Основні поняття мереж і систем телекомунікацій

Частина 1

ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ ТА ІНФОРМАЦІЙНІ МЕРЕЖІ

Глава 1 ______

ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНІ МЕРЕЖІ ТА СИСТЕМИ. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Список скорочень

ГІІ (GII)	-	глобальна інформаційна інфраструктура
ЗУ	-	запам'ятовуючий пристрій
ЛЗ	-	лінія зв'язку
ПЗ	-	програмне забезпечення
ТМ	-	телекомунікаційна мережа
ТфЗК (PSTN)	-	телефонна мережа загального користування
ЧНН	-	час найбільшого навантаження
АТМ	-	асинхронний метод доставки
В-ISDN	-	широкосмугова цифрова мережа інтегрального обслуговування
FR	-	технологія ретрансляції кадрів
IDN	-	інтегральна цифрова мережа
IN	-	інтелектуальна мережа зв'язку
IP	-	міжмережевий протокол
N-ISDN	-	вузькосмугова цифрова мережа інтегрального обслуговування
PLMN	-	стільникова мережа зв'язку з мобільними об'єктами

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ МЕРЕЖ І СИСТЕМ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ

Сучасному розвитку техніки зв'язку притаманні дві особливості: цифрова форма подання всіх сигналів - незалежно від того, який вид інформації представляється цими сигналами - мова, текст, дані або зображення; інтеграція обслуговування, що може бути повністю реалізоване тільки перекладом зв'язку на цифрову техніку. Відбувається інтеграція систем передачі інформації і комутації, по-новому перерозподіляються завдання кінцевих пристроїв і мереж зв'язку. Створюються багатофункціональні кінцеві пристрої, що відрізняються від телефонного і телеграфного апаратів, кінцеві пристрої візуального відображення даних, придатні більш ніж для одного виду інформації. І, нарешті, мережа зв'язку дозволяє передавати мовну, текстову інформацію, дані та зображення через одне і те ж з'єднання: користувач отримає доступ до цієї мережі незалежно від виду служби через «штепсельну розетку зв'язку».

За допомогою цих «революційних» коштів були значно збільшені продуктивність і економічна ефективність праці як цілих організацій, так і окремих людей. Напрошується висновок, що об'єднання зусиль трьох галузей промисловості - комп'ютерної індустрії (інформаційних технологій), побутової радіоелектроніки (індустрії розваг) та електрозв'язку - наблизило досягнення основної мети - створення глобальної інформаційної інфраструктури (Гії, GII).

Кінцевою метою Гії є гарантія для кожного споживача доступу до інформаційного співтовариства.

Відомі деякі фундаментальні характеристики, які повинна мати Гії, щоб відповідати вимогам споживачів інформації. Ці характеристики називаються атрибутами. Пропонований

 

Для кожного виду інформаційних повідомлень традиційно використовується конкретний спосіб передачі в мережі, що характеризується принципом перетворення повідомлення в сигнал електрозв'язку та типом комунікацій (формою зв'язку). Так, для передачі аудіоінформації прийнятої формою зв'язку служить телефонна, для передачі нерухомих зображень використовується факсиміле, для рухливих зображень - телебачення. Дані відносяться до типу кодованих повідомлень, спосіб передачі яких заснований на представленні кожного інформаційного елемента (літери, знака, цифри) у вигляді кодової комбінації, переданої у формі сигналу по мережі. Для кодованих повідомлень застосовується телеграфний спосіб передачі інформації і передача даних. Останнім часом використовуються і так звані «многосредность» форми зв'язку - мультимедіа (в перекладі з англ. Milty - багато, media - середовище) для одночасної передачі звуку, зображення і даних.

Залежно від форми зв'язку телекомунікаційні системи можна розділити на системи телефонного зв'язку, факсимільного зв'язку, телевізійного мовлення, телеграфного зв'язку, передачі даних і т. п.; залежно від середовища передачі сигналу (мідь, ефір, оптичне волокно) - на системи електрозв'язку та оптичного зв'язку, а також провідного зв'язку, що використовує напрямні середовища (мідні та оптичні кабелі), і бездротового зв'язку, де для передачі сигналів використовується ефір. Необхідно підкреслити те, що об'єднує всі ці системи в загальне поняття системи телекомунікацій:

1. Загальне призначення всіх систем зв'язку - надання послуг користувачам.

2. Всі системи зв'язку відносяться до типу розподілених систем, основним компонентом яких є телекомунікаційна мережа, що дозволяє використовувати загальні принципи структурної оптимі зації таких систем.

3. Системи зв'язку, як і будь-які складні системи, не можуть розглядатися ізольовано від зовнішнього середовища. Під зовнішньої середовищем розуміють безліч елементів будь природи, що існують поза систе ми і що роблять на неї певні впливи. До числа таких елементів по відношенню до будь-якій системі зв'язку можна віднести користувачів, що визначають вимоги за обсягом споживаних послуг, їх переліку, якості і тим самим впливають на систему зв'язку.

Слід зазначити, що саме поняття «система» абстрактно по відношенню до реального об'єкту, який асоціюється з нею і може трактуватися як модель об'єкта. Модель дозволяє відобразити найбільш важливі компоненти об'єкта і опустити несуттєві, з точки зору мети його розгляду, деталі. У цьому плані один і той же об'єкт може по-різному характеризуватися різними системами залежно від аспектів його розгляду.

При розгляді моделей більшості мереж і систем телекомунікацій широко використовуються поняття протокол і інтерфейс. Протокол - це звід правил і форматів, які визначають взаємодію об'єктів однойменних рівнів мережі, наприклад, «людина - людина», «термінал - термінал», «комп'ютер - комп'ютер», «процес - процес», тобто протоколи, що описують порядок взаємодії між користувачами, терміналами, вузлами мережі або окремими мережами. При цьому повинні використовуватися один і той же мова, одні й ті ж синтаксичні правила та інформаційні формати. Рівнева структура моделі дозволяє забезпечити незалежну розробку протоколів. Кожен рівень моделі може мати кілька протоколів. Взаємодія суміжних рівнів забезпечується інтерфейсами. Інтерфейс - це сукупність технічних і програмних засобів, що використовуються для сполучення пристроїв, систем або програм. Сукупність засобів взаємодії двох суміжних рівнів (між-рівневий інтерфейс) містить правила логічного та електричного узгодження, а також детальний опис форматів повідомлень.

Інформаційні мережі призначені для надання користувачам послуг, пов'язаних з обміном інформацією, її споживанням, обробкою, зберіганням і накопиченням. Споживач інформації, що отримав доступ до інформаційної мережі, стає користувачем. В якості користувачів можуть виступати як фізичні, так і юридичні особи (фірми, організації, підприємства). Користування мережею забезпечує можливість отримувати інформацію тоді, коли в ній виникає необхідність. Під інформаційною мережею розуміють сукупність територіально розосереджених кінцевих систем, які об'єднуються в телекомунікаційні мережі та забезпечують доступ будь-який з цих систем до всіх ресурсів мережі та їх колективне використання. Телекомунікаційні мережі доцільно розділяти за типом комунікацій (мережі електрозв'язку, оптичного зв'язку, телефонного зв'язку, передачі даних, залізничних або повітряних повідомлень і т. д.).

Кінцеві системи інформаційної мережі можуть бути класифіковані як: - термінальні (terminal system), що забезпечують доступ до мережі та її ресурсів;

-Робочі (server, host system), що представляють інформаційні та обчислювальні ресурси;

-Адміністративні (management system), що реалізують управління мережею та її окремими частинами.

Ресурси інформаційної мережі поділяються на інформаційні, обробки та зберігання даних, програмні та комунікаційні.

Інформаційні ресурси - це інформація і знання, що накопичуються у всіх областях науки, культури і життєдіяльності суспільства, а також продукція індустрії розваг. Все це система

тізіруется в мережевих базах даних, з якими взаємодіють користувачі мережі. Ці ресурси визначають споживчу цінність інформаційної мережі і повинні не лише постійно створюватися і розширюватися, але і вчасно оновлювати застарілі дані.

Ресурси обробки та зберігання даних визначаються продуктивністю процесорів мережевих комп'ютерів і обсягом їх запам'ятовуючих пристроїв (ЗУ), а також часом, протягом якого вони використовуються.

Програмні ресурси являють собою програмне забезпечення (ПЗ), яка бере участь у наданні послуг користувачам, а також програми супутніх функцій. До останніх відносяться: виписка рахунків, облік оплати послуг, навігація (забезпечення пошуку інформації в мережі), обслуговування мережевих електронних поштових скриньок, організація моста для телеконференцій, перетворення форматів переданих повідомлень, криптозащита інформації (кодування і шифрування), аутентифікація (електронний підпис документів, засвідчує їх справжність).

Комунікаційні ресурси беруть участь у транспортуванні інформації та перерозподілі потоків у вузлі комутації. До них відносяться ємності ліній зв'язку, комутаційні можливості вузлів, а також час їх заняття при взаємодії користувача з мережею. Комунікаційні ресурси класифікуються відповідно до типу ТЗ: коммутируемая телефонна мережа загального користування, мережа передачі даних з комутацією пакетів, мережа мобільного зв'язку, теле-і радіомовні мережі, цифрова мережа інтегрального обслуговування і т. п.

Телекомунікаційні мережі прийнято оцінювати цілим рядом показників, що відображають можливість ефективність транспортування інформації. Можливість передачі інформації в МС пов'язана зі сте--енью її працездатності, тобто виконанням заданих функцій у встановленому обсязі на необхідному рівні якості протягом певного періоду експлуатації мережі або в довільний момент часу. -> Аботоспособность мережі зв'язку визначається поняттями надійності та живучості. Розходження цих понять обумовлено причинами і факторами, що порушують нормальну роботу мережі, і характером порушень.

Надійність мережі зв'язку характеризує її властивість забезпечувати зв'язок, зберігаючи в часі значення «Становлення показників якості в заданих умовах експлуатації. Вона відображає здатність зберігати працездатність мережі зв'язку при впливі, головним чином, внутрішніх чинників - випадкових відмов технічних засобів, що викликаються процесами старіння, дефектами технології виготовлення або помилками обслуговуючого персоналу.

Живучість мережі зв'язку характеризує її здатність зберігати повну або часткову працездатність при впливі причин, що знаходяться за межами мережі і призводять до руйнування або значних пошкоджень деякої частини її елементів (пунктів та ліній зв'язку). Подібні причини можна розділити на два класи: стихійні й навмисні. До стихійних факторів належать та-

як землетрус, зсуви, розливи річок і т. п., а до навмисним - ракетно-ядерні удари-оотівніка, диверсійні дії та ін

При аналізі пропускної здатності ТЗ вельми важливі поняття виклику і повідомлення. Виклик - це-еебованіе на з'єднання між двома користувачами мережі для передачі повідомлення. Повідомлення - формація користувача, перетворена в сигнали електрозв'язку. Враховуючи різницю між викликом повідомленням, можна сказати, що потік викликів надходить у вузол мережі або в якусь його частину, а потік повідомлень циркулює в мережах зв'язку для передачі інформації користувачеві. Потреба в доставці повідомлень з одного пункту мережі в інший можна висловити тяжінням між цими пунктами. Тяжіння> арактерізует оцінку потреби в різних видах зв'язку між двома пунктами мережі і визначається еб'емом повідомлень, які необхідно доставити за певний відрізок часу з одного пункту 1 інший. Від тяжіння, вираженого об'ємом повідомлень або обсягом інформації, можна перейти * тяжінню, вираженого часом заняття лінії зв'язку (ЛЗ), а від нього - до кількості необхідних 1С. Тяжіння, яке визначається обсягом інформації, зручно для мережі передачі даних, а визначається 1оеменем заняття каналів - для телефонної мережі і різного виду мереж мовлення. Час заняття каналу бореться часозанятіямі за рік, добу або годину. Тяжіння залежить від виду інформації, территориаль ного розташування користувачів, їх особливостей, господарських, культурних та інших взаємозв'язків. Однозначно визначити тяжіння неможливо, так як на нього впливає дуже багато факторів, тому-очность оцінок тяжіння зазвичай невелика.

Обсяг інформації, переданої між двома пунктами за якийсь період часу, визначається сумою обсягів усіх повідомлень (з урахуванням повторних) або твором числа переданих повідомлень-а середній обсяг одного повідомлення. Час заняття ліній або приладів, виражене в часозанятіях, з '-оеделяет навантаження на ці лінії або прилади як твір загального числа надійшли дзвінки * г середню тривалість занять. Інтенсивність навантаження - це число часозанятій за певний проміжок часу, наприклад, час найбільшого навантаження (ЧНН) - це 60-хвилинний інтервал аремені, протягом якого навантаження в мережі більше, ніж в будь-якому іншому аналогічному періоді. Зазвичай «лользуют поняття інтенсивності навантаження, хоча для спрощення її часто називають навантаженням. Безрозмірна одиниця інтенсивності навантаження названа Ерланген. Один Ерланг - це інтенсивність навантаження сйного приладу, безперервно зайнятого протягом години.

У разі, коли мережа не може обслужити надходить навантаження, має сенс говорити про обсяг реалізованої навантаження в мережі. Величина реалізованої навантаження визначається пропускною здатністю мережі зв'язку. У ряді випадків пропускну здатність оцінюють кількісно.Наприклад, за величиною максимального потоку інформації, який можна пропустити між деякою парою пунктів. Таким чином визначають пропускну спроможність перетину мережі, що є найвужчим місцем при поділі мережі між джерелом і одержувачем на дві частини.

Потік повідомлень між двома пунктами - це послідовність повідомлень, переданих з одного пункту в інший. Крім корисної інформації в мережі передаються повідомлення управління і сигналізації, що не мають цінності для користувача. Істотно завантажують мережі зв'язку (не даючи корисного ефекту) і повторні виклики, що виникають у разі відмови при первинному виклику. Потік повідомлень характеризується послідовністю моментів часу надходження кожного наступного повідомлення. Можна висловити потік і через інтервали часу між цими моментами. Вид потоку повідомлень також може бути описаний розподілом тривалостей занять приладів кожним вступником повідомленням. Всі потоки, що циркулюють у мережах зв'язку, діляться на детерміновані, випадкові і змішані. Детермінованих називаються потоки, моменти надходження та обсяги повідомлень яких відомі заздалегідь. До таких потокам відносяться майже всі потоки мовлення (як звукового, так і телевізійного), регулярні передачі різних зведень і т. п. У випадкових потоків моменти надходження, обсяги окремих повідомлень та їх адреси заздалегідь не визначені і є випадковими величинами, що описуються за допомогою імовірнісних розподілів. До таких потокам відносяться потоки телефонних повідомлень. Залежно від конкретних умов випадкові потоки можуть бути найрізноманітнішими, однак для більшості практичних випадків можлива апроксимація (опис) тривалостей проміжків між надходженням двох сусідніх повідомлень відомими імовірнісними законами розподілу, що дозволяють отримати математичну модель потоку. У змішаному потоці є як детерміновані, так і випадкові складові.

1.2. РУБЕЖІ РОЗВИТКУ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ПОСЛУГ ЗВ'ЯЗКУ

Для того, щоб з'ясувати перспективи розвитку Національної інформаційної інфраструктури України (НДІ) в рамках Глобальної інформаційної інфраструктури, необхідно розуміти, як протікатиме цей процес у світі, в промислово розвинених країнах і в Україні, які нові інфокомму-нікаціонние технології та послуги будуть запропоновані в найближчі роки і десятиліття.

Інформаційна революція стала двигуном прогресу всього суспільства. Давно відомо, що науково-технічні революції (НТР) докорінно змінювали спосіб життя людства і вигляд світу в цілому. Результатом НТР було різке збільшення чисельності населення, що слід очікувати і в найближчі два століття. Багато вчених, що працюють в галузі прогнозування, вважають, що в XXI-XXII століттях має статися три науково-технічні революції: 1 - інформаційна, 2 - биотехническая, 3 - квантова.

Кожна з названих революцій призведе до різких змін у світі. Інформаційна революція створить ОН, яка стане технічною базою глобального інформаційного суспільства. Біотехнічна революція зніме проблему продовольчого забезпечення населення в світі, а квантова - створить нові ефективні та безпечні джерела енергії.

Інформаційна революція (кінець XX - початок XXI століття) істотно змінила вигляд інфо-комунікацій. Основні фактори розвитку інфокомунікацій XXI століття - це економіка, технології та послуги.

Похідними від економіки є інфокомунікаційні технології та послуги. У свою чергу, рівень розвитку технологій та послуг залежить від рівня науково-технічного прогресу, а їх впровадження - від рівня економіки і, в першу чергу, від платоспроможного попиту населення на ті чи інші інфокомунікаційні послуги.

В історичному розвитку мереж і послуг зв'язку можна виділити п'ять основних рубежів (рис. 1.3). Кожен рубіж має свою логіку розвитку, взаємозв'язок з попередніми і наступними етапами.

 

Крім того, кожен рубіж залежить від рівня розвитку економіки і національних особливостей окремої держави.

Перший рубіж - побудова телефонної мережі загального користування (ТМЗК, PSTN - Public Switched Telephone Network). Протягом тривалого часу кожна держава створювало свою національну аналогову телефонну мережу загального користування. Телефонний зв'язок рекомендувалася населенню, установам, підприємствам і порівнювалася з єдиною послугою - передачею мовних повідомлень. Надалі по телефонних мереж за допомогою модемів стала здійснюватися передача даних. Проте, навіть в даний час телефон залишається основною послугою зв'язку, яка приносить операторам зв'язку більше 80% прибутку.

Другий рубіж - цифровизация телефонної мережі. Для підвищення якості послуг зв'язку, збільшення їх числа, підвищення рівня автоматизації управління і технологічного обладнання в промислово розвинених країнах в 1970-і роки проводилися роботи з цифровізації первинних і вторинних мереж зв'язку. Були створені інтегральні цифрові мережі IDN (Integral Digital Network), які надають в основному послуги телефонного зв'язку на базі цифрових систем комутації та передачі. До теперішнього часу в багатьох країнах цифровизация телефонних мереж практично завершилася.

Третій рубіж - інтеграція послуг. Цифровизация мереж зв'язку дозволила не тільки підвищити якість послуг, але й перейти до збільшення їх числа на основі інтеграції. Так з'явилася концепція вузькосмугової цифрової мережі з інтеграцією служб N-ISDN (Narrowband Integrated Srsice Digital Network). Користувачеві (абоненту) цієї мережі надається базовий доступ (2В + D), за яким інформація передається за трьома цифрових каналах: два канали В зі швидкістю передачі 64 кбіт / с і канал D зі швидкістю 16 кбіт / с. Два канали В використовуються для передачі мовних повідомлень і даних, канал ї - для сигналізації і для передачі даних в режимі пакетної комутації. Для користувача з великими потребами може бути наданий первинний доступ, який містить (30 B + D) каналів. Концепція N-ISDN існує близько 20 років, але широкого поширення в світі не отримала з кількох причин. По-перше, обладнання N-ISDN досить дорого коштує, щоб стати масовим; по-друге, користувач постійно платить за три цифрових канали; по-третє, перелік послуг / У-/50Л / перевищує потреби масового користувача. Саме тому інтеграція послуг починає замінюватися концепцією інтелектуальної мережі.

У цей же період також отримали розвиток мережі з рухомими системами PLMN (Public land Mobil Network) і технології послуг мережі передачі даних на основі комутації каналів і пакетів: Х.25,, IP (Internet Protocol), ГР (Frame relay), 1Р - телефонія, електронна пошта та ін

Четвертий рубіж - інтелектуальна мережа / N (Intelligent Network). Історію цієї мережі прийнято обчислювати з 1980 року, коли компанія Bell System (США) проводила роботи з удосконалення послуги, названої «послуга-800». Ця послуга в основному була призначена для нарахування оплати за міжміські з'єднання абонентові і знайшла широке застосування у сфері обслуговування і торгівлі. З 1993 року IN розвивається в рамках концепції TINA (Telecommunication Information Networking Architecture) для підтримки архітектури «клієнт - сервер». Ця мережа призначена для швидкого, ефективного та економічного надання інформаційних послуг масовому користувачеві. Необхідна послуга надається користувачеві тоді і в той момент часу, коли вона йому потрібна. Відповідно і оплачувати він зобов'язаний надану послугу протягом цього часу. Таким чином, швидкість і ефективність надання послуги забезпечують її економічність, так як якщо користувач буде використовувати канал зв'язку значно менший термін, це дозволить йому зменшити витрати. У цьому полягає принципова відмінність інтелектуальної мережі від попередніх мереж, а саме - в гнучкості та економічності надання послуг.

П'ятий рубіж - широкосмугова B-ISND (Droadband Integratyed Service Digital Network) поклала початок розвитку після 1980 року мультимедійних послуг на базі технології АТМ ( - комутації пакетів фіксованої довжини (53 байти): діалоговий, інформаційний і розподільний пошук. Діалогові служби надають послуги для передачі інформації (телефонна служба, служба промови, відеоконференції та ін.) Служби інформаційного пошуку (служби за запитами) надають можливість користувачеві отримувати інформацію з різноманітних банків даних. Розподільні служби, при наявності або відсутності управління наданням інформації з боку користувача, можуть направляти інформацію від одного загального джерела необмеженому числу абонентів, які мають право на доступ (дані, текст, рухливе й нерухоме зображення, звук, графіка та ін.) У практику ділового спілкування починає входити не тільки конференц-зв'язок, а й відеоконференція, дозволяють обмінюватися інформацією, не витрачаючи часу і грошей на поїздки.

У свою чергу, зниження витрат індивідуального користувача на нові послуги має збільшити попит на них, тобто привести до збільшення прибутку постачальників послуг. Відповідний зростання попиту на послуги призведе до збільшення поставок необхідного обладнання, що спричинить збільшення прибутку постачальників устаткування. Таким чином, гнучкість надання послуг із застосуванням сучасних технологій призводить до об'єднання економічних інтересів трьох сторін: користувачів, постачальників послуг і постачальників устаткування.

Контрольні питання

1. Вкажіть особливості розвитку техніки зв'язку на сучасному етапі.

2. У чому полягає інтеграція зв'язку?

3. Охарактеризуйте багатофункціональні кінцеві пристрої.

4. Дайте визначення Глобальної інформаційної інфраструктури.

5. Що необхідно для реалізації концепції Глобальної інформаційної інфраструктури?

6. Які атрибути (характеристики) необхідно враховувати при створенні стандарту Глобальної информационої інфраструктури?

7. Поясніть принципи і мета Глобальної інформаційної інфраструктури.

8. Вкажіть основні характеристики Глобальної інформаційної інфраструктури.

9. Перерахуйте особливості побудови інформаційної мережі.

10. Поясніть структуру інформаційної мережі.

11. Дайте характеристику ресурсів інформаційної мережі.

12. Як підрозділяються телекомунікаційні системи залежно від виду зв'язку?

13. Які показники телекомунікаційної мережі характеризують її ефективність при передачі інформації?

14. Дайте визначення понять протоколу і інтерфейсу в інформаційних мережах.

15. Що таке надійність мережі зв'язку?

16. Поясніть поняття живучості зв'язку; перерахуйте фактори, від яких вона залежить.

17. Охарактеризуйте пропускну здатність телекомунікаційної мережі.

18. Що таке виклик?

19. Що мається на увазі в телекомунікаційній мережі під поняттям повідомлення?

20. Якими параметрами визначається обсяг інформації?

21. Назвіть одиниці вимірювання телефонного навантаження і її інтенсивності.

22. Що таке потік повідомлень? Наведіть приклад.

23. Яка інформація називається корисною? Назвіть інші її види.

24. Чим характеризується потік повідомлень?

25. Назвіть і дайте характеристику потокам, що циркулює в мережах зв'язку.

26. Як називаються інформаційні потоки, якщо момент надходження і обсяг повідомлень заздалегідь відомі? Наведіть приклад.

27. Що означає поняття «тяжіння» в мережі зв'язку?

28. Дайте характеристику ЄНСС, НДІ України, Глобальної інформаційної інфраструктури.

29. Поясніть основні рубежі розвитку мереж і послуг зв'язку.

30. Які особливості широкосмугової мережі B - ISDN?