Новый взгляд на ИКМ

Введение
Цифровые системы передачи все шире внедряются в России. Практически во всех регионах рассказывают о готовящихся, либо уже осуществляемых проектах строительства грандиозных магистралей связи и передачи данных. Система ИКМ-30 (она же - Е1 в международных стандартах) стала основой для организации соединительных линий между ATC. 

Исторически сложилось разделение систем передачи информации на обеспечивающих доставку телефонного трафика и данных. Первые, в плане взаимодействия узлов, обеспечивали объединение телефонных станций, вторые - обмен между вычислительными машинами. Практически все время эти два направления развивались раздельно друг от друга и образовались устойчивые признаки независимых процессов. Телефонии требовались системы, позволяющие любой ценой сохранять разборчивость и узнаваемость, для передачи данных наиболее существенным качеством являлась достоверность. Развитие электроники позволило сблизить эти направления между собой. 

Приложения передачи данных требуют все большей полосы для поддержек технологий обмена в реальном масштабе времени, а телефония неуклонно снижает скорости обмена благодаря преодолению избыточности речи. 

Все более отчетливо заявляют о себе видеосвязь и мультимедиа. Чтобы соответствовать новым приложениям, от операторов связи требуется непрерывно совершенствовать предлагаемые услуги. 

К сожалению, пока не существует единого подхода, позволяющего удовлетворить все потребности в равной степени. Строятся системы передачи с большой пропускной способностью, а при необходимости организовать канал передачи данных для связи локальных сетей нам, в лучшем случае, предлагают образовать его в канале ИКМ с помощью аналогового модема стандарта V.34. Либо приобретать весь тракт за значительную ежемесячную плату. 

Оборудование мультиплексирования, выполняющее только одну функцию, больше не отвечают потребностям поставщиков услуг. К примеру, компания AT&T приняла решение отказаться от применения аппаратуры каналообразования, не способной обеспечивать широкий диапазон приложений. 

Удовлетворить потребности обеспечения доступа одновременно к традиционным и новым приложениям, способны устройства нового класса - Системы Интегрированного Доступа. 

Многие устройства, предлагаемые на рынке, претендуют на эту роль, однако, по сути это стандартные ИКМ / E1 системы, которые выполняют дополнительные функции: инверсное мультиплексирование, доступ к сетям Frame Relay и т. д. Такой подход напоминает попытки заставить «старого пса исполнять новые трюки» - результат может и будет, но с небольшим эффектом и на непродолжительное время. 

Очевидно, что только устройства, специально спроектированные с учетом меняющихся технологий, могут достойно справится с непрерывно появляющимися приложениями и обеспечить использование преимуществ, предоставляемых новыми возможностями. 

IMACS
Коммуникационный сервер интегрированного многофункционального доступа (IMACS - Integrated Multiple Access Communications Server) - это новый класс устройств. 

Поддержка широкого спектра современных приложений по передаче данных и голосовых сообщений, наряду с заложенными возможностями обслуживания непрерывно появляющихся новых приложений, позволяют мультиплексору удовлетворять коммуникационные потребности пользователей в течение многих лет. Известно, что время жизни устройства для реализации какого-либо одного технологического процесса сейчас сокращается до 3-4 лет. Компания Premisys (США) -изготовитель мультиплексора IMACS, только на бесплатный гарантийный ремонт отводит 5 лет. Отсюда немаловажный фактор защиты капиталовложений - совершенствование и приспособление однажды купленного устройства для решения постоянно возникающих новых задач. 

К примеру, Вы строите систему ИКМ. Вкладываете средства, решая совершенно конкретную задачу объединения нескольких телефонных станций в едином номерном пространстве. Проходит немного времени и появляется необходимость организовать в том же тракте каналы передачи данных со стандартными цифровыми интерфейсами, либо предоставлять сервис ISDN, либо обеспечить доступ к сетям Frame Relay, TCP/IP, ATM. Возникает необходимость в реконструкции и новых значительных капиталовложениях. Если же использовать IMACS, как ИКМ систему, изначальные затраты будут соответствовать аналогичным стандартным устройствам, однако потом, для дальнейшего расширения набора услуг связи, понадобится всего лишь добавить несколько карт в уже работающие системы. Это достигается благодаря использованию уникальной шины, позволяющей реализовать практически все технологии передачи, существующие в настоящее время. 

Для поддержки вновь появляющихся протоколов и сервисов обычно выпускается дополнительная сервисная карта. Ее установка повышает возможности узлов IMACS и позволяет выполнять новые функции, при этом сохраняя преемственность со старыми. В зависимости от потребностей, оператор связи имеет возможность подобрать конфигурацию от стандартной системы ИКМ до комплекса, обеспечивающего доступ к сетям АТМ. 

Возможности
В настоящее время IMACS обеспечивает функции: 

• высоконадежного устройства мультиплексирования данные/голос; 
• кросс-коммутации 256 Х 256, позволяющей коммутировать каналы в любом сочетании на внутренней шине; 
• гибкого преобразования аналоговых и цифровых сигналов с обеспечением работы любых интерфейсов и типов сигнализации - FXS, FXO и E&M; 
• Преобразования каналов Е1 - Т1; 
• Устройства для видеоконференции и видеовещания; 
• Компрессора голоса для эффективного использования каналов связи; 
• ISDN мультиплексора с широким набором функций; 
• Коммутатора BRI - PRI; 
• Frame Relay коммутатора и устройства доступа; 
• АТМ - устройства доступа. 

Наряду со стандартными интерфейсами для ИКМ / E1 - G.703 с любым допустимым импедансом, возможно использование 4-х проводных линий, работающих по технологии HDSL, которые позволяют взаимодействовать с аналогичным устройством потоком Е1 на расстояние до 12 Км по медным проводам. Описанию технологии HDSL уделялось уже много внимания на страницах технических изданий, скажем лишь, что обладание этой функцией, в качестве встроенной, делает IMACS практически универсальным средством связи, способным заменить с успехом системы типа ИКМ - 30, а в определенных случаях уже установленные аналоговые комплексы типа К-60. 

Для решения прикладных задач имеет существенное значение набор дополнительных функций: 

• передача управления таксофонов; 
• эффективная схема эхоподавления; 
• любой вариант синхронизации; 
• инверсное мультиплексирование; 
• выдача сигнализации на общестанционные устройства "сухими" контактами; 
• и многое другое . 

Устройство
В мультиплексоре используются карты пяти разновидностей: карты WAN, пользовательские карты, сервисные, карты CPU и интерфейсные карты. Система IMACS базируется на шинах нескольких типов: шины пользователя, шины WAN и шины управления. Архитектура, использующая несколько шин, практически исключает блокировки, которые происходят, когда имеется возможность поступления в шину слишком большого числа запросов. Архитектуры с блокировкой ограничены типами и количеством карт, которые можно инсталлировать одновременно. Большое число установленных пользовательских карт может снизить число устанавливаемых магистральных карт. Предлагаемая же архитектура оказалась настолько эффективной, что на нее был получен патент компании Premisys. 

Структура и организация шин, а также взаимодействие карт показаны на рисунке 1. 

Системное управление
Каждая карта CPU строится на основе 2-х процессоров Motorola MC68331. Первый процессор MC68331 ("мастер") управляет высокоскоростными шинами, Е1 WAN соединениями, необязательными 1/0 модулями "crossconnect", а также системой сетевого управления (NMS). Второй процессор MC68331 управляет стандартной сигнализацией для речевых приложений. 

Дополнительный модуль "cross-connect" может соединить любой канал 64 Кб/с на аналогичный в одном из восьми потоках ИКМ / Е1. IMACS может быть оборудован двумя CPU картами для полного резервирования общих управляющих функций. 

WAN
Карта поддерживает до двух Е1 каналов. Каждый канал, в свою очередь, может быть индивидуально сконфигурирован с CEPT интерфейсом для Е1 или DSX-1 интерфейсом для Т1. Все WAN интерфейсы отвечают требованиям соответствующих международных стандартов. 

WAN- карта может работать в режимах: 

• двухканальной группы, обеспечивая взаимодействие по двум независимым потокам Е1; 
• сдвоенного канала - на один из интерфейсов принимается поток Е1, этот же поток на другом интерфейсе передается в сеть, а на незадействованные первичные каналы может быть прописан доступ от пользовательских интерфейсов IMACS. На противоположном конце канала процедура повторяется. Этот режим позволяет комплексно использовать канал Е1 различными устройствами; 
• полной кросс- коммутации - любые из 256 первичных каналов могут быть кроссированы между собой на уровне внутренней шины; 

Серверные карты
IMACS может быть оборудован серверными картами, которые доступны любому цифровому, либо речевому потоку, исходящему от пользовательских карт, либо от WAN карт. С установкой новой серверной карты, мы добавляем соответствующую технологию в мультиплексор, которая будет доступна как для локальных, так и для удаленных узлов. 

ISDN PRI сервер
Карта ISDN PRI сервера поддерживает до 8 раздельных "D" каналов, с соответствующим протоколом, настраиваемым на D-канал (поддерживаются практически все существующие стандарты). 

D-канал может быть сконфигурирован для работы либо в сторону сети, либо в сторону пользователя, использующего ISDN протокол. Это позволяет рассматривать устройство IMACS как ISDN концентратор и коммутатор, работающий с приложениями для передачи голоса и данных. 

Карта сервера инверсного мультиплексора
Обеспечивает синхронизацию четырех каналов для трафика, исходящего как из высокоскоростных карт IMACS, так и из WAN от других E1 устройств. 

Карта сервера компрессии голоса
Позволяет перекодировать до 64 голосовых каналов в ADPCM с занимаемой полосой от 24 до 48Кб/с. Любой канал с кодировкой PCM, поступающий с аналоговой карты, с цифровой офисной АТС, либо с WAN может быть маршрутизирован на серверную карту и компрессирован таким образом. Применение единого стандарта ADPCM позволяет использовать для коммутации голосовых каналов стандартное оборудование, а также декомпрессировать голос на удаленном узле устройствами других производителей. 

Карта сервера Frame Relay
Карта сервера Frame Relay может концентрировать множественные независимые FR потоки данных в один более высокоскоростной Frame Relay поток со скоростями до 2.048 MBps. Карта FR сервера может быть использована совместно с картой IMACS FRAD для слияния нескольких локальных постоянных виртуальных каналов (PVC) в один, тем самым снижая затраты на PVC. 

Карта сервера ATM
Позволяет подключить к сети АТМ весь набор приложений IMACS по интерфейсу UNI. Некоторые фирмы специализирующиеся на выпуске коммутаторов АТМ, используют это свойство для организации сервисных приложений на обустраиваемых ими сетях. 

Карта сервера A-CЕLP
Обеспечивает обработку голоса по алгоритму A-CЕLP. В результате для передачи одного речевого канала достаточно полосы 8 Кб/с. Это позволяет увеличить эффективность использования трактов в 7 раз. 

Речевая карта
Четыре речевые карты поддерживают аналоговый голос. Они доступны для E&M в двух- и четырех проводных вариантах, а также двухпроводные модели для FXS/PLAR/FXSDN/DPO и для FXO/MRD/FXODN/DPT. Каждая карта поддерживает 8 индивидуальных голосовых линий, и каждая линия может быть сконфигурирована индивидуально. Все речевые карты могут поддерживать А -закон или -закон преобразования. 

Высокоскоростные карты данных 
Стандартная высокоскоростная карта данных имеет четыре RS-530/RS-449 порта. Переключатели на карте позволяют переделать любой порт в V.35, а добавление небольшого вспомогательного модуля дает возможность переконфигурировать любой порт в RS-232. Также доступны дополнительные RS-366 и V.25bis порты. Каждый порт на карте поддерживает синхронный поток данных от 64 до 2.048 Кб/с с приращением N х 64Кб. Все порты данных полностью совместимы со стандартами включая V.54, а также имеют возможность тестирования побитовых ошибок. 

Низкоскоростная карта данных 
Низкоскоростная карта данных (SRU) имеет 10 RS-232 последовательных портов. Они поддерживают как синхронный, так и асинхронный режим передачи данных на скорости от 2.4 до 38.4 Кб/с с мультиплексированием по стандарту Х.50. Каждый порт данных полностью совместим со стандартными DDS шлейфами и имеет встроенные возможности тестирования побитовых ошибок. 

Низкоскоростная FRAD карта
Низкоскоростная Frame Relay ассемблер/дизассемблер карта(FRAD) поддерживает до 8 RS-232 портов. Каждый порт может ассемблировать Frame Relay пакеты, приходящие из асинхронных, синхронных или HDLC потоков. FRAD карта поддерживает LMI в соответствии ANSI T1.617 и CCITT Q.931 Annex A. 

ISDN BRI карта
ISDN интерфейсная карта (BRI) поддерживает до восьми портов "U", либо "S/T". Для передачи используется линейное кодирование 2B1Q. Порты могут быть "направлены" как в сеть, так и в сторону пользователя. 

Каждая BRI карта может работать в BRITE режиме, как дополнение к ISDN коммутатору центрального офиса, либо в стандартном режиме BRI в PRI в приложениях мультиплексирования. 

Система управления 
IMACS имеет VT-100 интерфейсный порт и встроенный 2.400 бод модем для удаленного терминального доступа. Все возможности IMACS по диагностике и устранению неполадок могут быть доступны локально или удаленно через эти порты. В дополнение, каждое устройство IMACS может быть оборудовано встроенным модулем SNMP. Этот модуль обеспечивает стандартные сигнальные сообщения и TelNet, как для системы управления узлом PremLink фирмы Premisys, так и для других сетевых программ-менеджеров (HP Open View, Sun NetManager и др.), поддерживающих протокол SNMP. 

Решения
Представленная на рисунке 2 схема - попытка изобразить наиболее типовую ситуацию, связанную с объединением нескольких объектов, которых, разумеется, может быть и больше, чем два. 

Линейная скорость тракта - 2 048 Кб/с(G.703). Между узлами может использоваться как стандартная кабельная магистраль с регенераторами, так и оптические линии связи. В первом случае, в зависимости от используемого провода, участок регенерации может составить от 3-х до 12Км. 

Технология HDSL реализуется встроенными модулями непосредственно на выходах IMACS. При соединении узлов через сеть SDH, от нее может задаваться синхронизация всей системы непосредственно по каналу Е1. Телефонная нагрузка распределяется между узлами по 30ти соединительным линиям для объединения учрежденческих АТС между собой, организации прямой служебной телефонной и диспетчерской связи, а также для распределения внешних телефонных номеров. 

Вся речевая информация подвергается перекодировке из РСМ (ИКМ) в ADPCM (АДИКМ), что позволяет освободить порядка 1Мб/с для потребностей приложений, использующих потоки данных. 

При необходимости, возможно применение А-CELP вместо ADPCM. В этом случае осуществляется еще более эффективное использование полосы, занимаемой аналоговыми каналами, правда с определенными ограничениями, связанными с особенностью алгоритма преобразования. 

Данные передаются либо по синхронным каналам N x 64 с использованием высокоскоростных карт передачи данных, либо по синхронным/асинхронным каналам с использованием низкоскоростных карт. Сети Х.25, Frame Relay, ТСP / IP могут быть как наложенными на представленную структуру, так и использовать возможности дополнительных серверов устанавливаемых в мультиплексоры. 

Система дистанционного управления ( SNMP) позволяет оперативно перенастраивать комплекс и отслеживать аварийные ситуации непосредственно на рабочем месте оператора сети. 

Построенная таким образом сеть без особого труда может быть приспособлена для предоставления сервиса ISDN. Для этого достаточно поменять, либо установить дополнительно, соответствующие карты. Схема преобразуется в вид, показанный на рисунке 3. К абонентам сети привязка осуществляется по интерфейсу "U" BRI. Один комплект поддерживает до 64 каналов. Возможно использование одной из схем компрессии голоса. 

Интересный эффект получается при сочетании в одном устройстве возможностей нескольких технологий. На рисунке 4 представлен вариант решения проблемы "последней мили" для доступа к публичной сети Frame Relay. 

Аналогично может осуществляется доступ к сети TCP/IP, например INTERNET. Этот ряд решений можно продолжать до бесконечности и большинство из них найдут применение для тех или иных задач. 

Переоборудование IMACS для доступа к сети АТМ осуществляется с такой же легкостью. В этом случае поддерживается работа всех пользовательских карт, что позволяет масштабировать доступ к сети в интересах большого количества приложений (рисунок 5). 

Реально будет обеспечена возможность подключить источники данных со скоростями от 300 Кб/с до 2048 Мб/с, организовать до 64 аналоговых телефонных каналов, либо 2-х проводных линий ISDN BRI, обеспечить трансляцию до 8 потоков Е1 и т.д. Применение IMACS позволяет значительно расширить возможности коммутаторов АТМ, производители которых пока не уделяют много внимания пользовательским приложениям. 

Отдельно следует остановится на организации видео - связи, интерес к которой активизировался в последнее время. После того, как все наигрались с LAN-вариантами и стало очевидно, что серьезная качественная связь на их основе пока невозможна, взоры обратились к компрессии видеоизображения для передачи по синхронным каналам сетей ISDN, Frame Relay, либо АТМ. Ввиду высокой стоимости кодеков, обеспечивающих преобразование изображения и звука в синхронный поток данных, возникает естественная задача минимизации затрат. Если использовать IMACS в качестве коммутатора ISDN и подключить каналы от источников видеосигнала к портам, доступным для коммутации, возможна организация видеосвязи с коммутацией не на уровне аналогового видео сигнала, а на уровне каналов передачи данных. Сокращение количества видеокодеков позволяет удешевить схему почти в два раза. Вариант построения такой системы представлен на рисунке 6. 

Практически все представленные схемы были реально опробованы на практике в действующих сетях и в лаборатории компании "ИнКомА Лтд". На их основе реализованы многие телекоммуникационные проекты. Достоинства IMACS оценили практически все крупные компании, предоставляющие услуги связи не только за рубежом, но и уже более 4-х лет в России. Ведется работа по созданию дилерской сети в странах СНГ. 

Резюме
Для того, чтобы удовлетворить потребности современного оператора связи, системы интегрированного доступа должны быть гибкими, иметь широкий диапазон интерфейсов и свойств, отвечающих растущим потребностям пользователей и поставщиков услуг. Это значит, что устройства интегрированного доступа, способные взаимодействовать с огромным числом разнообразных приложений, будут иметь определенные преимущества. Имея модульную архитектуру, позволяющую проводить модернизацию, устройств IMACS прекрасно подготовлено к тому, чтобы занять важное место на Российском рынке. 

Министерством связи РФ, мультиплексору IMACS выдан сертификат соответствия № ОС/1-СП-186.