Территория России характеризуется слаборазвитой инфраструктурой цифровых каналов связи, особенно наземных линий. На сегодняшний день наиболее распространенным, а иногда и единственным средством организации связи с высоким качеством является спутниковая связь. На территории России уже развернуто свыше 200 земных станций, работающих с геостационарными спутниками "Горизонт", что позволяет подключать пользователей, находящихся практически в любой точке России. В статье рассматривается, как эффективнее использовать полосы пропускания междугородных и международных линий связи для организации доступа к спутниковым системам и сетям с закрепленными (выделенными) каналами или многократным доступом с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access - TDMА). Спектр предоставляемых услуг - передача речи и данных.
Российский рынок телекоммуникационных услуг растет с каждым годом. Увеличивается количество компаний, расширяется диапазон предложений и видов услуг, снижаются цены. Особенно это заметно в крупных городах России, где уже сейчас цифровые сети одной или нескольких компаний покрывают практически всю территорию города и любой желающий может получить весь спектр телекоммуникационных услуг, от установки простого телефона до выхода в сеть Интернет или другие информационные и финансовые сети. Если же необходимо связать по выделенному цифровому каналу офисы, находящиеся в разных городах или даже странах, либо получить доступ к телекоммуникационной сети, не представленной в вашем городе, то приходится обращаться не только к местным операторам, но и к операторам междугородной и международной связи (ММС).
Благодаря относительной развитости земных станций на территории России уже создается техническая возможность организации междугородных и международных цифровых каналов с помощью спутников. Но стоимость канала DS0 (64 кбит/с) в этом случае будет в 4...7 раз выше, чем канала с такой же скоростью, но в пределах города. На такие затраты могут пойти немногие потенциальные пользователи. Как же снизить затраты на междугородном или международном участке и таким образом расширить спектр пользователей?
Возможный вариант решения - объединение в городских наземных проводных сетях несколько низкоскоростных каналов пользователей в один канал DS0 (64 кбит/с) с последующей передачей его на спутниковую систему. Сказанное позволит значительно снизить стоимость организации канала в расчете на одного пользователя. Реализовать такую схему можно двумя способами:
- для сетей коммутации каналов - использование цифровой компрессии речи и объединение низкоскоростных каналов речи/данных в один агрегатный (объединяющий несколько цифровых потоков в один);
- для сетей Frame Relay, ATM и Х.25 - использование пакетной/кадровой коммутации с динамическим распределением полосы пропускания.
Как это решается компанией "Голден Лайн"?
Сеть компании "Голден Лайн", работающей на российском телекоммуникационном рынке уже 5 лет, - одна из самых крупных и разветвленных транспортных сетей в Москве. Основная задача сети - предоставление доступа к любым телекоммуникационным сетям и услугам, в частности, к операторам междугородной и международной связи (ММС) из любой точки Москвы. С этой целью организуются цифровые каналы связи со скоростями от 1,2 кбит/с до 2,048 Мбит/с, для соединений с сетями коммутации каналов, Х.25 и Frame Relay, a также до 155 Мбит/с по технологии ATM.
Сети пакетной коммутации Х.25 получили широкое распространение в 80-х годах и до сих пор используются во многих ведомственных структурах. Стандарт Х.25 был разработан МСЭ еще в 1976 г., он определяет интерфейс между оконечным оборудованием пользователя и аппаратурой передачи данных сети пакетной коммутации. За счет поддержки технологии обнаружения и коррекции ошибок он идеально подходит для передачи данных по линиям связи плохого качества. Высокоскоростная распределенная сеть Frame Relay и ATM обеспечивает подключение пользователей к операторам ММС непосредственно по этим технологиям. Именно поэтому эффективность использования этих каналов достигается за счет динамического распределения полосы пропускания. В статье этот вариант организации линий ММС не рассматривается, так как он связан с проектированием сетей пакетной и кадровой коммутации и требует отдельного изложения. Следует отметить, что сети Х.25 не поддерживают передачу речи из-за больших задержек.
Стремительно развивающаяся технология Frame Relay (ретрансляция кадров) - это современный протокол коммутации каналов, аналогичный Х.25, но использующий упрощенную процедуру установления и проверки качества соединений. Он разработан для работы на более высоких скоростях (до 34 Мбит/с) с малыми задержками (см. статью В. Неймана "Что такое ретрансляция кадров?" в журнале "Связь: средства и способы" № 3, 4/1998 г.). Для сетей Frame Relay качество соединений, особенно при передаче речи, зависит от многих факторов. Это:
- функциональные характеристики пользовательского оборудования, позволяющие осуществлять сжатие речи, подавление эха и установку высшего приоритета для речевых кадров;
- зависимость распределения полосы пропускания от количества соединений;
- предоставление высшего приоритета и минимальных задержек для передачи речи в публичных сетях Frame Relay, через которые проходит канал. Эта спецификация стандартизирована совсем недавно и поддерживается далеко не всем оборудованием Frame Relay.
ATM (Асинхронная цифровая иерархия) - высокоскоростная технология передачи информации ячейками постоянного размера в 53 байта, что позволяет предоставлять услуги с различными видами трафика. ATM позволяет передавать и речь, и данные водном канале, т. е. поддерживать и постоянную, и переменную скорости передачи информации. ATM - идеальная универсальная среда передачи, где сочетаются все достоинства сетей выделенных каналов и сетей передачи данных с динамическим распределением полосы пропускания.
Но в мире глобальные сети ATM еще недостаточно развиты и слишком дороги для пользователей. Поэтому эта технология широко не применяется.
Для той категории пользователей, которым необходимо для передачи речи и данных на небольших скоростях постоянное высококачественное соединение, предлагается использовать компрессию речи и объединение нескольких каналов данных/речь в один канал на скорости 64 кбит/с. Здесь технология коммутации/мультиплексирования каналов наиболее надежна и проста в реализации, так как большинство сетей ММС используют тот же способ передачи информации. Качество передачи данных при этом не изменяется, качество же речи ухудшается незначительно.
Рассмотрим подробно технологию цифровой компрессии речи и формирования канала 64 кбит/с из нескольких низкоскоростных каналов речи и/или данных.
Оборудование, используемое "Голден Лайн" для реализации этой задачи, разработано фирмой Newbridge. Важным его преимуществом является то, что и компрессию речи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), и объединение каналов выполняет одно и тоже устройство - модуль, называемый цифровым сигнальным процессором (Digital Signal Processor -DSP). Каждый процессор имеет 6,10 или 20 цепей, каждая цепь может быть сконфигурирована как компрессор речи (Voice Compressor - VC) или как объединитель низкоскоростных каналов (Subrate Merger - SRM). В каждый узловой мультиплексор ввода/вывода можно установить до семи модулей DSP
Ниже описываются принципы работы и стандарты, поддерживаемые этим оборудованием.
Компрессия голоса
Как и большинство фирм-разработчиков телекоммуникационного оборудования, Newbridge поддерживает два метода сжатия речи - собственной разработки - HCV(8 и 16 кбит/с) и стандартный, по Рекомендациям Сектора технологии - МСЭ-Т. G.728 - LD-CELP 16 кбит/с и МСЭ-Т G.729 - A-CELP 8 кбит/с. Алгоритмы, разработанные Newbridge, позволяют наиболее гибко и эффективно использовать пропускную способность канала 64 кбит/с. Но при этом процедура компрессирования/декомпрессирования может осуществляться только на оборудовании Newbridge. Применяя стандартные алгоритмы преобразования речи, для декомпрессии может быть выбрано любое оборудование, поддерживающее эти методы. Качество скомпрессированной речи на скорости 16 кбит/с эквивалентно качеству на скорости 32 кбит/с при использовании адаптивной дифференциальной им-пульсно-кодовой модуляции (АДИКМ), применяемой в телефонии на междугородных линиях связи. А на скорости 8 кбит/с компрессия поддерживает речь "переговорного" качества (toll-quality speach).
Таким образом, при использовании компрессии на скорости 8 кбит/с канал на скорости 64 кбит/с может содержать до восьми речевых каналов, а при 16 кбит/с - до четырех речевых каналов. Упаковка скомпрессированных каналов в канал 64 кбит/с осуществляется по методу "прозрачной" адаптации скоростей, не требующей информации о кадровой синхронизации и сигнализации. Канал 64 кбит/с состоит из восьми элементов на скорости 8 кбит/с с обозначениями от В7 до ВО. Скомпрессированная речь на скоростях 8 и 16 кбит/с размещается в соответствующем количестве элементов. Телефонная сигнализация передается внутри пользовательской информации. Такой метод передачи сигнализации называется "in-band". На рис. 1 показана схема объединения каналов и их размещение в агрегатном канале 64 кбит/с.
Объединение низкоскоростных каналов данных
Объединение низкоскоростных каналов данных со скоростями от 1,2 до 19,2 кбит/с происходит по тем же принципам и на том же оборудовании, что и объединение речевых каналов. Данные подаются сразу на объединитель низкоскоростных каналов SRM, где информация от нескольких пользователей группируется в один канал 64 кбит/с.
Фирма Newbridge предлагает два метода объединения каналов:
- собственный - НСМ (High Capacity Multiplexing - высокоэффективное мультиплексирование), поддерживающий очень высокий коэффициент (98,75%) использования пропускной способности канала при цифровой передаче, а также мультиплексирование синхронных и асинхронных каналов данных и, при желании, позволяющий добавлять к пользовательской информации биты синхронизации и состояния управляющих сигналов;
- стандартные - Х.50 и DDS.
Х.50 - европейский стандарт мультиплексирования, разработанный в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т, описывающий механизм объединения нескольких синхронных низкоскоростных каналов в один канал 64 кбит/с. Стандарт принят для определения интерфейса между публичными сетями передачи данных на международном участке.
DDS - североамериканский стандарт, аналогичный Х.50, разработанный компанией AT&T и поддерживающий мультиплексирование синхронных' и асинхронных каналов данных. В таблице приведены данные по количеству низкоскоростных каналов, которые могут быть переданы в канале 64 кбит/с за один цикл кадра 2,048 Мбит/с (интерфейс, описанный в Рекомендации G.703 МСЭ-Т).
При сравнении очевидно, что использование способа мультиплексирования НСМ гораздо более эффективно, чем остальных.
Схема организации мультиплексирования представлена на рис. 2.
Организация доступа к операторам ММС
Приведенные выше методы эффективного использования пропускной способности канала 64 кбит/с позволяют разрабатывать различные схемы и проекты подключения пользователей к сетям спутниковой связи, при этом методами мультиплексирования в канале 64 кбит/с можно объединять и речь, и данные.
На рис. 3 показана схема реализации подключения пользователей к наземному узлу спутниковой связи.
Интерфейс между мультиплексором ввода/вывода и спутниковой системой может быть выбран любой из описанных в Рекомендациях МСЭ-Т V.24, Х.21, V.35 или G.703. В случае использования стандарта G.703 возможно подключение до 30 агрегатных каналов на скорости 64 кбит/с в одном потоке 2,048 Мбит/с. Эти интерфейсы широко применяются в частных и публичных сетях передачи данных с временным разделением каналов и имеются практически в любом телекоммуникационном оборудовании - коммутаторах, мультиплексорах и маршрутизаторах. Спутниковая система или модем должны иметь модули для соединения с оконечным оборудованием данных с вышеперечисленными интерфейсами. Такими системами могут быть, например, пользовательская спутниковая станция VSAT-NEXTAR фирмы NEC или низкоскоростные спутниковые модемы SDM-100 фирмы EFData и DMD2401 фирмы Radyne.
В заключение отметим, что эффективное использование пропускной способности каналов ММС могло бы быть полезным многим операторам спутниковой связи для снижения тарифов на услуги и тем самым привлечения дополнительных клиентов. Подобная схема реализована и успешно работает в совместном проекте British Telecom и "Голден Лайн" по предоставлению речевых каналов с компрессией на скоростях 8 и 16 кбит/с московским банкам для выхода на лондонские биржи. Использование технологии передачи речи и данных в одном или двух каналах 64 кбит/с представляется оптимальным решением для организации корпоративных сетей компаний, имеющих представительства в разных городах и странах.
Автор: С.Ларюшкин, г.Москва