Принцип работы телефонной сети

Первые телефонные сети были полностью аналоговыми, так как в них абонент­ское устройство (телефонный аппарат) преобразовывало звуковые колебания, являющиеся аналоговыми сигналами, в колебания электрического тока (также аналоговые сигналы). Коммутаторы телефонной сети тоже передавали пользова­тельскую информацию в аналоговой форме, перенося эти сигналы в другую об­ласть частотного спектра с помощью методов частотного уплотнения (FDM), описанных в главе 9.

Сегодня в телефонных сетях голос между коммутаторами все чаще передается в цифровой форме по каналам PDH/SDH с помощью технологии TDM. Однако абонентские окончания остаются в основном аналоговыми, что позволяет поль­зоваться теми же сравнительно простыми и недорогими аналоговыми телефон­ными аппаратами, что и раньше.

Типичная структура телефонной сети представлена на рис. 23.4. Сеть образована некоторым количеством телефонных коммутаторов, которые соединены между собой цифровыми или, в редких случаях, аналоговыми каналами. Топология связей между телефонными коммутаторами в общем случае носит произволь­ный характер, хотя часто используется многоуровневая иерархия, когда несколь­ко коммутаторов нижнего уровня подключаются к коммутатору более высокого уровня и т. п.

К коммутаторам нижнего уровня с помощью абонентских окончаний, которые представляют собой медные пары, подключаются телефонные аппараты абонен­тов. Обычно длина абонентского окончания не превышает одного-двух километ­ров, однако иногда оператор вынужден использовать и более протяженные окон­чания, до 5-6 км, если имеется несколько удаленных абонентов, для которых строительство отдельной точки присутствия экономически неоправданно.

Сервер удаленного доступа с модемами Рис. 23.4. Доступ через телефонную сеть с аналоговыми окончаниями

Телефонная сеть, как и любая сеть с коммутацией каналов, требует обязательной процедуры предварительного установления соединения между абонентскими устройствами, в случае успеха которой в сети устанавливается канал между эти­ми абонентами, через который они могут вести разговор. Процедура установле­ния соединения реализуется с помощью сигнального протокола. Напомним, что в аналоговых телефонных сетях каждому абонентскому соединению выделяется полоса пропускания шириной в 4 кГц. Из этой полосы 3,1 кГц предназначается для передачи собственно голоса, а оставшиеся 900 Гц служат для передачи сиг­нальной информации между аналоговыми коммутаторами, а также в качестве за­щитной полосы частот между каналами, выделенными различным пользова­телям.

Существует большое количество различных сигнальных протоколов, разрабо­танных за долгие годы существования телефонных сетей. Они делятся на два класса: сигнальные протоколы UNI работают между телефоном пользователя и первым коммутатором сети, а сигнальные протоколы NNI — между коммутато­рами сети. Так как модем подключается к телефонной сети в качестве абонент­ского устройства, то он должен поддерживать только протокол UNI.

Аналоговый телефон — достаточно примитивное устройство, поэтому поддер­живаемый им сигнальный протокол также предельно прост. Процедура вызова абонента обычно представляет собой последовательность замыканий и размыка­ний электрической цепи, образуемой проводами абонентского окончания. В от­вет на первое замыкание телефонный коммутатор подает на абонентскую цепь некоторое напряжение, которое воспроизводится в виде постоянного гудка дина­мика телефонной трубки. Человек активно участвует в процедуре вызова, наби­рая в ответ на гудок цифры вызываемого номера.

Существует два способа передачи номера в сеть. При импульсном наборе каж­дая цифра передается соответствующим числом последовательных импульсов размыкания-замыкания частотой 10 или 20 Гц.

При тоновом наборе (Dual Топе Multi Frequency, DTMF) для кодирования цифр и символов используется комбинация сигналов двух групп: низкочастот­ной (697, 770, 852 и 941 Гц) и высокочастотной (1209, 1336, 1477 и 1633 Гц).

Сочетания этих частот дают 16 комбинаций, которые используются для кодиро­вания, как показано в табл. 23.1.

Частота 1633 Гц является расширением стандарта DTMF, с помощью которого кодируются дополнительные символы А, В, С и D, отсутствующие на стандарт­ной клавиатуре телефонов, но используемые модемами и некоторыми приложе­ниями.

Тоновый набор выполняется с частотой 10 Гц сигналами длительностью в 50 мс с паузами также в 50 мс.

Так как одна цифра номера прй импульсном наборе передается несколькими импульсами, а при тоновом наборе ~ одним сигналом,^х то скорость /тонового набора в несколько раз выше, чем импульсного. - ^ * ^; ч,, - >

После приема такого условного «сообщения» от телефонного аппарата первый коммутатор телефонной сети маршрутизирует сообщение дальше. Если этот коммутатор является цифровым, то он преобразует поступающий от абонента аналоговый сигнал в цифровую форму.

Чтобы добиться развитой логики обработки вызовов, современные телефонные коммутаторы используют протоколы сигнальной системы 7 (Signaling System 7, SS7), в которых применяется техника коммутации пакетов. Эти протоколы по­строены в соответствии с моделью OSI, покрывая уровни от физического до прикладного. И хотя мы еще не раз будем упоминать SS7, подробное рассмотре­ние этих протоколов выходит за рамки темы данной книги, их описание можно найти в учебниках, посвященных телефонии, например [26].

Нужно подчеркнуть, что пользовательские данные по-прежнему передаются в те­лефонных сетях с помощью техники коммутации каналов, а техника коммута­ции пакетов используется сигнальными протоколами только для установления соединения. Наряду с протоколами SS7 в телефонной сети может задействовать- ся также большое количество более старых сигнальных протоколов, в том числе аналоговых.