59Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Кабельная телефония. Протоколы в сети распределения


Теле-Спутник - 4(66) Апрель 2001 г.


В прошлом номере мы познакомили читателей с основными принципами передачи по телефонным транспортным сетям. Сегодня подробнее остановимся на передаче услуг телефонии по распределительной части сети.

Сначала рассмотрим передачу сигналов между телефонным аппаратом и NID-ом устройством сетевого интерфейса (Network Interface Device — NID). Последний, как правило, представляет собой коробку, укрепляемую на внешней стене дома.

Телефонный звонок: На время звонка, на напряжение постоянного тока 48 В, всегда присутствующее в линии, накладывается синусоидальное напряжение. Частота колебаний этого напряжения не имеет существенного значения. В Северной Америке она составляет 20 Гц. В некоторых старых системах каждому телефону выделяется своя частота. На абонентском отводе устанавливался фильтр, отделяющий свою частоту напряжения от других.

Эффективное значение этого напряжения может колебаться от 60 до 108 В, и на телефонном интерфейсе, скорее всего, будет иметь значение из нижней части этого диапазона. Напряжение звонка не требуется передавать на большие расстояния, поэтому оно не должно быть особенно высоким.

Захват линии: Когда трубку снимают с рычага, между двумя проводами возникает сопротивление 200 Ом. К этому сопротивлению прикладывается напряжение батареи 48 В, и в проводах появляется ток, сообщающий коммутатору о том, что трубка снята. В системах кабельной телефонии снятие трубки выявляется NID-ом, который и сообщает об этом коммутатору.

Набор номера: Сегодня наибольшее распространение получил тоновый набор номера DTMF (dual tone multi-friequency). При этом способе набор каждой цифры сопровождается формированием одновременно двух синусоидальных тоновых сигналов. Один тон относится к так называемой низшей группе и определяет ряд, в котором на наборной панели размещена кнопка. Другой тон, из высшей группы, определяет колонку.

Тоновым методом может быть задано 16 символов (в том числе 10 цифр). Доступными абоненту из них, как правило, оказываются 12. NID расшифровывает тоновый сигнал с помощью декодера и в цифровом виде передает полученную информацию коммутатору.

Обслуживание запроса: При обслуживании запроса может формироваться несколько тоновых сигналов. Мы рассмотрим самые распространенные. Сигнал свободной линии обычно состоит из двух тоновых сигналов одинаковой амплитуды. В Северной Америке это частоты 350 Гц и 440 Гц. В европейских системах используются пары 600 Гц и 120 Гц или 600 Гц и 133 Гц. Этот сигнал сообщает абоненту, снявшему трубку, что можно набирать номер.

Этот же тон, прерываемый 60 раз в минуту, представляет собой сигнал "занято", информирующий о том, что запрашиваемый телефон уже используется. Занятость магистрали отображается таким же сигналом, но с удвоенным числом прерываний. Этот сигнал означает,

что ресурсы системы загружены и не могут обслужить запрос.

Звук наподобие гонга напоминает о необходимости ввести номер телефонной карты. Он формируется кратковременным включением тоновых сигналов 697 Гц и 1477 Гц, за которыми следует постепенно угасающий сигнал свободной линии.

Если абонент случайно оставил трубку снятой, телефон может выдавать самые разные сигналы, цель которых привлечь внимание абонента. Наиболее часто для этой цели используются частоты — 1400, 2060, 2450, 2600 Гц.

Питание NID-а

Независимо от способа питания NID-а телефонные услуги должны предоставляться и в случае сбоя питания в центральной сети — как это делается обычными телефонными компаниями.

Для этого требуется установка местных источников — батарей или генераторов.

Первые NID-ы потребляли 5-10 Вт. Позже потребление удалось снизить до 1-2 Вт. Как правило, меньше всего NID потребляет в пассивном состоянии и больше во время работы, причем наибольший расход приходится на время формирования звонка.

В кабельной телефонии существует три способа питания NID:

  1. Питание по сети с использованием центрального проводника кабеля на абонентском отводе. Этот метод питания системы очень распространен в регионах, где он разрешен местными законами. Если имеющиеся отводы недостаточно хороши для передачи напряжения питания, их в момент реконструкции сети под двунаправленные услуги заменяют на новые. Питание поступает в центральный проводник абонентского кабеля через специальный отвод, который иногда называется телефонным.
  2. Питание по сети с использованием витой пары, скрепленной с абонентским кабелем. В данном случае питание поступает от такого же отвода, но только на отдельную пару проводов — земляной и сигнальный. Для таких систем выпускается специальный абонентский кабель, часто называемый "сиамским", так как в нем в одну оболочку зашит коаксиальный кабель и телефонная витая пара. Отвод, используемый для подключения "сиамского" кабеля, имеет дополнительные коннекторы для витой пары.

    Преимущество передачи питания по витой паре (которая на практике может быть и не витой), а не по центральному проводнику коаксиального кабеля в том, что при этом не возникает потерь сигнала, вносимых элементами гальванической развязки, встроенными в отводы от магистрали. Возникающим в большинстве случаев неудобством использования этой конфигурации является необходимость замены кабеля на абонентских отводах. В то же время подобная модернизация не является ни экономически выгодной, ни привлекательной технически. Проблема "сиамских" кабелей заключается в том, что телефонная пара очень подвержена влиянию шумов ингрессии, которые она передает коаксиальному проводнику. Правда, соответствующая фильтрация сигналов питания обычно позволяет избежать подобных проблем.
  3. Питание от домовых источников (батарей) переменного тока с резервированием.

Этот метод исключает необходимость запитывать NID, но вынуждает следить за состоянием батарей в каждом доме. При этом возникает вопрос — кто будет нести ответственность за состояние батарей и их своевременную замену — абонент или кабельный оператор? Кроме того, установщик должен сделать вывод питания в доме абонента. В некоторых случаях для этого приходится устанавливать новую розетку, что, как правило, требует лицензии на проведение электрических работ.

Теперь рассмотрим передачу сигналов телефонии между NID-ом и головной станцией1.

Элементы протокола

В дипломатических кругах под протоколом понимают свод правил, которому, общаясь друг с другом, должны следовать люди или правительства. Точно также в сфере телекоммуникаций протокол описывает способ взаимодействия разных составляющих системы.

Описанный ниже протокол включает ряд элементов одного из распространенных протоколов, но не относится к какой-то определенной системе кабельной телефонии.

Этот абстрактный пример поможет понять и оценить индивидуальные особенности работы реальных систем телефонии, реализуемых на базе гибридных кабельных сетей. Мы рассмотрим, как NID проходит регистрацию в сети и начинает работать совместно с другими NID-ами, обслуживаемыми одним узлом.

Система из нашего примера использует мультиплексирование с временным уплотнением. В прямом канале реализуется TDM (time-division multiplexing), а в обратном — TDMA (time-division multiplexing access)2.

Появление в системе нового NID-а ставит перед ней несколько задач.

Первым делом система должна его зарегистрировать. Процесс регистрации включает опознание NID-а головной системой, а также назначение ему частоты и уровня передачи. После регистрации NID сможет общаться с головной станцией, но совсем не обязательно сумеет обслуживать телефонные звонки. Для этого в него еще следует загрузить ПО и/или установочные параметры, которые сконфигурируют его для выполнения назначенной задачи.

Этапы регистрации:

1. Определение частоты: Первый этап размещения заключается в задании частоты, на которой NID будет принимать и передавать информацию. NID сканирует весь рабочий диапазон прямого канала, пока не найдет частоту, на которой ему удастся распознать данные. Это может быть та частота, которая назначается NID-у, или специальная частота для передачи информации о размещении.

2. Выделение временного слота: В системах с временным уплотнением слоты, как правило, назначаются NID-у для каждого разговора. В первых системах выделение временных слотов производилось на постоянной основе. Более современные системы при необходимости распределяют слоты динамически.

В нашем примере для общения с новыми NID-ами выделен служебный временной слот. Позже, когда NID начнет обслуживать телефонные звонки, он будет работать на одном из свободных слотов (но не на служебном).

3. Идентификация NID-а: Головной цифровой терминал3 каким-то образом должен узнать о существовании нового NID-а, с которым он будет взаимодействовать. Один из способов — непосредственно ввести адрес NID-а в его память. Это, например, может быть сделано путем сканирования головным терминалом штрихового кода NID-а. После занесения адреса, к нему может быть добавлена информация об абоненте, которого NID будет обслуживать. Если NID смонтировали, предварительно не считав штриховой код, для определения его адреса может использоваться метод "последовательной аппроксимации". Метод назван по аналогии с процедурой, производимой некоторыми аналого-цифровыми конверторами. Он заключается в передаче последовательности команд для поэтапного определения адреса. Первой, например, может быть команда: "ответьте, все незарегистрированные NID-ы, адрес которых начинается с 1". Если ответа нет, то предлагается ответить всем NID-ам, адрес которых начинается на "0", и т.д. Различные варианты этого протокола инициируют процесс регистрации после того, как головной терминал узнает о существовании незарегистрированного NID-а. Поэтому такой NID должен сигнализировать головному терминалу о своем подключении к системе. Для этой цели может быть зарезервирован специальный слот. Когда головной терминал обнаруживает сигнал незарегистрированного NID-а, он начинает определять его адрес путем последовательной аппроксимации. В маловероятном случае появления одновременно нескольких новых NID-ов, изложенный метод позволяет последовательно зарегистрировать их всех. Однако процедура может оказаться очень длительной.

4. Установка уровня выходного сигнала NID-а: Хорошо подобранные уровни сигналов, посылаемых NID-ами, играют важную роль в работе гибридной сети. Поэтому они должны регулироваться управляющим протоколом. Особенно тщательно должен контролироваться уровень сигнала на входе оптического передатчика обратного канала. Но, так как передатчик установлен в удаленной точке сети, доступным для контроля оказывается только уровень сигнала, поступающего из обратного канала на головную станцию. Головная станция должна постоянно отслеживать и дистанционно корректировать уровень выходных сигналов NID-ов.

При добавлении разветвителей в оконечной части сети необходимо контролировать, чтобы эта процедура не приводила к изменению выставленных уровней.

Вновь установленный NID должен послать головному терминалу сигнал о своем появлении в системе, но он не знает, каким должен быть уровень этого сигнала. Было бы риском начать передачу на слишком высоком уровне, так как это могло бы привести к искажениям сигналов в обратном канале, перегрузке лазера передатчика и прерыванию передачи сигналов от других устройств, обслуживаемых тем же оптическим узлом. Поэтому NID должен начинать передачу на самом низком уровне. Если он не получит ответа на слабый сигнал, он должен несколько усилить уровень и послать сигнал еще раз. Процедура продолжается до тех пор, пока не будет получен ответ с головной станции. В этом сообщении, в частности, могут содержаться данные о правильном уровне передачи.

5. Компенсация временной задержки: После того как головная станция "узнает" NID и установит ему уровень выходного сигнала, ему назначается временной слот для передачи. Слот может быть определен на постоянной основе или, чаще, на время одного телефонного разговора. Кроме того, NID-у должен быть определен сдвиг времени передачи, для компенсации задержки прихода его сигнала на головную станцию.

Для определения временной задержки NID должен пересылать сообщение в определенный момент времени, известный головному терминалу, который затем измеряет задержку между предположительным и реальным временем получения сигнала. Разница составляет то опережение, с которым NID должен посылать сообщение.

Эти измерения могут быть сделаны с использованием того же канала, в котором пересылаются текущие сообщения от уже работающих NID-ов. При этом важно, чтобы сообщения, передаваемые NID-ом до определения временного смещения, не накладывались на сообщения NID-ов, работающих в соседних слотах. Один из способов хотя бы частично преодолеть эту опасность заключается в том, чтобы NID-ы передавали очень короткие сообщения в центре слота, выделенного для "пристрелки". Этот способ можно использовать при расстоянии между NID-ом и головной станцией, не превышающем 2 км. (Эта цифра рассчитана для системы TDMA с 24 временными слотами в кадре, скоростью передачи 1000 кадров в секунду и временной задержкой равной половине слота.)

Это расстояние может быть увеличено, если головной терминал будет заранее знать расстояние между головной станцией и оптическим узлом, обслуживающим данный NID. В этом случае неопределенность сохранится только в отношении длины коаксиального участка. Другой способ работы с более длинными участками кабеля заключается в проведении "пристрелки" вне рабочей полосы обратного канала. Таким образом, обычно проводится грубая "пристрелка", результаты которой затем корректируются с помощью точной "пристрелки", проводимой в рабочей полосе.

NID синхронизирует время передачи с нулевой меткой времени, передаваемой с головной станции, и отсчитывает от этой метки столько временных циклов, сколько отделяет нулевую метку от выделенного NID-у временного слота, с учетом сдвига, определенного головной станцией.

Заключение

После регистрации, в NID должно быть занесено ПО и установки, которые позволят ему поддерживать требуемые услуги. NID должен иметь возможность завладеть ресурсами головного терминала при появлении вызова со стороны абонента и получить соединение с набранным номером. Он должен также получать от головного терминала некоторые сигналы, например сигнал посылаемого звонка или сигнал о том, что запрашиваемый номер занят. Для входящих запросов должен быть обеспечен звонок, NID должен передавать головному терминалу сообщения о снятии трубки, а также получать от него определенную информацию, например о номере, с которого приходит запрос (для поддержки функции АОН).

(По материалам зарубежной прессы)

  1. Изложенные ниже способы активизации NID-а аналогичны тем, которые обычно используются для активизации подключаемых кабельных модемов.
  2. Разница между этими системами временного уплотнения объясняется в первой статье о кабельной телефонии, помещенной в предыдущем номере.
  3. Общее название головного оборудования, взаимодействующего с NID-ом


 
Теле-Спутник Апрель 2001
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт