3 Второе поколение телефонии
Второй период развития телефонии, начавшийся в 70-е годы XX столетия, внес в нее радикальные изменения.
Основой телефонии стали новые технологии:
электронная технология позволила перевести все аппаратные средства телефонии на электронную элементную и технологическую базу;
цифровая технология на основе представления различных видов информации в единой цифровой форме интегрировала обслуживание различных видов связи, а также объединила системы передачи и коммутации;
компьютерная технология, применение которой выразилось не только в использовании компьютеров в роли устройств управления АТС, но и в создании компьютерных терминалов, позволила абоненту получать услуги разных видов связи с помощью единого терминала [8].
Рисунок 4. Ручной коммутатор начала прошлого века и офисная АТС 2000 года.
 
На рис. 4 изображены ручной коммутатор начала прошлого века и офисная АТС 2000 года. При равной абонентской емкости отличаются во много десятков раз
по массо-габаритным показателям числу предоставляемых услуг
Компьютеризация телефонии, называемая компьютерно-телефонной интеграцией (Computer Telephone Integration - CTI), позволяет объединять различные сети, системы передачи, коммутации, управления и терминальные устройства [1].
3.1 Аналоговая и цифровая передача сигналов
Все, что слышит человек, включая человеческую речь, является аналоговым сигналом. Несколько десятилетий назад телефонная сеть была построена на основании аналоговой инфраструктуры.
Хотя аналоговая связь идеальна для человеческих переговоров, она не имеет надежной и эффективной защиты от шума в канале. (Причиной шума в канале обычно является статическое электричество, наводимое в голосовой сети близлежащими электрическими устройствами или радиопередатчиками.) Телефонные каналы очень чувствительны к индуктивности или напряжению, наводимому близлежащими линиями электропередачи. В прежние времена, для усиления аналогового сигнала в телефонии сети, использовались усилители. Однако при этом усиливался не только голос, но и шум в канале. Поэтому шум в канале зачастую делал соединение непригодным [6].
Если телефонный аппарат находится слишком далеко от конечной коммутационной станции, к которой протянут физический кабель, то для увеличения амплитуды аналогового сигнала (голоса абонента) может понадобиться промежуточный усилитель. Шум в канале, накладывающийся на аналоговый сигнал, может существенно исказить исходную форму аналоговой волны. Это будет особенно заметно для слушателя, если канал между телефоном и конечной коммутационной станцией содержит много усилителей. Как демонстрирует рис. 5, усилитель не очищает сигнал, а просто усиливает его вместе с шумом, увеличивая существующее искажение. Шум, увеличенный при прохождении одного голосового сигнала через несколько усилителей, называется накопленным шумом [6].
Рисунок 5. Искажение сигнала в аналоговом канале.
Шум в канале у цифровых сетей создает меньше проблем, поскольку повторители не только усиливают сигнал, но и очищают его до исходного состояния. Эта возможность обусловлена тем, что цифровая связь основана на единицах и нулях. Как показано на рис. 6, повторитель (гереа1ег), т.е. цифровой усилитель, должен решить, восстановить ли ему 1 или 0.
Рисунок 6. Искажение в цифровом канале.
Следовательно, при повторении сигнала звук остается чистым. Когда это преимущество цифрового представления сигнала стало очевидно, начался перевод телефонных сетей на импульсно-кодовую модуляцию.
3.2 Методы передачи сигналов
Самым популярным методом передачи сигналов аналоговой связи между пользователем и сетью является двухтональный многочастотныи набор (Dual Tone Multi-Frequency - DTMF). DTMF также называют внутриполосной передачей сигналов, поскольку тоны передаются по голосовому каналу [5].
Цифровая клавиатура DTMF представляет собой матрицу клавиш 4x4, где каждый ряд соответствует низкой частоте, а каждый столбец — высокой. Нажатие одной из клавиш, например <0>, приводит к передаче синусоидального тона из двух частот— 941 и 1336 Герц (Гц). Поскольку используется два тона, такой способ вызова называется двухтональным многочастотным набором. Впоследствии эти два тона декодируются коммутатором, который определяет нажатую клавишу.
Когда абонент снимает телефонную трубку и нажимает клавиши, звучащий при этом тон сообщает центральной коммутационной станции номер, с которым необходимо установить соединение.
ISDN использует и другой метод передачи сигналов - внеполосный. Этот метод подразумевает передачу сигналов по каналу, отдельному от голосового. Канал, по которому передают голос, данные и факс, называется несущим или В-каналом (В channel), его пропускная способность 64 Кбит/с. Канал, по которому передают сигнал, называется каналом данных (data channel) или каналом управления (control channel), или D каналом (D channel) [8].
Передача сигналов вне основной полосы предоставляет множество преимуществ, включая следующие:
Передача сигналов мультиплексирована (объединена) в общий канал.
Уменьшена зеркальность (зеркальность возникает, когда два абонента с разных концов того же канала пытаются одновременно вызвать друг друга).
Меньше задержка после завершения набора.
Более высокая пропускная способность.
Поскольку установочные сообщения не страдают от шума в том же канале, как тоны DTMF, вызов происходит значительно быстрее.
Внутриполосная передача сигналов имеет несколько проблем, самой большой из которых является возможность потери тонового сигнала. Это происходит, когда сигнал передается по голосовому каналу. Именно из-за этого, как правило, не удается дистанционно проверить голосовую почту.
При передаче сигналов между сетями использует такие внутриполосные методы передачи, как многочастотный (Multi-Frequency - MF) и на основе "краденых" битов (Robbed Bit Signaling - RBS). Эти же методы могут быть использованы при передаче сетевых сигналов [9].
3.3 Новая сигнальная система
Сигнальная система № 7 (Signaling System 7 SS7) — это стандарт сигнальной системы общего канала, разработанный в 1970-х годах сектором стандартизации при Международном телекоммуникационном союзе (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector— IТU-Т), прежде называвшимся Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (Consultative Committee for International Telegraph and Telephone - CCITT). Система SS7 произошла от системы SS6, разработанной в 1960-х годах и представлявшей собой первое поколение сигнальных систем общего канала. Первоначально система SS7 была разработана для приложений управления телефонных вызовов. Впоследствии приложения SS7 значительно усложнились, но сегодня функциональные возможности SS7 обеспечивают обращения к базам данных, транзакции, сетевые операции и цифровые сети с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital Network – ISDN).
Сеть SS7 обеспечила интеллект существующей сети РSTN. Система SS7 используется для передачи сигналов вне основной полосы в коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN). Передача сигналов SS7 расширяет возможности сети PSTN, поддерживая установку вызова, обмен информацией, маршрутизацию, операции, учет и обеспечивая услуги интеллектуальной сети (Intelligent Network— IN).
В то время как на протяжении последних 10 лет сети VOIP продолжали быстро расти, важность протокола SS7 для передачи голосовых данных по сетям IP и PSTN также возрастала. Пока пользователи сетей VOIP нуждаются для подключения в использовании устаревших сетей PSTN, критически важно, чтобы точки преобразования (шлюзы) между этими двумя сетями работали безотказно и обеспечивали эффективный канал связи. Хотя когда-нибудь в будущем вся связь перейдет на VOIP, очень важно обеспечить плавность этого перехода и сохранять некоторые из возможностей, к которым уже привыкли многие конечные пользователи [6].
Задачей системы SS7 являлось обеспечение единого стандарта передачи сигналов по телефонной сети во всем мире. Но этого не произошло, было разработано множество национальных вариантов, таких как стандарты ANSI (American National Standards Institute - Американский национальный институт стандартов) и Bellcore (BELL Communications Research – научно-исследовательское подразделение компании RBOC), используемые в США, а также стандарта ETSI (European Telecommunications Standards Institute – Европейский институт телекоммуникационных стандартов), используемый в Европе. В России данную систему сигнализации пинято называть ОКС-7.
3.4 Новые услуги PSTN
Многие услуги, повсеместно доступные теперь, несколько лет назад просто не существовали. Эти услуги можно разделить на две общие категории — средства специального вызова (custom calling) и средства CLASS.
Средства специального вызова обеспечивает конечная коммутационная станция, а не вся сеть PSTN, передающая информацию с одного коммутатора канала (circuit switch) на другой. Однако средствам CLASS необходимо, чтобы соединение SS7 смогло передать их из конца в конец PSTN.
Ниже приведен список некоторых популярных услуг специального вызова, предоставляемых ныне PSTN.
Ожидание вызова (call waiting). Уведомляет абонента, заказавшего вызов, о поступлении нового звонка.
Перенаправление вызова (call forwarding). Позволяет абоненту переадресовать входящие вызовы по другому номеру.
Множественный вызов (three-way calling). Обеспечивает конферени-связь.
В сети SS7 появляются дополнительные возможности. Ниже приведен список некоторых из достоинств средств CLASS.
Представление (display). Отображает вызывающий номер или осуществляет автоматическую идентификацию номера (Automatic Number Identification - ANI).
Блокировка вызова (call blocking). Блокировка входящих вызовов по определенным номерам, с сообщением вызывающему о том, что вызов не принят.
Блокировка идентификатора вызывающего канала (calling line blocking). Блокировка представления номера исходящего вызова на аппарате получателя. (Это не работает при вызове службы по номеру 800 и некоторых других служб.)
Автоматический обратный вызов (automatic callback). Позволяет отложить связь с последним вызываемым номером, если получен сигнал "занято", а затем автоматически связаться с вызывавшим, если он сейчас свободен. Иногда это называется также режимом ожидания.
Возврат вызова (call return) (*69). Позволяет абонентам быстро отвечать на пропущенные вызовы [6].
Многие эти возможности доступны благодаря применению сетей SS7 и IN. Большинство каналов информационного обмена (Inter-Exchange Carrier – IXC) также предоставляют абонентам следующие дополнительные возможности.
Коммутация междугородных каналов. Обычная междугородная связь (как правило, на более высокой частоте).
Телефонная карточка (calling card). Предварительно оплаченная расходная телефонная карточка. Набираете номер, вводите пароль и вызываете абонента.
Номера 800, 888и 877. Вызывающая сторона не обязана платить за обращение; скорее, вызываемая сторона (обычно выше номинала).
Виртуальные закрытые сети (Virtual Private Network - VPN). Телефонная компания устанавливает собственную систему набора. Это может существенно уменьшать количество внутреннего персонала информационной службы передачи данных.
Закрытые арендованные каналы (private leased line). Закрытые арендованные каналы, от 56 Кбит/с до ОС-48, позволяют передать в различные сети как данные, так и голос. Наиболее популярная скорость в Северной Америке — Т1.
Виртуальные каналы (virtual circuit). Обычно на Frame Relay или асинхронном режиме передачи (ATM). Телефонная сеть (IXC или LEC), коммутирующая пакеты. Они передают пакет за пакетом (или ячейка за ячейкой в АТМ), не ориентируясь на выделенный канал [6].
Этот список дополнительных возможностей содержит лишь некоторые из популярных платных услуг PSTN. Хотя PSTN развивается и потребители используют все больше ее новых возможностей, основные навыки пользователей остались практически неизменными начиная с появления цифровых сетей телефонной связи.
3.5 Новая система номеров PSTN
Одним из самых медленно изменяющихся компонентов является система телефонных номеров. Появление дополнительных каналов доступа к Интернету, сотовых телефонов и факсов привело к относительной нехватке телефонных номеров. Данный раздел посвящен системе номеров PSTN и тому, что следует ожидать в ближайшем будущем.
В некоторых местностях Соединенных Штатах Америки даже для внутригородского звонка необходимо набрать 1 + 10 цифр. По мере увеличения количества устройств, которым требуются телефонные номера, это тенденция станет все более распространенной. Необходимость набирать 1 + 10 цифр локального номера обычно вызвана перекрытием (overlay). Перекрытие может привести к тому, что у соседей будут разные коды города. Суть перекрытия заключается в том, что регион с одним междугородным телефонным кодом накладывается на регион с другим кодом города. Это позволяет абонентам избежать необходимости набирать код города, но вынуждает всех жителей этой области набирать 10 цифр при любом вызове.
Некоторые местности не требуют применения 1+, достаточно 10 цифр. В Хьюстоне, например, набор 1+ означает автоматизированный ответ, поэтому набор 1 не нужен. Однако все остальные 10 цифр необходимы.
По существу, в PSTN используются две системы нумерации — Североамериканская система нумерации (North American Numbering Plan - NANP) и Международная система нумерации (International Numbering Plan - INP), разработанная сектором стандартизации при Международном телекоммуникационном союзе (ITU-Т), прежде называвшимся Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (CCITI) [6].
Система NANP
NАNР — это система набора из 11 цифр, которая состоит из трех частей: области системы нумерации или кода города (NPA), кода центрального коммутатора (NXX) и номера станции.
Код NРА имеет формат NXX, где N — значение от 2 до 9, а X — значение от 0 до 9.
Систему NАNР называют также 1 + 10. Это означает, что после первой цифры 1 номера следует еще 10 цифр NPA-NXX-ХХХХ. Это позволяет конечной коммутационной станции определить, следует ли ей ожидать 7 цифр номера телефона или 10.
На конечной коммутационной станции LEC по статической таблице выясняет, какой провайдер междугородней связи будет дальше использован. Каждый междугородный канал имеет код. Эти коды присваиваются Североамериканской ассоциацией систем нумерации и добавляются к набираемому номеру, чтобы обеспечить выбор правильного канала междугородней сети (IXC) [6].
Международная система нумерации ITU-T
Рекомендация ITU-T Е.164 констатирует, что для передачи вызова определенному абоненту необходимо указать код страны (CC), национальный код получателя (NDC) и номер абонента (SN).
Код СС состоит из одной, двух или трёх цифр. Первая цифра (1-9) определяет всемирную зону нумерации. Список всех определенных СС находится в рекомендации ITU-T Е.164.
Размер NDC и SN зависит от конкретной страны (не более чем 15 цифр для каждого).
Рекомендации ITU-T содержат также много других рекомендаций и спецификаций для международных систем нумерации.
Однако на данный момент системы телефонных номеров могут показаться не столь важными для успешного развертывания и реализации передачи голосовых данных по сетям IP (Voice over IP - VOIP) или традиционных сетей с коммутацией каналов [6].
Независимо от системы набора, используемой в каждой стране, их жителям следует ожидать в ближайшее время некоторых изменений в системе телефонных номеров.
Говоря о втором периоде в истории телефонии, следует отметить не только радикальный характер происходящих изменений, но и высокий их темп, особенно возросший в течение последних десятилетий. Появились системы и сети с интеграцией услуг (ISDN - Integrated Services Digital Network). Успешно развиваются такие приложения телефонии, как мобильные сети связи (описано ниже), также сети беспроводного абонентского доступа. Наконец, развивается технология IР-телефонии (описано ниже), обеспечивающая передачу речи по сетям пакетной коммутации. Направление компьютерно-телефонной интеграции привело к созданию единых программно-аппаратных платформ с сосредоточением всех функций в одной системе - интеллектуальном сервере сети. Отмечается рост мультимедийных приложений (передача видеоконференций и т.п.).
|
