[К. Галичский - "Компьютерные системы в телефонии"]

Copyright (C) К. Галичский, 2002

Глава 1. Организация телефонных сетей
1.1 Телефонная сеть общего пользования
1.2 Внутренние сети
1.3 Мобильные сети
1.4 Интернет-телефония
1.5 Компьютерная телефония
1.6 Интеллектуальные сети

1.1 Телефонная сеть общего пользования

Кому – таторы, а кому – ляторы
(вывеска на автомагазине)

В мире существует примерно миллиард телефонных аппаратов, если не считать мо­бильных. Поэтому совершенно нереально протянуть линии связи так, чтобы связать каждый аппарат с каждым (рис. 1.1). Тем не менее, ничто не мешает нам совершать звон­ки с любого телефона на практически любой другой в мире (за исключением экзотичес­ких случаев закрытых сетей, типа правительственной связи).

Рис. 1.1. «Паутина»

Однако и не надо связывать каждый телефон с каждым, поскольку никогда не нуж­но говорить со всеми абонентами в мире одновременно. Поэтому достаточно протянуть ровно одну телефонную линию к каждому абоненту, а задачу по их временному соеди­нению, то есть по коммутации линий, возложить на одно общее устройство – автома­тическую телефонную станцию (АТС).

Рис. 1.2. «Звезда»

Однако с помощью одной АТС (рис. 1.2) невозможно справиться со всеми телефо­на­ми в мире сразу, да и было бы довольно дорого прокладывать телефонные линии со всего мира в одну точку Земного шара. Наличие большого количества АТС легко реша­ет эту проблему.

Но и тут незадача: как обеспечить связь между всеми сотнями тысяч АТС, сущест­вующими в мире? Соединение по принципу «каждая с каждой» в принципе годится в масштабах населённого пункта (хотя, например, в Москве имеется несколько сотен АТС – а это довольно много). На самом деле, устройство крупной городской сети на­много сложнее: помимо собственно АТС, там имеются еще и так называемые узлы вхо­дящей и исходящей связи (в Москве таких телефонных узлов 10), резко сокращающие число линий, необходимых в масштабах мегаполиса. Но для примерного представления о «кухне» телефонной связи это будет уже, пожалуй, слишком подробно. Итак, будем для простоты считать, что городская сеть – это множество АТС, связанных по принци­пу «каждая с каждой», к которым, в свою очередь, подключаются абоненты (рис. 1.3).

Рис. 1.3. «Паутина» из «звезд»

Теперь возникает задача связать между собой отдельные телефонные сети населён­ных пунктов между собой. Для этого в каждом из населённых пунктов вводится меж­дугородная АТС, соединённая с каждой из обычных, «городских» АТС. Междуго­род­ные АТС всех населённых пунктов связываются между собой (опять-таки позволим себе такое упрощение), по тому же принципу «каждая с каждой» (рис. 1.4).

Рис. 1.4. «Паутина» на междугородном уровне

Итак, мы добрались до уровня национальной телефонной сети. Очевидно, что теле­фонные сети всех стран входят в общую международную сеть, окончательно решая грандиозную проблему связи всех телефонов в мире между собой.

Абонентские устройства

К АТС можно подключать не только телефонные аппараты, но и факс-машины, мо­демы, автоответчики и т. д. (рис. 1.5). Все эти устройства будем обобщённо называть або­нентскими устройствами.

Рис. 1.5. Абонентские устройства

Виды линий

Различают два основных вида линий, соединяющих узлы телефонной сети, то есть абонентские устройства и АТС: абонентские линии (АЛ) и соединительные линии (СЛ). Как нетрудно догадаться из названия, первые служат для подключения абонентских устройств к АТС, а вторые – для соединения АТС между собой.

В англоязычной литературе абонентские линии называют CO line (Central Office line, то есть «линия, протянутая в центральный офис»).

Адресация в телефонных сетях

– Поедемте в нумера!
(Киса Воробьянинов)

Каждому абоненту телефонной сети назначается его уникальный адрес – теле­фон­ный номер. Число цифр в номере обычно зависит от размеров населённого пункта; при­чем для звонков в другие населённые пункты обычно используются более длинные номера. Система правил, описывающих образование телефонных номеров, называется номерным планом. Каждая телефонная сеть имеет свой собственный номерной план: для звонка одному и тому же абоненту из разных сетей необходимо набирать разные номера. Например, для звонка на московский номер 788‑0705 из Москвы достаточно набрать просто 788‑0705, а из С.‑Петербурга необходимо набирать 8‑гудок-095-788‑0705.

В принципе, абонент (обычно это организация) может иметь и несколько номеров: звонок на любой из этих номеров будет попадать на линии абонента (так называемая услуга DID). При этом абонент может иметь несколько телефонных линий (многока­нальный телефон), каждая из которых может использоваться для соединения независи­мо от набранного номера. Аппаратура на стороне абонента получает вместе со звонком информацию о набранном номере и может предпринимать те или иные действия в зави­симости от этого номера.

Таким образом, число линий и число номеров не всегда совпадает (зачем это нужно, будет рассказано чуть ниже).

Некоторые номера могут не соответствовать реальным абонентам, а представлять тот или иной автоматический сервис (например, автоматическую справочную).

Telco

Эксплуатацией общедоступных телефонных сетей разного уровня занимаются так называемые телефонные компании. Они непосредственно предоставляют те или иные услуги телефонной связи своим клиентам.

Некоторые фирмы владеют своими собственными междугородными линиями связи, не входящими в общую иерархию, предоставляя возможность всем желающим по отно­сительно низким тарифам пользоваться ими (так называемый сервис Calling Card). Другие фирмы предоставляют иные услуги абонентам городской сети на базе обычной телефонной связи, например, различные автоматических справочные (Audiotext), систе­мы телеголосования (Televoting), услуги развлекательного характера (телефонные «чаты», «разговор с незнакомкой» и так далее). Провайдеры всех этих услуг вместе с телефонными компаниями обобщённо называются Telco-провайдерами (произносится как «телко»).

Таким образом, телефония используется не только простыми абонентами или орга­низациями «для внутреннего употребления», но и Telco-провайдерами – «для предо­ставления услуг». Соответственно можно считать, что существует два основных секто­ра рынка телефонных решений – решения для конечных потребителей и решения для создания новых услуг.

Циф­ро­вые сети ISDN

Для обозначения обычных услуг связи, предоставляемых телефонной сетью в обычном понимании, в англоязычной литературе применяется термин POTS (Plain Old Telephony Service, то есть «простая старая телефонная сеть»).

Концепция POTS рассчитана главным образом на передачу речи и плохо годится для передачи цифровых данных. Например, абонент POTS может использовать модем для выхода в Интернет, но при этом его линия оказывается занятой на всё время сеанса подключения к Интернет-провайдеру. Кроме того, POTS гарантирует передачу звука в пределах примерно от 300 до 3400 Гц, что сильно ограничивает скорость цифрового соединения.

В противоположность POTS, сети ISDN (Integrated Services Digital Network, произ­носится как «ай-эс-ди-эн», дословно переводится как «цифровая сеть с интегрирован­ными услугами») – это концепция сети, удовлетворяющей современным потребностям в услугах по передаче данных произвольного типа (в частности, видео- и цифровых данных). Абонент ISDN-сети, имея всего одну линию связи с провайдером ISDN, мо­жет одновременно принимать или совершать телефонные звонки и получать доступ в Интернет. Помимо этого ISDN предусматривает наличие так называемых дополни­тель­ных услуг: переадресацию, перевод звонков на другой номер, конференц-связь, под­ключение нескольких независимо адресуемых абонентских устройств к одной ли­нии и т. д.

В русскоязычной литературе встречаются различные варианты перевода аббревиа­туры «ISDN»: ЦСИО (цифровая сеть интегрированного обслуживания) и ЦСИС (циф­ровая сеть интегрированных служб).

Сети ISDN будут подробнее обсуждаться в главе 3 «Протоколы связи».

Протоколы связи

Наверняка слово «сигнализация» у большинства читателя вызывает ассоциации с охранными системами или чем-то в этом роде. Терминология связистов действительно довольно своеобразна, особенно в тех областях, которые пересекаются с компьютер­ными технологиями. Так вот, то, что специалисты по телекоммуникациям называют протоколами связи, в телефонии по историческим причинам называется сигнализация­ми (происходит от английского термина signaling, который в оригинале ничего близ­ко­го с охранными системами не имеет; более точный перевод, отражающий суть этого понятия – «система сигналов»).

Итак, сигнализация, или протокол связи – это система сигналов, с помощью кото­рых два взаимодействующих объекта (АТС и подключённый к ней телефон, телефон­ные узлы, компьютеры, подключённые к Интернет и т. д.) обмениваются коман­дами и информацией. В дальнейшем в книге будет использоваться только термин «протокол», как наиболее широко распространённый и не сбивающий с толку неспеци­алиста (ну разве что дипломата или стража порядка).

Современные телекоммуникационные протоколы (самый известный из них, пожа­луй, TCP/IP – основа Интернет), подобно компьютерному программному обеспе­чению, весьма разнообразны, сложны и по уровню развития далеко опережают телефонные, поскольку решают весьма разнообразные задачи. Утрируя, в телефонии протоколы в большинстве случаев решают только одну довольно простую задачу – установление соединения, передачу звука и последующее разъединение.

Самый простой пример телефонного протокола, знакомый любому, кто пользовался хоть раз в жизни телефоном – это так называемая аналоговая абонентская линия, или LSI (Loop Start Interface). Некоторые его «сигналы» – гудок, слышимый в трубке после её снятия, длинные гудки, обозначающие, что на том конце зазвенел телефон, и корот­кие гудки, служащие сигналом «занято» или «отбой». Они адресованы автомати­ческой аппаратурой человеку-пользователю, поэтому они и слышны ухом. В общем случае это, конечно же, далеко не всегда так.

Например, набор номера самым старым и распространённым в России способом – в пульсовом режиме – сопровождается лишь характерным пощелкиванием в линии. Дис­ковый номеронабиратель, возвращаясь в исходное положение с определённой скорос­тью, замыкает и размыкает электрическую цепь телефонной линии число раз, соответ­ствующее набранной цифре, а АТС подсчитывает число этих замыканий в каждой се­рии. Таким образом, пульсовый набор номера, будучи адресован исключительно аппа­ратуре АТС, ведётся исклю­чительно на «языке» электрических сигналов.

Помимо LSI, в телефонных сетях встречается огромное количество других протоко­лов: ISDN, R1.5, R2, SS7, QSIG, V5, GSM, DECT. Кроме того, во многих странах ис­пользуются множество «национальных» протоколов, а также «диалектов» вышеупомя­нутых. Протокол – это основной параметр, характеризующий тип линии, соединяющий между собой узлы телефонной сети (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Протоколы на различных линиях

Основным характеристикам некоторых из наиболее распространённых в России протоколов будет посвящена глава 3.

Виды АТС

Из всех видов АТС к современной телефонии следует отнести лишь электронные. Электронная АТС является, по сути, специализированным компьютером.

В телефонных сетях общего пользования России наряду электронными АТС до сих пор эксплуатируется оборудование, относящееся к предыдущим технологическим эпо­хам – так называемые декадно-шаговые и координатные АТС, основанные на электро­механическом принципе коммутации. Эти виды АТС всё еще остаются значительным аспектом современной телефонии в условиях России, поэтому им стоит уделить не­много внимания в этой книге.

История автоматической коммутации в телефонии началась в 1889 г., с изобретения декадно-шагового искателя А. Б. Строуджером из Канзас-сити. Реальное применение автоматиче­ской коммутации началось лишь в 1910-е гг. В СССР первая автоматическая станция была построена только в 1929 г. в Ростове-на-Дону и обслуживала 6000 номеров. Изо­брете­ние Строуджера даже спустя век не потеряло своей актуальности: до сегодняш­него дня около 25% парка московской телефонной сети – это декадно-шаговые АТС‑47 (разрабо­тана в 1947 г.) и АТС‑54 (ЛОНИИС, 1954 г.).

Декадно-шаговые АТС отличаются огромными размерами. Эта проблема решается с помощью многократного координатного соединителя (МКС), разработанного в 1913 г. американцем Дж. Рейнольдсом и в 1919 г. усовершенствованного шведским ин­женером Г. Бетуландером. Это тоже электромеханическое устройство, позволяющее коммутировать сразу 100 абонентов. АТС на его основе получается намного компакт­нее декадно-шаговых АТС, а качество звука намного выше. Применение АТС коорди­натного типа началось в Москве в 1967–68 гг. Координатные АТС (АТСК, АТСКУ, АТСК‑100/2000, ПСК‑1000) составляют примерно 60% ёмкости российских городских сетей и почти 100% сельских.

Оставшиеся 15% – это квазиэлектронные (КВАНТ, МЕТАКОНТА) и электронные АТС (Ericsson AXE‑10, Siemens EWSD, AT&T 5ESS, АТСЦ‑90 и другие).

Стандартизация

Для обеспечения совместимости телефонного оборудования между собой нужны специальные стандарты. В разных странах применяются разные стандарты, но сущест­вуют и международные. В основном стандартизуются типы линий, протоколы связи, форматы данных, качество обслуживания и т. д.

Основной работой по стандартизации в области телекоммуникаций на международ­ном уровне занимается Телекоммуникационный сектор Международного союза элек­тросвязи (International Telecommunications Union – Telecommunications Services Sector, сокращённо ITU-T). Эта организация, штаб-квартира которой находится в Женеве, ра­нее называлась Международным Консультативным Комитетом по Телеграфии и Теле­фонии, сокращённо МККТТ (Consultative Committee on International Telegraphy and Te­lephony, CCITT). Все государства-члены ООН могут участвовать в работе ITU. По ре­зультатам деятельности своих рабочих групп ITU-T регулярно публикует рекоменда­ции, касающиеся различных аспектов телекоммуникационной отрасли. Эти рекомендации имеют систему обозначений в виде латинской буквы, точки и от одной до четырех цифр, например, V.34, X.25, Q.931, H.323. Первая буква обозначает так на­зываемую серию, например, стандарты серии «E» относятся к общей организации теле­фонных сетей, «G» – системы передачи информации по цифровым сетям, «H» – аудио­визуальные и мультимедиа системы, «I» – сети ISDN, «Q» – коммутация и протоколы связи, «V» – передача данных по телефонным линиям, «X» – сети передачи данных.

Помимо ITU-T, стандартизацией в телекоммуникационной отрасли занимаются различные организации, из которых стоит упомянуть Европейскую организацию теле­коммуникационных стандартов (ETSI, European Telecommunications Standards Institute). ETSI издаёт как собственные стандарты, так и расширенные версии рекомендаций ITU-T, предназначенные для применения в странах Европейского Союза. Некоторые стан­дарты, разработанные ETSI, принимаются в качестве рекомендаций ITU-T. Примерами стандартов от ETSI являются GSM, Euro-ISDN, V5, QSIG.

Форум ECTF (Enterprise Computer Telephony Forum) является промышленным сою­зом (то есть объединяет производителей, а не страны) и занимается стандартизацией в области компьютерной телефонии. В его активе стандарты ECTF H.100 и ECTF S.100 (система нумерации стандартов ECTF очень напоминает систему ITU-T).

Европейская ассоциация ECMA (European Computer Manufacturers Association) так­же является объединением фирм и занимается вопросами интеграции информационных и телекоммуникационных систем. Примером стандарта от ECMA является CSTA.

Некоторую роль в стандартизации телекоммуникационной отрасли играют также Международная организация стандартов (ISO, International Organization for Standardi­zation) и её американский филиал ANSI (American National Standards Institute).

Международные стандарты носят декларативный характер: каждая страна вольна следовать тем или иным стандартам при выработке внутринациональных стандартов, или же создавать свои национальные версии на основе международных рекомендаций. В России стандартизацией на национальном уровне занимаются учреждения Министер­ства связи. Большую роль в этом процессе играет Ленинградский отраслевой НИИ свя­зи (ЛОНИИС).

Сертификация

Телефонное оборудование в большинстве стран, в том числе в России, подлежит сертификации на соответствие национальным стандартам.

Любое оборудование, подключаемое к абонентским линиям ТфОП должно иметь сертификат Минсвязи (рис. 1.7), что гарантирует соблюдение всех требований телефон­ной сети (такой сертификацией занимаются специальные лаборатории ЛОНИИС). Кроме то­го, должны иметься сертификаты Ростеста на соблюдение норм электробезопасности и электромагнитной совместимости.

Рис. 1.7. Пример сертификата на телефонное оборудование

Сертификацией оборудования на американском рынке занимается Федеральная ко­миссия по связи, FCC (Federal Communications Commission). Однако телефонные сис­темы зарубежного производства, имеющие сертификат FCC, всё равно подлежат серти­фикации на соответствие российским стандартам для использования их в российских телефонных сетях.