Информационни технологии & Интернет

Технологиите са основния двигател на след индустриалното общество. Развитието на съвременното общество зависи главно от следните технологии: електронни, компютърни и телекомуникационни. През последните десетилетия сме свидетели на обединението на горните три вида технологии.

Информационното общество предоставя възможност за висококачествен обмен на информация между кои да са две точки на земното кълбо. Инфраструктурата на това общество, която се изгражда се базира на компютрите и телекомуникационните мрежи, които ги свързват.

Бурното развитие на електронните, компютърните и ТК технологии води до взаимно проникване на тези три области. Няма рязка граница между компютърното, комутационното и преносимото оборудване. Една и съща цифрова техника се използва за съхранение, обработка и пренасяте на информацията (говор, данни, образ).

Взаимното проникване на технологиите и нарастващите изисквания за ефективно и съвременно събиране, обработка и разпространение на информацията води до изграждане на интегрални съобщителни системи и мрежи, които пренасят всички видове информация.

Специфика на телекомутационната техника и комутационни технологии

Специфика на комутационната техника.

Телекомуникационната мрежа представлява комплекс от технически средства, които позволяват на хората или машините да обменят информация на големи разстояния с помощта на електрически сигнали. Тя е забележително достижение на инженерната мисъл. Съобщителната мрежа съдържа различно оборудване, реализирано с различна елементна база. Започвайки от механичните комутационни елементи, разработени в началото на века, до съвременните миниатюризирани устройства на цифровата схемотехника. Всичкото това оборудване трябва съвместно да осигури икономически ефективно и надеждно обслужване.
Телекомуникационната мрежа се състои от линии и канали, които свързват комутационните системи по такъв начин, че всеки абонат от мрежата да може да се свърже, с който и да е друг абонат от нея. Комутационните системи позволяват да се изгради мрежата икономично чрез концепция и колективно използване на преносните съоръжения.

елекомуникационните мрежи се изграждат от четири групи устройства: або-натни терминали (ТА, факс, терминал за ПД – РС); преносими системи (проводникови, оптически, радио релейни, спътникови); уплътнителни системи и комутационни системи.

Днес комутационната техника е основния носител на техническия прогрес в телекомуникациите. Комутационните системи са изключително сложни и скъпи. В тях е съсредоточена интелигентността на съобщителната мрежа. Тенденцията за количествено и качествено нарастване на функциите и възможностите на комутационната техника е силно изразена.

Комутационните системи се наричат автоматични централи в телефонната мрежа и комутационни възли в мрежите за данни. Те извършват две основни функции – маршрутизация и комутация. Процесът на намиране на оптимален път през мрежата се нарича маршрутизация, а процесът на изграждане на канал или пренасяне на съобщението от даден вход към даден изход се нарича комутация.

Комутационните системи имат специфични черти, които определят принципа им на работа и оказват влияние при тяхното разработване, проектиране, производство, експлоатация и поддържане.

Характерна особеност на съобщителната мрежа е големия брой включени абонати, големия обем на пренасяната информация и големия обем на оборудването. Например, за телефонната мрежа е характерно непрекъснатото нарастване на общия брой на телефонните абонати или телефонната плътност (броя на телефонните апарати на 100 жители). През 2000-та година броят на телефонните абонати (фиксирани и мобилни) е над един милиард.

Използване на групови устройства

Важна особеност на комутационната система, е че голяма част от нейните устройства са общи и в един момент се използват от един абонат, а в следващия момент – от друг абонат. Поради тази причина те се наричат групови устройства. От гледна точка на абоната индивидуално устройство в централата е само абонатния комплект.

Случаен характер на натоварването

Обикновено само част от абонатите в даден момент заемат и използват груповите устройства. Броят на заетите групови устройства е случайна величина. Натрупаният опит и статистическите наблюдения позволяват да се оцени използваемостта на груповите устройства и натоварването на централите като цяло. Прогнозираното натоварване е необходимо при проектиране на комутационната система, така че да се удовлетвори необходимото качество на обслужване при възможно най-ниска цена. За целта се използват математическите дисциплини: теория на вероятностите, математическа статистика, теория на случайните процеси, системи за масово обслужване. Приложението на тези раздели от математиката в телекомуникациите се изучава от инженерната дисциплина “Телетрафично проектиране”.

Друга важна особеност е съвместната работа в съобщителната мрежа на четири различни поколения комутационни системи (стъпкови, координатни, квазиелектронни и цифрови).

Новите комутационни системи трябва да работят съвместно със съществуващите в съобщителната мрежа, които са създадени в продължение на много години и в които са вложени много средства.

Конструкторът на един ТV приемник е ограничен само от законите на физиката, собствените знания, творческите способности и наличната елементна база. Конструкторът на една комутационна система освен от горните ограничения трябва да предвиди възможността за съгласуване с другите устройства и системи от съобщителната мрежа по сравнително прост и ясно дефиниран начин,с отчитане на натоварването.

Интелигентност

В комутационните системи е съсредоточена интелигентността на съобщителната мрежа. Изискванията към комутационната техника за изпълнение на различни функции и предоставяне на различни услуги и влаганата в тях интелигентност непрекъснато нараства и няма изгледи за насищане.

Поради тази причина специалистът по комутационна техника е длъжен да бъде специалист по компютърна техника.

Надеждност

Нормите за надеждност в комутационната техника са изключително строги и са съизмерими с тези в транспорта, космическата и военна техника. Често третирана норма за надеждност на процесорното управление е сумарното време на неизправно състояние да е по-малко от 2 часа за 40 години непрекъсната денонощна работа.

трогите изисквания за надеждност оказват влияние върху всички апаратни и програмни устройства и възли. Те изискват структурата на комутационната система да се дублира.

Комутационни технологии.

Комутацията на съобщителната мрежа може да се раздели на три основни типа: комутация на канали, комутация на съобщения и пакетна комутация.

Комутацията на канали (Circuit Switching) е ключова технология в телефонната мрежа и определяща технология в бъдещите съобщителни мрежи.

Това е първия начин за комутация, използван в телефонната мрежа поради факта, че информацията се предава практически без закъснения (има пренебрежими закъснения само от разпространението на сигнала).

В мрежата с комутация на канали има изграден път, съставен от последователност от съобщителни канали, между викащия и викания терминал през цялото времетраене на връзката. Специално съобщение за изграждане на връзката (номеронаберателна информация) се изпраща в мрежата. С помощта на това съобщение централите комутират съответния вход със свободен изход в указаното направление и изграждат път. След като пътят е изграден и виканият терминал е свободен, се изпраща съобщение на викащия терминал, че обменът на информацията може да започне.

За пренасянето на информацията чрез комутация на канали са необходими три фази в комутационната система: изграждане на връзката; обмен на сигнали и разпадане на връзката
Главните изисквания при КК са:

• да се изгражда, поддържа и освобождава връзката по искане на абоната;
• да се осигурява пълно дуплексно пренасяне на сигналите;
• да се ограничи вероятността от блокировки, обикновено 1 или 0,5 %;
• да се осигури необходимото качество при пренасяне на говор и/или данни;
• да се ограничат закъсненията при разговорния канал до 0,5 s.

Пакетната комутация (Packet Switching) е другата ключова технология в обществените съобщителни мрежи. Комутацията на съобщения и на пакети е типична при предаване на данни, за които е допустимо да има закъснения. В този случай не се изгражда път, а информацията се записва в паметта на комутационните възли и когато има свободни ресурси се предава.

Данните обикновено постъпват на серии като средната скорост е много по-ниска от пиковата. Поради тази причина комутацията чрез записване в памет и следващо предаване е много по-ефективна. Комутацията на съобщения и пакети дава възможност един канал да се използва за предаване на информация от голям брой източници и също така по канал с определена скорост да се предава информация, постъпваща от източника с по-голяма скорост.

При комутацията на съобщения във всеки възел на мрежата се приема цялото съобщение, записва се в паметта и се изпраща към следващия възел. По този начин съобщението преминава пътя между терминалите на стъпки (от възел до възел) и при наличие на заети канали чака в опашката.

Комутацията на пакети е подобна на комутацията на съобщения с тази разлика, че съобщението е разделено на пакети с ограничена дължина, които са номерирани последователно и всеки от които има адреса на викания терминал. Пакетите се комутират в мрежата независимо един от друг и в един и същ момент могат да се предават няколко пакета от едно съобщение. Паралелното предаване води до намаляване на закъсненията при предаване. Пакетите на едно кратко съобщение се предават между пакетите на едно дълго съобщение и по този начин се минимизира взаимното влияние върху закъсненията от отделните съобщения.

Комутацията на канали е подходящ начин за предаване на продължителни потоци от информация, изискващи минимални закъснения, като говор и видео сигнали. Пакетната комутация е най-ефективния начин при предаване на данни, постъпващи на серии.

При пренасяне на информацията от източника до получателя освен горните се използват и следните комутационни технологии.

Многоскоростната комутация на канали (Multirate Circuit Switching) се използва в теснолентовите цифрови мрежи с интеграция на услугите. При нея изграждането на връзка може да стане като се заема повече от един основен канал. Така за различните услуги може да се предава информация със скорост кратна на скоростта на основния канал.

многоскоростната комутация се подобрява използваемостта на ресурсите на мрежата, но се усложнява управлението, което изгражда връзката и синхронизира паралелно заеманите канали.

Бързата комутация на канали (Fast Circuit Switching) се нарича още статистическо уплътнение (Statistical Multiplexing) и асинхронно времеделение (Asynchronous Time Division). При нея каналът се заема само тогава, когато източникът действително предава информация.

Така се постига висока използваемост на каналите, особено когато има големи периоди на “мълчание” на източниците. В случая мрежата предоставя канали с фиксирана скорост на абоната, само когато той активно предава информация. Когато абонатът не е активен, същите канали се предоставят на други активни абонати.

Идеята за бърза комутация на канали е известна сравнително отдавна и е прилагана дълги години в системата TASI (Time Assignment Speech Interpolation) за повишаване на използваемостта на скъпите канали в подводните презокеански кабели. С появата на спътниците и поевтиняването на трансконтиненталните канали интересът към бързата комутация спадна, поради необходимата сложна и скъпа апаратура за управление. Днес бързата комутация на канали се възражда за нуждите на интегралните мрежи, където широколентовите канали са скъпи, а микроелектрониката направи евтина обработката на информацията, при което възстановяването на връзката е бърз процес.

За да се удовлетвори зададеното количество на обслужване, се определя необходимия брой канали чрез статистическа оценка на смесицата от активни и пасивни периоди на различните абонати, използващи различни услуги в мрежата.

Приложението на бързата комутация на канали изисква в съответните централи детектори на активност, които да разпознават активните и неактивните състояния на всяко повикване. При откриване на активен абонат управлението на централата трябва бързо да намери свободен канал. При предаване на данни се използва памет, която буферира постъпващите данни, докато се възстанови връзката чрез бързата комутация. Възстановяването на връзката при бърза комутация на каналите е действително бърз процес, ограничен само от достъпността на свободни ресурси за предаване. Той е различен от сложния и бавен процес на първоначално изграждане на връзката от абонат до абонат.

Чрез статистическото уплътнение използваемостта на каналите може да се увеличи няколко пъти, но е необходимо управлението бързо да заеме изградения канал, когато източника премине в активно състояние.

Бързата пакетна комутация (Fast Packet Switching) е технология, при която обработката на пакетите в комутационните възли е минимална. В резултат се намаляват значително закъсненията в мрежата. Важен елемент за минимална обработка на пакетите е изнасяне на функцията откриване на грешки в терминалите, което е възможно при висококачествена преносна среда, каквито са оптичните кабелни линии с градиентни и едномодови оптични влакна.

При бързата пакетна комутация пакетите преминават “бързо” през мрежата, като се намалява значително обработката. Това намаление се постига чрез избор на път в началото на връзката и записване на информацията за пътя в етикета на пакета, необходима при бързата комутация.

За бързата пакетна комутация се построяват самоизбиращи се комутационни матрици. При тези матрици търсенето на възможен път става само в началото на изграждане на връзката. Избраният път се кодира и записва в етикет към пакета, след което на базата на етикета пакетите преминават през самоизбиращата комутационна матрица с минимална обработка.

Друга особеност е, че не се извършва корекция на грешки при всяко предаване на информация. Не се налага запомняне и съхранение до получаване на потвърждение. В случая коригирането на грешки става извън мрежата – в крайните абонатни устройства.

Бързата комутация на пакети е необходима при високоскоростно предаване на данни. Към бързата комутация е проявен интерес като възможно универсално средство за комутация на говор и данни.

Основната разлика между бързата пакетна комутация и бързата комутация на каналите е в начина, по който се предоставят преносните ресурси и по който се предава информация. При бързата пакетна комутация се ангажира цялата честотна лента на линията и предаването става чрез разделяне на информацията на пакети, като се възможни различни закъснения на пакетите. При бързата комутация на канали честотната лента на преносната среда е разделена, на абоната се предоставя само част от честотната лента (канал), предаването на информацията е практически неограничено във времето и закъсненията са минимални.

АТМ комутацията е избрана за широколентовите интегрални мрежи. Тя е комутационна технология, която взема предимствата на двата типа комутация, а именно опростеният механизъм на бързата комутация на канали при изграждане и възстановяване на тракта за предаване и гъвкавостта на бързата пакетна комутация, осигуряваща предаване с различна скорост и обективно използване на ресурсите.

АТМ комутацията е близка до пакетната комутация с виртуални канали. При нея има много особености, които разширяват пакетната комутация и включват характеристики от комутацията на канали, за де се поддържа трафик в реално време. Честотната лента в АТМ мрежата се предоставя по желание на абоната и така се поддържат услуги, изискващи различни скорости. АТМ е канално-ориентирана комутационна техника, тъй като преди обмена на информация се изгражда логически канал и това предоставя ефикасни средства за гарантиране зададеното качество на обслужване. Благодарение на фиксирания малък размер на пакета, наречен клетка, управлението на буферите и комутационните елементи е сравнително просто реализирано на практика.

Първата мрежа с пакетна комутация е създадена през 60-те години. С реализирането на цифровата комутация комутационните системи с комутация на канали стават изцяло електронни. През последните години се наблюдава интензивно развитие на високоскоростната АТМ комутация и на пазара са предлагат различни търговски продукти. Оптичната комутация е в ранен стадий на изследване и нейното приложение се очаква да се развие в близко бъдеще.

Телекомуникационни мрежи

Основните устройства на една съобщителна мрежа са крайните устройства, възлите за пренасочване на информацията към крайните потребители и преносната среда. Съществуват различни типове съобщителни мрежи, като основната им разлика е в принципа на който те са изградени. Най-общо съобщителните мрежи се разделят на кабелни и безжични. И двата типа мрежи могат да се изграждат като аналогови и цифрови. При аналоговите мрежи информацията се пренася с помощта на аналогови сигнали. В цифровите мрежи преносът на информацията се извършва с дискретни или цифрови сигнали.

Кабелните мрежи най-често се изграждат с помощта на мрежови възли, свързани помежду си с фиксирани линии за пренос на информацията. Функциите на възлите е да преразпределят и насочват отделните потоци от информация, така че всяко съобщение да достигне до потребителя, към когото е изпратено. Типичен пример на аналогова кабелна мрежа е съществуващата телефонна мрежа от по-старо поколение, реализирана с аналогови комутация и уплътнение.

При безжичните мрежи пренасянето на информацията се извършва с помощта на радиосигнали Тези мрежи могат да се разделят на конвенционални и специализирани, тъй като се изграждат на базата на различни принципи и технологии. Една голяма група от специализираните мрежи са клетъчните – изградени на базата на GSM (Global System for Mobile Communication), DCS (Digital Communication System) и DECT (Digital European Cordless Telecommunication Systems). Друга голяма група са сателитните мрежи. При интеграцията на наземно базираните съобщителни мрежи със сателитните се изграждат мрежи, свързващи по всяко време всяка точка на света.

Конвенционалните радиомрежи от най-простия тип ползват в даден честотен диапазон една или две честотни ленти, като осигуряват полудуплексна (посменна) или двойно симплексна (по една честотна лента за всяка посока на предаването) работа. Развитието на тези мрежи води до многоканалните радиомрежи, при които група от радио канали се предоставят за достъп от потребителите. При изграждане на връзка крайните устройства ползват един от тези радио канали По тях е възможно да се предава говор и ограничен обем данни.

Друга голяма група мрежи са новите мрежи на базата на интернет протоколите ТСР/ІР. Непознатото до сега по мащаби и темпове технологично развитие и свързаните с него нови комуникационни услуги водят до остра конкуренция. Вероятно още дълго време ще продължат да работят тези различни мрежи, разгледани по горе, докато се изградят универсални интегрални мрежи, предоставящи висококачествени и удобни за абонатите услуги.

На сегашния етап от развитието на телекомуникационните мрежи най-важни функции, които изпълняват те са: предоставянето на различни услуги, реализиране на високоскоростна комутация, подобряване качеството и скоростта на пренасяната информация, изграждане и управление на мрежата и усъвършенстване на достъпа.

Телекомуникационна мрежа

Основната цел на телекомуникационните мрежи е да предоставят качествено, бързо и ефективно разнообразие от телекомуникационни услуги. За удовлетворяване на тази цел се търсят начини не само за увеличаване на броя на услугите в двата типа мрежи, но и за ползването на по-голямата част от тях между потребителите на различните мрежи. Най-често този тип услуги се наричат “хибридни”, а процесът на обединяване и взаимодействие между мрежите е известен като “конвергенция” на телекомуникационните мрежи.

След като стана ясно, че мрежата която поддържа всички видове трафик – глас, видео и данни – ще бъде много ефективна, телекомуникационните оператори и производителите на телекомуникационно оборудване започнаха да търсят начини за реализиране на такава мрежа.

Докато трафикът на данни, който нараства с невиждани темпове поради използването на Интернет, може да разчита на Интернет протокола (IP), за трафика на глас, както и другите видове трафик, при които възниква нуждата от синхронна комутация, като видео конференциите, нещата стоят по друг начин. Тъй като с ІР протокола  се  обработват пакети  от  данни с различни дължини на принципа първи по време, първи по право, той не може да обслужва гласов трафик с такова качество на услугите, с каквото са свикнали телекомуникационните оператори.

Много наблюдатели на телекомуникационната индустрия виждат мрежите на бъдещето в съчетано използване на технологиите: АТМ (високоскоростно асинхронно пренасяне), предпочитана от телекомуникационните компании и ІР (интернет протокол), предпочитан от Интернет общността.

Решенията, които ще бъдат реализирани, до голяма степен зависят от инсталираната база на операторите. За големите  телекомуникационни оператори например, ще бъде удачно да добавят мощни АТМ комутатори и да поддържат ІР услугите върху АТМ. Това ще им осигури качество на услугите, надеждност и възможност за разширяване.

Когато ІР маршрутизаторите достигнат същите възможности и ниво на диференциране на услугите, мрежовата свързаност много лесно може да се развие и да се базира на чист ІР.

Бурното развитие на електронните, компютърните и ТК технологии води до взаимно проникване на тези три области. Няма рязка граница между компютърното, комутационното и преносимото оборудване. Една и съща цифрова техника се използва за съхранение, обработка и пренасяте на информацията (говор, данни, образ).     Взаимното проникване на технологиите и нарастващите изисквания за ефективно и съвременно събиране, обработка и разпространение на информацията ще доведе до изграждане на интегрални съобщителни системи и мрежи, които пренасят всички видове информация.

Сходни статии:

1. Изграждане на Интранет мрежи Фактическото планиране на Интранет. То може да протече в следния ред : Натрупване на информация за организацията Дефиниране на необходимостта от изграждане на Интранет Определяне начините за оценка на постигнатото...
2. Web базирани системи за управление на мрежи Голямото разнообразие мрежови устройства (защитни стени, маршрутизатори, комутатори, модеми, сървъри и т.н.) налага съществуването на една друга група от продукти притежаващи възможности за наблюдение, контрол и управление на мрежи и...
3. Техника за откриване на грешки в цифрови данни (Cyclic Redudancy Check Codes) CRC (Cyclic Redudancy Check Codes) са техника за откриване на грешки в цифрови данни, но без да се извършват корекции, когато са открити такива. Те се използват предимно в предаването...
4. Локални компютърни мрежи Развитието на технологиите за производство на компютърна техника силно поевтини компютрите. Те станаха широко достъпни и се разпространиха масово. При това те практически станаха със съизмерими възможности. Рязко нарасна и...
5. Високоскоростни компютърни мрежи Много приложения на съвременното поколение софтуер, като богати на графика мултимедийни приложения, информационни приложения от типа клиент/сървър, приложения за съвместна (групова) работа и др., изискват при работа в компютърна мрежа...