ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Κινητές Επικοινωνίες & Τηλεπικοινωνιακά Δίκτυα Ενότητα: Δίκτυα Ψηφιακής Τηλεφωνίας Σαββαΐδης Στυλιανός Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Δίκτυα Ψηφιακής Τηλεφωνίας 4
Περιεχόμενα ενότητας Δίκτυα Ψηφιακής Τηλεφωνίας Μελλοντικές Τάσεις Αρχιτεκτονική Ψηφιακών Τηλεφωνικών Δικτύων Συνδρομητικά/Τοπικά Κέντρα Διαβιβαστικά Κέντρα Ιδιωτικά Τηλεφωνικά Κέντρα (PBX) Αρχιτεκτονική Ψηφιακών Τηλεφωνικών Κέντρων Διαδικασίες Ελέγχου Ψηφιακών Τηλεφωνικών Κέντρων Μέσα Αποθήκευσης (Mass Storage Media) 5
Περιεχόμενα ενότητας Ο&Μ Θύρες Επικοινωνίας Διαδικασίες Τηλεπικοινωνιακών Υπηρεσιών Διεπαφές Συνδρομητικής Βαθμίδας Διεπαφές Δικτύου Κορμού Μεταγωγή Μεταγωγή και Συγχρονισμός Συγχρονισμός Ανάλυση Καλούμενου Αριθμού/ Δρομολόγησης/Χρέωσης 6
Δίκτυα Ψηφιακής Τηλεφωνίας
Δίκτυα Ψηφιακής Τηλεφωνίας Τα δίκτυα ψηφιακής τηλεφωνίας αποτελούν έναν από τους πλέον ώριμους τύπους τηλεπικοινωνιακών δικτύων. Η αρχιτεκτονική και οι λειτουργίες τους είναι προσανατολισμένες στην παροχή υπηρεσιών φωνής υπηρεσίες στενής ζώνης (narrowband services) Σε συνεργασία με άλλους τύπους δικτύων μπορούν να συμμετέχουν και στην παροχή υπηρεσιών δεδομένων υπηρεσίες στενής ζώνης τύπου dial up ευρυζωνικές υπηρεσίες τύπου ΑDSL (broadband services) Ο σημαντικότερος περιοριστικός παράγοντας στην κατεύθυνση μετεξέλιξης τους σε δίκτυο παροχής υπηρεσιών στενής αλλά και ευρείας ζώνης είναι η φιλοσοφία της Μεταγωγής Κυκλώματος (Circuit Switching) 8
Μελλοντικές Τάσεις Οι σύγχρονες τάσεις στη βιομηχανία των Τηλεπικοινωνιών εστιάζουν σε αλλαγές στο δίκτυο μετάδοσης. Το δίκτυο διασύνδεσης των τηλεφωνικών κέντρων τροποποιείται με την εισαγωγή τεχνολογιών μεταγωγής πακέτου (packet switched) αντί των τεχνολογιών μεταγωγής κυκλώματος (circuit switched) Ο ρόλος τόσο του τηλεφωνικού κέντρου όσο και του συνδρομητικού βρόχου φαίνεται να διατηρούν την αξία τους και σε γενικές γραμμές τα σημερινά χαρακτηριστικά τους. Δεδομένα Server Τηλεφωνίας Media Gateway Σηματοδοσία Server Τηλεφωνίας Σύστημα Συνδρομητικης Πρόσβασης Media Gateway Δίκτυο Μεταγωγής Πακέτων Media Gateway Media Gateway Σύστημα Συνδρομητικής Πρόσβασης 9
Αρχιτεκτονική Ψηφιακών Τηλεφωνικών Δικτύων-1/2 Η αρχιτεκτονική των τηλεπικοινωνιακών δικτύων χαρακτηρίζεται από έναν ιδιαίτερο καταμερισμό εργασίας. οι τηλεπικοινωνιακές οντότητες που τα συγκροτούν χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερους ρόλους οι οποίοι συναρτώνται από τον τύπο του δικτύου Τα ψηφιακά τηλεφωνικά κέντρα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με τον ιδιαίτερο ρόλο που έχουν στον καταμερισμό εργασίας του τηλεφωνικού δικτύου. Μια τυπική κατηγοριοποίησή τους περιλαμβάνει τους ακόλουθους τύπους: Δημόσια Τηλεφωνικά Κέντρα τα οποία με τη σειρά τους διακρίνονται σε Συνδρομητικά/Τοπικά (Local) Κέντρα Διαβιβαστικά (Transit) Κέντρα Ιδιωτικά Τηλεφωνικά Κέντρα (PBX, Private Branch Exchange) 10
Αρχιτεκτονική Ψηφιακών Τηλεφωνικών Δικτύων-2/2 2ο Επίπεδο Διαβιβαστικών Κέντρων.. 1ο Επίπεδο Διαβιβαστικών Κέντρων.. Επίπεδο Τοπικών Συνδρομητικών Κέντρων 11
Συνδρομητικά/Τοπικά Κέντρα Tα Συνδρομητικά/Τοπικά Κέντρα υποστηρίζουν: τη συνδρομητική πρόσβαση τη διασύνδεση με το υπόλοιπο δίκτυο Τα Συνδρομητικά/Τοπικά Κέντρα διαχειρίζονται τις κλήσεις που έχουν σαν αφετηρία και σαν τερματισμό τους συνδρομητές, οι οποίοι είναι φυσικά συνδεδεμένοι με αυτά. Το πλήθος των συνδρομητών που μπορούν να υποστηρίξουν είναι της τάξης των χιλιάδων συνδρομητών. 12
Διαβιβαστικά Κέντρα Τα Διαβιβαστικά (Transit) Κέντρα: βρίσκονται στον κορμό του δικτύου (backbone/core network) και υποστηρίζουν τη διασύνδεση διαφορετικών συνδρομητικών κέντρων. δεν έχουν συνδρομητές αλλά υποστηρίζουν διερχόμενες κλήσεις από και προς συνδρομητικά κέντρα. αποτελούν ένα σημείο μεταγωγής (switching) κλήσεων και έχουν την ικανότητα να διαχειρίζονται χιλιάδες κλήσεις/sec. 13
Ιδιωτικά Τηλεφωνικά Κέντρα (PBX) Τα Ιδιωτικά Τηλεφωνικά Κέντρα (PBX, Private Branch Exchange): υποστηρίζουν την πρόσβαση και τη διασύνδεση συνδρομητών, οι οποίοι Δημόσιο Τηλεφωνικό Δίκτυο ανήκουν σε οργανισμούς/εταιρείες. αποτελούν μια μικρογραφία των δημόσιων συνδρομητικών τηλεφωνικών PBX 1 κέντρων και συνήθως υποστηρίζουν ένα πλήθος συνδρομητών της τάξης των εκατοντάδων. αν και είναι συνδρομητικά κέντρα μπορούν να υποστηρίζουν και λειτουργίες διαβίβασης κλήσεων, εάν το απαιτεί η αρχιτεκτονική του ιδιωτικού δικτύου. υποστηρίζουν τη μεταξύ τους διασύνδεση κατά τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργείται ένα γεωγραφικά διεσπαρμένο ιδιωτικό PBX 2 PBX 3 δίκτυο. 14 Ιδιωτικό Τηλεφωνικό Δίκτυο
Αρχιτεκτονική Ψηφιακών Τηλεφωνικών Κέντρων-1/2 Ανεξάρτητα από το ρόλο που κατέχει ένα δημόσιο ή ιδιωτικό ψηφιακό τηλεφωνικό κέντρο η αρχιτεκτονική του διέπεται από ορισμένα γενικά χαρακτηριστικά. Ένα ψηφιακό τηλεφωνικό κέντρο θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως ένα μεγάλο υπολογιστικό σύστημα. αποτελείται από software το οποίο καθιστά πλήρως λειτουργικό το hardware. οι γραμμές του κώδικα που αποτελούν το software εκτελούνται από ένα κεντρικό επεξεργαστή (CPU), ο οποίος καθοδηγεί το hardware προκειμένου αυτό να εκτελέσει σύνθετες διαδικασίες. 15
Αρχιτεκτονική Ψηφιακών Τηλεφωνικών Κέντρων-2/2 Η αρχιτεκτονική του ψηφιακού τηλεφωνικού κέντρου θα μπορούσε να διαιρεθεί σε δύο διακριτές ενότητες οι οποίες υλοποιούν: Διαδικασίες Ελέγχου Διαδικασίες Τηλεπικοινωνιακών Υπηρεσιών Ψηφιακό Τηλεφωνικό Κέντρο Επίπεδο Ελέγχου Επίπεδο Τηλ. Υπηρεσιών SW &HW Ελέγχου (CPU, Μνήμες) SW &HW Αποθήκευσης (HDD, OD) SW &HW O&M (Θύρες διασύνδεσης με PC, Οθόνες & Εκτυπωτές Συναγερμών) SW &HW Διεπαφών Σύνδεσης (POTS, ISDN, DSL, E1) SW &HW Μεταγωγής Switching SW Αναλύσεων Αριθμών, Δρομολόγησης, Χρέωσης 16
Διαδικασίες Ελέγχου Ψηφιακών Τηλεφωνικών Κέντρων Οι διαδικασίες ελέγχου περιλαμβάνουν: hardware σε μορφή καρτών (boards) οι οποίες υλοποιούν φυσικά τη μονάδα επεξεργασίας (CPU), τη μνήμη της κοκ γραμμές κώδικα (software) οι οποίες εκτελούμενες αποσαφηνίζουν τον τρόπο με τον οποίο η CPU λειτουργεί ως ελεγκτικό κέντρο. Συνήθως, στις διαδικασίες ελέγχου συμπεριλαμβάνονται και οι λειτουργίες I/O (Input/Output), οι οποίες υποστηρίζουν την επικοινωνία σε επίπεδο διαχείρισης μέσα αποθήκευσης (Mass Storage Media) θύρες επικοινωνίας για τη διαχείριση (O&M, Operation & Maintenance) του κέντρου 17
Μέσα Αποθήκευσης (Mass Storage Media) Στο επίπεδο των μέσων αποθήκευσης ο συνήθης εξοπλισμός περιλαμβάνει την ύπαρξη σκληρού δίσκου (HDD, Hard Disk Drive): τo HDD αποτελεί σημείο, όπου το κέντρο μπορεί να καταχωρεί τα δεδομένα του με τη μορφή περιοδικών ή έκτακτων backup και εάν αυτό είναι αναγκαίο να τα ανακτήσει (restore/reload). Οπτικών Δίσκων (OD, Optical Disk): τo OD αποτελεί μια φορητή μονάδα αποθήκευσης των δεδομένων του κέντρου προκειμένου αυτά να μεταφερθούν για περαιτέρω επεξεργασία. Προφανώς το OD μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν σημείο ανάκτησης δεδομένων. 18
Ο&Μ Θύρες Επικοινωνίας Οι Ο&Μ θύρες επικοινωνίας υποστηρίζουν: τη φυσική διασύνδεση προσωπικών υπολογιστών με το κέντρο προκειμένου να υποστηριχθούν O&M διαδικασίες μέσω μιας διεπαφής εντολών (command interface) : για τον καθορισμό των τηλεπικοινωνιακών δεδομένων του κέντρου. για τη διαμόρφωση αυτόματων διαδικασιών και τη συλλογή στατιστικών. για τις διαδικασίες επιτήρησης του κέντρου και της καταγραφής βλαβών με τη μορφή συναγερμών (Alarms). για την υποστήριξη διαδικασιών επίλυσης βλαβών. στα πλαίσια των θυρών επικοινωνίας συνήθως περιλαμβάνονται και οι συνδέσεις με τοπικούς ή απομακρυσμένους ενδείκτες συναγερμών (Alarm Panel) καθώς και με εκτυπωτές (Alarm Printers). 19
Διαδικασίες Τηλεπικοινωνιακών Υπηρεσιών Οι διαδικασίες των τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών περιλαμβάνουν ένα συνδυασμό software και hardware με χαρακτηριστικότερα παραδείγματα: το software και hardware το οποίο υλοποιεί τις διεπαφές σύνδεσης: με συνδρομητές με άλλα κέντρα το software και hardware το οποίο υλοποιεί τη μεταγωγή (switching) ανάμεσα σε εισερχόμενα και εξερχόμενα κανάλια επικοινωνίας. το software το οποίο υποστηρίζει μια σειρά σημαντικών λογικών αναλύσεων, όπως η ανάλυση των καλούμενων τηλεφωνικών αριθμών, της δρομολόγησης και της χρέωσης. 20
Διεπαφές Συνδέσεων POTS ISDN-BA 2B+D E1 Ζεύξεις Πολυπλεξία ISDN-PRA/E1 30B+D PBX ADSL Υποσύστημα Μεταγωγής Σύστημα Ανακοινώσεων Δίκτυο Μεταγωγής Πακέτων 21
Διεπαφές Συνδρομητικής Βαθμίδας- 1/3 Οι Αναλογικές συνδέσεις (POTS) προσφέρουν: ένα κανάλι φωνής ή δεδομένων (με dial up modems) συμπληρωματικές υπηρεσίες π.χ. προώθηση κλήσης, αναγνώριση κλήσης κλπ. Οι ISDN συνδέσεις Βασική Πρόσβασης (ΒΑ, Basic Access) προσφέρουν: δύο κανάλια φωνής ή δεδομένων (2xB=2x64 kbps) ένα κανάλι σηματοδοσίας (D=16 kbps) μια σειρά από πιο εξελιγμένες συμπληρωματικές υπηρεσίες π.χ. αποστολή/λήψη μηνυμάτων Η επικοινωνία των ISDN συνδρομητών είναι ψηφιακή διότι στην πλευρά του συνδρομητή η δισύρματη χάλκινη γραμμή τερματίζει σε ένα είδος modem (NT, Network Termination). μετά το NT η σύνδεση είναι τετρασύρματη (τύπου bus) επιτρέποντας τη σύνδεση πλέον της μίας συσκευής 22
Διεπαφές Συνδρομητικής Βαθμίδας- 2/3 Οι ISDN Συνδέσεις Πρωτεύουσας Πρόσβασης (PRA, Primary Rate Access) υποστηρίζουν: 30 κανάλια φωνής ή δεδομένων (30xB=30x64 kbps=1920 kbps) 1 κανάλι σηματοδοσίας (D=64 kbps). σχετικά υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης και για αυτόν το λόγο ενδείκνυται για συνδρομητές με μεγάλες απαιτήσεις π.χ. διασύνδεση εταιρικών PBX. Η δημιουργία των καναλιών Β και D τόσο στις συνδέσεις ISDN-BA όσο και στις ISDN-PRA βασίζεται σε τεχνικές πολυπλεξίας χρόνου. 23
Διεπαφές Συνδρομητικής Βαθμίδας- 3/3 Οι ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) συνδέσεις Υλοποιούνται με τεχνικές πολυπλεξίας στο πεδίο των συχνοτήτων. μπορούν να εκμεταλλευθούν αποτελεσματικά το διαθέσιμο φάσμα μιας δισύρματης χάλκινης γραμμής. Η τοποθέτηση των δεδομένων φωνής σε διαφορετικό τμήμα του φάσματος συχνοτήτων από αυτό στο οποίο τοποθετούνται τα δεδομένα μεταγωγής πακέτου καθιστά εφικτό το διαχωρισμό τους και την ανεξάρτητη δρομολόγηση τους. Η διάκριση των δύο αυτών διαφορετικών τύπων δεδομένων είναι εφικτή χάρης στην ύπαρξη φίλτρων διαχωρισμού (splitters) τόσο στην πλευρά του χρήστη όσο και στην πλευρά του τηλεφωνικού κέντρου. 24
Διεπαφές Δικτύου Κορμού-1/2 Οι συνδέσεις ενός τηλεφωνικού κέντρου με το δίκτυο κορμού βασίζονται σε μια σειρά από ζεύξεις που σύμφωνα με τις Ευρωπαϊκές συστάσεις ονομάζονται Ε1. Οι Ε1 ζεύξεις μεταφέρουν ψηφιοποιημένα δεδομένα σύμφωνα με την τεχνική PCM, με ρυθμό 8K δείγματα/sec και τη χρήση 8 bit ανά δείγμα. Ο ρυθμός δειγματοληψίας δημιουργεί ένα χρονοπλαίσιο (time frame) διάρκειας 125 μsec (=1/8K). Στη διάρκεια αυτού του πλαισίου η Ε1 ζεύξη υποστηρίζει 32 κανάλια (0-31) τα οποία υλοποιούνται με τεχνικές πολυπλεξίας στο χρόνο 25
Διεπαφές Δικτύου Κορμού-2/2 Το κανάλι 0 της Ε1 ζεύξης χρησιμοποιείται για την υποστήριξη του συγχρονισμού και για την επίβλεψη της ζεύξης Το κανάλι 16 συχνά χρησιμοποιείται για σηματοδοσία. Τα υπόλοιπα 30 κανάλια χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά δεδομένων. Κάθε κανάλι υποστηρίζει ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων της τάξης των 64 kbps (=8 bitsx8k δείγματα/sec) στο σύνολό της η ταχύτητα μετάδοσης της ζεύξης είναι 2.048 Μbps (=32x64 kbps). Το πρωτόκολλο επικοινωνίας που συνήθως χρησιμοποιείται πάνω από τις Ε1 γραμμές στα σύγχρονα ψηφιακά δίκτυα τηλεφωνίας είναι το λεγόμενο SS7-ISUP Τα δεδομένα στο εσωτερικό του δικτύου κορμού μπορούν να μεταδοθούν σε ακόμα υψηλότερες ταχύτητες εφόσον πολυπλεχθούν πολλές Ε1 γραμμές 26
Μεταγωγή-1/2 Η μεταγωγή (switching) υποστηρίζει τη διασύνδεση ενός εισερχόμενου και ενός εξερχόμενου καναλιού ενός κέντρου. Η μεταγωγή των δεδομένων βασίζεται στα αποτελέσματα μιας σειράς αναλύσεων, όπως η ανάλυση του καλούμενου αριθμού και η ανάλυση δρομολόγησης. Η ορθή υλοποίηση των διαδικασιών μεταγωγής βασίζεται στο συγχρονισμό. 27
Μεταγωγή-2/2 E1 γραμμές (32 κανάλια) από/προς τη συνδρομητική βαθμίδα 0 1 2 31 0 2 1 31 0 2 1 31 E1 γραμμές (32 κανάλια) από/προς γειτονικά ψηφιακά κέντρα.................. Νx32 Νx32 0 1 2 31 Υποσύστημα Μεταγωγής Ψηφιακού Τηλεφωνικού Κέντρου 28
Μεταγωγή και Συγχρονισμός Εάν το ψηφιακό κέντρο Α αποστέλλει δείγματα φωνής με ρυθμό fa και το ψηφιακό κέντρο Β διαβάζει & μεταγάγει τα εισερχόμενα δείγματα με συχνότητα fb: fa>fb επανεγγραφή νέων δειγμάτων πάνω σε παλιά fa<fb ανάγνωση παλαιών δειγμάτων ως νέα 0 2 1 31 Νx32 f A f B 0 2 1 31 Νx32 Ψηφιακό Κέντρο Α μεταδίδει με ρυθμό f A Ψηφιακό Κέντρο Β «διαβάζει» με ρυθμό f Β 29
Συγχρονισμός Η διαδικασία της μεταγωγής προϋποθέτει: σωστή αίσθηση του χρονισμού (8 KHz) ταυτόσημη αντίληψη του χρονισμού με τα συνεργαζόμενα κέντρα Ο συγχρονισμός στα ψηφιακά τηλεφωνικά δίκτυα υλοποιείται με την ύπαρξη: τοπικών πηγών χρονισμού (clocks) μέτριας ακρίβειας και σταθερότητας (π.χ. ταλαντωτές κρυστάλλου Quartz). διαδικασιών «καθοδήγησης» από άλλα ψηφιακά τηλεφωνικά κέντρα τα οποία είναι ανώτερα στην ιεραρχία του συγχρονισμού. Σχέση Master-Slave (μέσω χρονοθυρίδας 0 μιας Ε1 γραμμής) Τα ανώτερα κέντρα στην ιεραρχία του συγχρονισμού διαθέτουν πιο ακριβή αίσθηση του χρονισμού διότι έχουν μεγαλύτερης ακρίβειας και σταθερότητας πηγές χρονισμού. ταλαντωτές κρυστάλλου υψηλής ακρίβειας π.χ. Καισίου 30
Ανάλυση Καλούμενου Αριθμού/ Δρομολόγησης/Χρέωσης-1/2 Ψηφία Καλούμενου Αριθμού Ανάλυση Καλούμενου Αριθμού Ανάλυση Δρομολόγησης Επιλογή Εξερχόμενου Καναλιού Ανάλυση Χρέωσης Απόφαση για τη Χρέωση 31
Ανάλυση Καλούμενου Αριθμού/ Δρομολόγησης/Χρέωσης-2/2 Η ανάλυση του καλούμενου αριθμού αφορά στην ανάλυση των ψηφίων του καλούμενου αριθμού τα οποία προσφέρουν επαρκή εικόνα για τη δρομολόγηση/χρέωση της κλήσης: με βάση αυτά τα ψηφία λαμβάνεται μια πρώτη απόφαση, η οποία τυγχάνει περαιτέρω επεξεργασίας από την ανάλυση δρομολόγησης προκειμένου να επιλεχθεί το κατάλληλο κανάλι προώθησης για μια κλήση. συνήθως η ανάλυση του καλούμενου αριθμού παράγει ως παράπλευρο αποτέλεσμα και μια πρώτη απόφαση, η οποία τυγχάνει περαιτέρω επεξεργασίας από την ανάλυση χρέωσης προκειμένου να αποσαφηνιστεί ο τρόπος χρέωσης. 32
Τέλος Ενότητας