cestu přes spojovací pole a spojení realizovat sepnutím příslušných spínačů článků S a adresací článků T, odpovídající příslušným kanálovým intervalům. Pro řízení digitálních spojovacích systémů se používají dvě základní koncepce: decentralizované řízení s hierarchickým uspořádáním řídicích procesorů (použité např. u systému EWSD fy. SIEMENS) distribuované řízení (použité např. u systému S-12 fy. ALCATEL) Decentralizované řízení s hierarchickým uspořádáním představuje dvoustupňovou strukturu řízení (viz následující obrázek). Zdvojený koordinační procesor CP (Core Processor) je nadřazen procesorům provozním PP (Peripheral Processor), z nichž každý ovládá určitou periferní jednotku PU (Peripheral Unit). Koordinační procesor z hlediska řízení zadává úlohy provozním procesorům a koordinuje jejich spolupráci. Decentralizované řízení s hierarchickým uspořádáním procesorů Distribuované řízení je naopak založeno na tzv. modulovém uspořádání spojovacího systému. Každému spojovacímu modulu SM (Switching Module), např. sady účastnických vedení, linkové sady spojovacích vedení, atd., je přiřazen 25
řídicí modul CM (Control Module) realizovaný mikroprocesorovým systémem. Každý z řídicích modulů tak obsluhuje konkrétní spojovací modul. Po ukončení obsluhy předá řízení dalšímu řídicímu modulu, který pokračuje v procesu řízení obsluhy. Řídicí moduly jsou rovnocenné, není zde žádný nadřazený procesor!!! Distribuované řízení s modulovou strukturou Mezi řídicími moduly probíhá mezimodulová komunikace, kterou lze v zásadě řešit dvěma možnými způsoby: sběrnicové propojení tento způsob je použitelný pouze pro omezený objem přenášených informací, což znamená, že pro střední a velké kapacity ústředen je nepoužitelný. komutované cesty cesty mezi řídicími moduly se propojí pouze na dobu nezbytně nutnou pro přenos informací. K tomuto účelu se nejčastěji využívá centrální spojovací pole ústředny, někdy je však pro tento účel vytvořeno zvláštní spojovací pole určené výhradně pro mezimodulovou komunikaci. 26
2 Signalizace ve spojovacích systémech 2.1 Signalizace - přehled Účelem signalizace je vyjádřit určitý soubor řídicích signálů a tyto signály přenášet mezi jejich zdroji a cíli za účelem sestavování, udržování a zrušení spojení. Jednou z podmínek pro realizaci mezinárodního spojování je sjednocení signalizace. První signalizační systém CCIF č. 1 specifikoval signalizaci pro manuální spojování. Další signalizační systémy CCITT č. 2, č. 3 a 4 byly určeny pro poloautomatické mezinárodní spojování. Signalizační systém CCITT č. 5 pro automatické spojování se používal pro spojovací systémy II. generace a č. 6 pro spojovací systémy III. generace. Od roku 1980 se zavádí signalizační systém CCITT č. 7 (označovaný SS7), určený pro sítě pracující s digitálními spojovacími systémy (IV. generace). Každý z uvedených signalizačních systémů byl vypracován s ohledem na spolupráci v mezinárodní síti. To znamená, že jednoznačně specifikoval ty řídicí signály, které přecházejí ze sítě národní do mezinárodní a naopak. Ponechávala se zde však značná volnost výrobcům spojovacích systémů v oblasti těch řídicích signálů, které se přenášejí výhradně uvnitř národní sítě. Z toho vyplývá, že vedle jednotně specifikované signalizace v mezinárodní síti existuje celá řada národních variant jednotlivých signalizačních systémů. Podle míst, kde se řídicí signály signalizace přenášejí, rozlišujeme: signalizaci na účastnických vedeních, tzv. účastnická signalizace vnitřní signalizaci v ústředně, někdy označovaná též jako mezistupňová signalizace signalizaci mezi ústřednami, tzv. síťová signalizace 27
2.2 Účastnická a vnitřní signalizace Signalizaci na účastnických vedeních, resp. účastnická signalizace, tvoří jednotný soubor řídicích signálů (zde pro příklad uvedeny pro analogovou telefonní přípojku): vedení volajícího účastníka volání (vyzvednutí mikrotelefonu a uzavření stejnosměrné smyčky), volba (dříve impulsní volba pomocí rotační číselnice, dnes tzv. tónová, resp. multifrekvenční volba) a závěr (zavěšení mikrotelefonu a otevření stejnosměrné smyčky) Účastnická signalizace při sestavování spojení vedení volaného účastníka vyzvánění (účastník je volán), přihlášení (vyzvednutí mikrotelefonu a uzavření stejnosměrné smyčky) a závěr (zavěšení mikrotelefonu a otevření stejnosměrné smyčky) Impulsní volba využívá pro volbu účastnického čísla rotační číselnice, která realizuje proces rozpojování a uzavírání stejnosměrné smyčky na účastnickém vedení s frekvencí 10 Hz s následným čítáním impulsů. Počet zaznamenaných impulsů odpovídá zvolené číslici. U ústředen I. generace se přímo ovládaly krokové voliče, u ústředen II. generace se čítání impulsů zaznamenávalo do registru, následně bylo volené číslo předáno určovateli, který zajistil realizaci sestavení spojení na základě voleného čísla. 28
Do moderních telefonních přístrojů je dnes implementována tzv. tónová volba (dle ITU-T V.20), resp. multifrekvenční volba pomocí MFC kódu, která přenáší volené číslo přímo v hovorovém pásmu jako kombinaci dvou současně vysílaných kmitočtů, kdy každý je vybírán z množiny čtyř možných. Perioda jednoho pulsu je 25 ms. Tónová volba umožňuje rychlejší volbu účastnického čísla v porovnání s impulsní volbou a zároveň je možné ji využít k podpoře dalších služeb i během právě probíhajícího hovoru. Signalizace na účastnických vedeních digitálních přípojek (přípojek ISDN) základního (BRA) i primárního (PRA) přístupu se uskutečňuje zcela odlišně, a to prostřednictvím signalizačním kanálu D signalizačním systémem DSS1 (Digital Subscriber Signalling System). Vnitřní signalizace v ústředně není jednotně specifikována, do jisté míry je věcí každého výrobce spojovacího systému. Musí ovšem dodržovat doporučení, týkající se řídicích signálů, které mohou v nezměněném tvaru přecházet do mezinárodní sítě. 29
2.3 Síťová signalizace Síťová signalizace bývá těsněji vázána na určitý signalizační systém, jistá volnost pro národní variantu se týká pouze té části signalizace, která nepřechází do mezinárodní sítě. Pro digitální systémy IV. generace existují dva možné způsoby realizace: signalizace CAS (Channel Associated Signalling) signalizace přidružená hovorovým kanálům, přenáší se buď po hovorovém kanálu, nebo po přidruženém signalizačním kanálu (většinou 16. kanálový interval) s vyjádřením příslušnosti k danému hovorovému kanálu signalizace CCS (Common Channel Signalling) signalizace po společném signalizačním kanálu; na tomto principu je založen signalizační systém SS7; společným signalizačním kanálem může být libovolný kanál systému PCM30/32 (vyjma kanálu 0); jeden společný signalizační kanál obslouží cca 1000 až 2000 kanálů pro hovor/data (podle druhu provozu) Signalizace CAS Přenos signalizace CAS probíhá v 16. kanálovém intervalu v souladu se strukturou signálu PCM30/32. Osmibitové slovo v šestnáctém kanálovém intervalu KI16 však nemůže přenést signalizační informace najednou pro 30 hovorových kanálů. Toto je možné uskutečnit seskupením šestnácti po sobě jdoucích rámců do tzv. multirámce. Šestnácté kanály jednotlivých rámců multirámce se využívají takto. Každý kanálový interval KI16 (mimo nultého rámce, kde se v KI16 přenáší synchroskupina multirámcového souběhu) je rozdělen na dvě poloviny, tj. na 4 bity. Tato čtyřbitová slova jsou přiřazována jednotlivým hovorovým kanálům. Pro každý hovorový kanál je tak možné přenést 4 signalizační bity jednou za 2 ms. Pro běžné potřeby signalizace stačí z uvedených čtyř bitů využít pro přenos signalizace 1 až 2 bity. Při využití jednoho bitu z každé čtveřice bitů vychází přenosová rychlost signalizačních informací, přiřazených k jednomu hovorovému kanálu, přibližně 500 bit/s. Centralizovaná signalizace CCS Centralizovaná signalizace založená na principu signalizačního systému SS7 pracuje s digitálním přenosem signalizačních zpráv. Signalizační zpráva obsahuje soubor řídicích informací proměnlivé délky (např. číslo volajícího, číslo volaného, kategorii volajícího apod.), dané určitým počtem osmibitových slov (oktetů). Signalizační zprávy se přenášejí po signalizačních kanálech. Pro tento účel mohou být zvoleny libovolné kanálové intervaly v multiplexu PCM30/32 nebo i jiné komunikační cesty (datové kanály). 30
2.4 Koncept přenosu signalizačních zpráv Signalizační zprávy se přenášejí mezi signalizačními body. Každá řídicí ústředna (HOST), kombinovaná místní/tranzitní ústředna a tranzitní ústředna představuje jeden signalizační bod. Existují dva druhy signalizačních bodů: SP (Signalling Point) každý signalizační bod SP se může chovat jako zdrojový (signalizační zpráva z něho vychází) nebo cílový (signalizační zpráva do něho směřuje) STP (Signalling Transfer Point) tranzitní (průchozí) signalizační bod Každý signalizační bod je realizován funkčním blokem pro zpracování centralizované signalizace. Všechny signalizační kanály, které přicházejí a odcházejí z uvažované ústředny, jsou připojeny k tomuto funkčnímu bloku. Signalizační kanály a signalizační body tvoří signalizační síť. Každý signalizační bod má svůj unikátní kód SPC (Signalling Point Code). Signalizační systém SS7 lze použít ve všech úrovních digitálních sítí pro přenos signalizace mezi ústřednami, a to včetně signalizace mezi pobočkovými ústřednami (v podnikových sítích), pro výměnu informací mezi spojovacími systémy s dohledovými nebo informačními centry a zejména pro sítě ISDN. Modifikovaná verze signalizačního systému SS7 se používá i u mobilních sítí GSM. Pro dosažení široké univerzality a adaptability signalizačního systému různým sítím a potřebám služeb se signalizační systém dělí na dvě části: přenosová část MTP (Message Transfer Part), která zajišťuje bezporuchový přenos zpráv v signalizační síti. uživatelská část UP (User Part), která zajišťuje vysílání, příjem a zpracování uživatelských signalizačních zpráv specifických pro jednotlivé uživatele. V rámci ITU-T byly specifikovány např. telefonní uživatelská část (TUP), datová uživatelská část (DUP), ISDN uživatelská část (ISUP) a řada další. 31
2.5 Signalizační síť Signalizační síť tvoří samostatnou síť s vlastním očíslováním signalizačních bodů. Koncepce signalizačního systému SS7 vychází z referenčního modelu otevřeného systému RM-OSI, kde jsou definovány 4 vrstvy, které jsou vidět na přiloženém obrázku. Vrstvy 1 až 3 signalizačního systému SS7 odpovídají vrstvám 1 až 3 modelu OSI. Vrstva č. 4 SS7 odpovídá vrstvám č. 4 až 7 referenčního modelu OSI. Vrstvy signalizačního systému SS7 Stručná charakteristika jednotlivých vrstev přenosové části SS7 je následující: vrstva č. 3 zajišťuje zpracování signalizačních zpráv, které obsahují směrování, třídění a rozdělování zpráv. Tyto funkce se realizují v každém signalizačním bodě na základě adresy, která je součástí přenášené signalizační zprávy a dále koordinuje řízení signalizační sítě, a to včetně řízení signalizačního provozu. Je zde také implementována funkce přesměrování na základě stavu signalizační sítě (přetížení, poruchy). vrstva č. 2 definuje skupinu funkcí, zabezpečující spolehlivý přenos signalizačních zpráv po signalizačním spoji (detekce a korekce chyb). vrstva č. 1 představuje fyzický datový spoj včetně rozhraní na obou jeho koncích. 32
2.6 Přenos signalizačních zpráv Přenos signalizační zprávy probíhá takto: základní formát z UP se předá do MTP (zdrojový signalizační bod SP). základní formát se v SP doplní o směrovou informaci pro směrování v síti (funkce vrstvy č. 3), zabezpečovací bity (funkce vrstvy č. 2) a vyšle se do dalšího signalizačního bodu STP (funkce vrstvy č. 1). signalizační zpráva se přijme v STP (shodné i pro následující STP), kde se zkontroluje správnost přenosu (detekce a eventuálně i korekce chyb funkce vrstvy č. 2), vyhodnotí se adresa obsažená ve zprávě (kód cílového SP), rozhodne se o dalším směrování zprávy sítí (funkce vrstvy č. 3), zpráva se zabezpečí (funkce vrstvy č. 2) a vyšle se do dalšího signalizačního bodu STP nebo SP (funkce vrstvy č. 1). signalizační zpráva se přijme v cílovém SP, kde se opět zkontroluje správnost přenosu, vyhodnotí se adresa obsažená ve zprávě, zda zpráva patří do daného SP, uživatelský formát zprávy se třídí a rozděluje (funkce vrstvy č. 3), to znamená, vyšle se do konkrétní účastnické skupiny, ve které se realizuje uživatelská část UP volaného uživatele. Předávání signalizační zprávy v opačném směru, tj. odpověď na uvažovanou zprávu, probíhá analogicky zcela stejným postupem. Přenos signalizačních zpráv mezi zdrojovým a cílovým SP může být realizován dvěma způsoby (viz obrázek níže): přidružený, neboli asociativní způsob, kdy se přenos signalizace mezi dvěma ústřednami uskutečňuje po signalizačním kanálu, který vede paralelně s hovorovými kanály, kvazipřidružený, neboli kvaziasociativní způsob, kdy se průběh signalizační cesty liší od průběhu signalizační cesty; vždy však musí být splněna podmínka, že signalizace prochází všemi ústřednami, resp. jejich signalizačními body, v nichž se hovorové cesty spojují. 33
Princip přidruženého a kvazipřidruženého přenosu signalizačních zpráv 34
3 Závěrečný test Po krátkém oddechu a načerpání sil si ověřte nově nabyté znalosti v přiloženém testu. 1. Jakým způsobem je realizováno propojování účastníků? a) na základě analýzy účastnického čísla volajícího b) na základě analýzy účastnického čísla volaného c) po předchozí dohodě účastníků d) na základě analýzy účastnického čísla volajícího i volaného správné řešení: b 2. Jaké typy ústředen lze rozlišit v uzavřené síti, kterou jsou navzájem propojeny? a) koncové, hybridní a tranzitní b) primární a sekundární c) účastnické, síťové a vnitřní d) typy ústředen se nerozlišují správné řešení: a 3. Z jakých dvou základních částí se skládá spojovací systém, resp. ústředna? a) vnitřní paměť a procesor b) účastnická sada a řízení c) spojovací pole typu S a typu T d) spojovací pole a řízení správné řešení: d 35
4. Vysvětlete pojem digitální spojovací systém? a) integrovaný systém založený na myšlence digitálního paketově orientovaného přenosu mezi ústřednami b) integrovaný systém založený na principu digitálního přenosu výhradně v přenosovém zařízení c) integrovaný systém založený na principu digitálního přenosu ve spojovacím i přenosovém zařízení d) integrovaný systém založený na principu digitálního přenosu výhradně ve spojovacím zařízení správné řešení: c 5. Která část spojovacího systému umožňuje přeměnu analogového hovorového signálu na digitální signál? a) účastnické skupiny b) účastnické sady c) spojovací pole d) koordinační procesor správné řešení: b 6. Účastnické vedení přenášející analogový nízkofrekvenční signál a zakončené účastnickou sadou je: a) jednodrátové b) čtyřdrátové c) osmidrátové d) dvoudrátové správné řešení: d 7. Jakým způsobem se připojují účastnické skupiny k centrálnímu digitálnímu spojovacímu poli? a) výhradně multiplexem PCM 1.řádu (PCM30/32) b) pomocí IP paketů c) zpravidla prostřednictvím multiplexu PCM 1.řádu (PCM30/32) nebo multiplexem 2.řádu (PCM120/128) d) výhradně multiplexem PCM 2.řádu (PCM120/128) správné řešení: c 36
8. Digitální spojovací pole uskutečňuje spojování kanálů s přenosovou rychlostí: a) 64 kbit/s b) 2 Mbit/s c) 8 kbit/s d) 16 kbit /s správné řešení: a 9. Digitální spojování ma vždy charakter: a) dvoudrátového spojení b) jednodrátového spojení c) třídrátového spojení d) čtyřdrátového spojení správné řešení: d 10. Je možné realizovat centrální digitální spojovací pole ústředny jako pole vícečlánkové? a) ano b) ne správné řešení: a 11. Jakým způsobem se přenášejí osmibitová slova přes prostorové digitální spojovací pole? a) v paralelním tvaru b) v sériovém tvaru c) v sériovém nebo paralelním tvaru d) v digitální podobě správné řešení: b 12. Jaké uspořádání má prostorové digitální spojovací pole? a) hierarchické b) decentralizované c) diagonální d) křížové správné řešení: d 37
13. Jaký prvek je základem časového spojovacího pole? a) T-modul b) určovatel c) časový spínač d) registr správné řešení: c 14. Jakým způsobem jsou realizovány časové spínače? a) paměťmi typu RWM b) pomocí posuvného registru c) paměťmi typu RAM d) propojením vstupních a výstupních multiplexů správné řešení: a 15. Časový spínač typu T R má: a) řízený zápis a čtení b) řízený zápis a cyklické čtení c) cyklický zápis a čtení d) cyklický zápis a řízené čtení správné řešení: d 16. Časový spínač typu T W má: a) cyklický zápis a čtení b) řízený zápis a cyklické čtení c) řízený zápis a čtení d) cyklický zápis a řízené čtení správné řešení: b 38
17. Čím se liší časový spojovací modul (T-modul) od časového spínače (Tspínač)? a) Nijak, jde o identický prvek spojovacího systému. b) T-modul má oproti T-spínači menší počet vstupních a výstupních multiplexů. c) T-modul má oproti T-spínači větší počet vstupních a výstupních multiplexů. d) T-spínač nemá v porovnání s T-modulem paměť hovoru. správné řešení: c 18. Může být centrální digitální spojovací pole realizováno pouze kaskádou T-modulů? a) ne b) ano správné řešení: b 19. Vysvětlete pojem vnitřní blokování? a) Vnitřní blokování nastává tehdy, je-li znemožněn přístup k určité skupině portů, resp. časových poloh, a to vlivem již obsazených spojek, resp. již obsazených časových poloh. b) Vnitřní blokování nastává tehdy, kdy jsou provozovatelem záměrně blokováni vybraní účastníci. c) Vnitřní blokování nastává tehdy, kdy je spojovací pole zcela mimo provoz. d) Vnitřní blokování nastává tehdy, je-li umožněn přístup k určité skupině portů, resp. časových poloh, a to vlivem ještě neobsazených spojek, resp. ještě neobsazených časových poloh. správné řešení: a 20. Jaký typ volby účastnického čísla je používán u moderních spojovacích systémů? a) účastnická b) tónová c) telefonní d) impulsní správné řešení: b 39
21. Co je to signalizace typu CAS? a) signalizace po společném signalizačním kanálu b) signalizace pro přenos synchroskupiny rámcového souběhu c) signalizace po vyhrazeném signalizačním kanálu d) signalizace přidružená hovorovým kanálům správné řešení: d 22. Co je to signalizace typu CCS? a) signalizace pro přenos synchroskupiny rámcového souběhu b) signalizace přidružená hovorovým kanálům c) signalizace po společném signalizačním kanálu d) signalizace po vyhrazeném signalizačním kanálu správné řešení: c 23. Signalizační systém SS7 pracuje: a) na principu digitálního přenosu signalizačních zpráv b) na principu analogového přenosu signalizačních zpráv c) na principu paketově orientovaného přenosu signalizačních zpráv d) na principu přenosu signalizačních zpráv s časovým dělením správné řešení: a 24. Signalizační síť tvoří: a) nadřízenou síť síti hovorové a s vlastním očíslováním signalizačních bodů b) samostatnou síť bez nutnosti vlastního očíslování signalizačních bodů c) podřízenou síť síti hovorové ale s vlastním očíslováním signalizačních bodů d) samostatnou síť s vlastním očíslováním signalizačních bodů správné řešení: d 40
25. Vyberte z následujících možností, které funkce zajišťuje účastnická sada: a) stejnosměrné napájení účastnického vedení b) koncentrace účastníků c) kódování a dekódování d) vyzvánění e) digitální filtrace f) ochrana proti přepětí g) spojování h) segmentace do paketů i) dohled a diagnostika j) oddělení směrů přenosu správné řešení: a, c, d, f, i, j 26. Co musí umožnit digitální spojovací pole? a) směrování sledu osmibitových slov b) koncentraci a expanzi připojených účastníků c) změnu kanálového intervalu neboli změnu časové polohy při směrování sledu osmibitových slov d) kompresi a dekompresi hovorových vzorků správné řešení: a, c 27. Které koncepce řízení se využívají u digitálních spojovacích systémů? a) centralizované řízení b) distrubuované řízení c) kaskádní řízení d) decentralizované řízení e) komutované řízení správné řešení: b, d 41
28. Jakým způsobem lze realizovat přenos signalizačních zpráv mezi signalizačními body? a) kvazipřidruženým, resp kvaziasociativním způsobem b) přidruženým, resp. asociativním způsobem c) komutovaným způsobem d) paketově orientovaným způsobem správné řešení: a, b 42