3 Funkcije komutacionog sistema Osnovni zadatak telekomunikacione mreže je da omogući prenošenje poruka od mesta gde one nastaju do mesta gde su upućene tj. odredišta. Pri tome poruke mogu biti različite vrste: govorne, pisane, telekomande, podaci iz računara i dr. U zavisnosti od toga telekomunikacione mreže se dele na: telefonske, telegrafske, telekomandene, mreže za prenos podataka itd. Novijeg datuma su telekomunikacione mreže tzv. Integrisanih službi, koje omogućavaju prenošenje poruka različitih vrsta na čemu počiva Internet. Telekomunikaciona mreže se sastoji od: učesničkih aparata (telefon, faks, računar), spojnih puteva, komutacionih sistema. Primer organizacije jedne telekomunikacione mreže dat je na slici 3.1. Učesnički aparati su predajnici i prijemnici poruka. Uobičajeno je da su funkcije predaje i prijema objedinjene u jednom istom aparatu. Svaki aparat ima svog korisnika, npr. čoveka koji se služi aparatom. Slika 3.1 Organizacija telekomunikacione mreže. 40
Međutim, korisnik može biti i automat (računar). U oba slučaja upotrebićemo termin korisnik telekomunikacione mreže. Za poruke koje se razmenjuju između učesnika u telekomunikacionoj mreži koristiće se termin učesničke poruke. Pod spojnim putevima u telekomunikacionim mrežama podrazumijevaju se tehnička sredstva koja omogućavaju prenos poruka između različitih tačaka mreže. Njima se ostvaruju veze učesničkih aparata sa komunikacionim sistemima i obrnuto, kao i komunikacionih sistema međusobno. Komutacioni sistemi su tehnička sredstva koja omogućavaju usmeravanje puteva u telekomunikacionoj mreži između učesnika koji imaju potrebu za razmenom poruka. To podrazumeva da kad prestane potreba za razmenom poruka, između dva korisnika, da se veza, putem ovih sistema, raskine. Međutim, u specijalnim slučajevima uspostavlja se veza i tri ili više korisnika/učesnika. Proces uspostavljanja i raskidanja veza u komuntacionim sistemima naziva se komutacionim procesom. Ili samo komutacijom, pa otuda potiče i njen naziv. 3.1 Hijerarhija komutacionih sistema Na slici 3.1. se vidi da u telekomunikacionoj mreži postoji više vrsta telekomunikacionih sistema. To su: lokalni komutacioni sistemi, komutacioni sistemi prvog nivoa, komutacioni sistemi drugog nivoa. Na lokalne komutacione sisteme povezani su učesnički aparati odgovarajućim spojnim putevima. Ako treba uspostaviti vezu između učesnika koji su povezani na različite lokalne komutacione sisteme, to se može ostvariti međusobnim povezivanjem svih lokalnih komutacionih sistema u telekomunikacionoj mreži. Međutim, u slučaju mreže sa većim brojem ovakvih komutacionih sistema, njihovo povezivanje po principu svaki-sa-svakim postaje neekonomično. Tada se uvode komutacioni sistemi višeg hijerarhijskog nivoa. Uloga komutacionog sistema prvog nivoa je da ostvari komutacioni proces za sve lokalne komutacione sisteme povezane na njega. Time omogućuje i ostvarivanje veza između korisnika u različitim lokalnim komutacionim sistemima. Komutacioni sistem drugog nivoa služi da se na njega odgovarajućim spojnim putevima povezuju grupe komutacionih sistema prvog nivoa, za koje on obavlja komutacioni proces. Na taj način ostvaruje se veza korisnika koji su povezani na različite lokalne keomutacione sisteme, a pripadaju različitim komutacionim sistemima prvog nivoa. Da bi veze mogle da se ostvauju između učesnika u celoj telekomunikacionoj mreži, svi komutacioni sistemi drugog nivoa povezani su međusobno odgovarajućim spojnim putevima. U slučaju velikih telekomunikacionih mreža uvode se još viši hijerarhijski nivoi. Tako na primer u javnoj međumesnoj telefonskoj mreži u Srbiji postoje: krajnje telefonske centrale, koje odgovaraju lokalnim komutacionim sistemima čvorne telefonske centrale, prvi nivo glavne telefonske centrale, drugi nivo tranzitne telefonske centrale međunarodne telefonske centrale. 41
3.2 Blok šema komutacionog sistema Osnovni elementi komutacionog sistema, prikazani na slici 3.2, su: učesnički pribori (UP1-UPn) spojni organi (SO1-SOk) prenosnici (PN1-PNm) komutaciono polje (KP) i upravljački organ (UO). Učesnički pribori su organi kojima se sprežu učesnički aparati sa komutacionim poljem radi ostvarivanja prilagođenja u električnom smislu. S druge strane pomoću njih se vrši razmena svih signala koji nose upravljačke poruke, a potrebni su za ostvarivanje i raskidanje veze odgovarajućih učesnika. Svi putevi ovih signala, koji vode prema upravljačkom organu, označeni su isprekidanim linijama. Sponji organi učestvuju u uspostavljanju i raskidanju lokalnih veza tj. veza učesničkih aparata priključenih na posmatrani komutacioni sistem. Slika 3.2 Blok šema komutacionog sistema. Prenosnici su organi kojima se spreže komutaciono polje sa spojnim putevima koji vode prema drugim komutacionim sistemima. Drugim rečima to su organi čijim posredstvom se ostvaruju dolazne i odlazne veze učesnika, kao i trenzitne veze. Komutaciono polje spregnuto je sa svim učesničkim priborima, prenosnicima i spojnim organima. Njegova funkcija je da ostvari komutacioni proces za učesnike koji to traže, odnosno da uspostavi vezu između aparata pozivajućeg i traženog učesnika, omogućujući na taj način razmenu učesničkih poruka, a po završetku ove razmene da raskine vezu. Upravljanje komutacionim procesom obavlja upravljački organ. 42
Upravljački organ spregnut je sa svim ostalim organima komutacionog sistema što mu omogućava da vrši upravljačku funkciju u komutacionom sistemu. Postoje različiti principi organizacije obavljanja upravljačkih funkcija, počevši od decentralizovanih pa do jednog centralizovanog upravljačkog organa. Osim organa prikazanih na slici 3.2. postoje organi koji imaju pomoćnu ulogu u ovom procesu, kao što su: izvori za napajanje, razdelnici, organi za ispitivanje ispravnosti rada i sl. Ili specijalni organi kao što su: brojači tarife, prijemnici i predajnici signala koji nose upravljačke poruke itd. 3.3 Komutaciono polje Komutaciono polje obavlja osnovnu funkciju komutacionog sistema komutacioni proces. Zbog toga se posvećuje posebna pažnja organizaciji i realizaciji komutacionog polja u svakom komutacionom sistemu. Prema obliku organizacije, načinu grupisanja i povezivanja osnovnih komutacionih sklopova komutaciona polja delimo na: jednokaskadna komutaciona polja, i višekaskadna komutaciona polja. Na slici 3.3. prikazan je primer jednokaskadnog komutacionog polja. Slika 3.3 Jednokaskadno komutaciono polje. Za njega je karakteristično da se veza od nekog ulaza do nekog izlaza ostvaruje preko jedne komutacione tačke. U njoj se nala zi komutacioni element, koji je na slici principski predstavljen prekidačem. Na slici 3.4. predstavljeno je višekaskadno komutaciono polje. 43
Slika 3.4 Višekaskadno komutaciono polje. Ono se sastoji od više komutacionih matrica poređanih u n kaskada. Matrice susednih kaskada povezane su tzv. međuvezama. Realizacija komutacionog polja zasniva se na dva osnovna principa: 1. Princip prostorne raspodele koji se svodi na to da se veza između ulaza i izlaza ostvaruje u originalnom obliku i relanom vremenu, bez kašnjenja. Postoji više načina izvođenja komutacionog polja na ovom principu što je posledica tehnološkog razvoja komunikacija. Poseban značaj imaju komutaciona polja realizovana biračima tipa: korak-po-korak krozbar birač sa diskretizovanim komutacionim elementima. Birač korak-po-korak je elektro-mehanički sklop, koji omogućava prespajanje jednog ulaza na jedan od više izlaza. Krozbar birač je elektromehanički sklop, čija se konstrukcija zasniva na radu elektromagnetnog relea. U komutacionom smislu on sadrži m ulaza, od kojih svaki može da se prespoji na n izlaza. Odgovarajuće komutaciono polje dobije se prespajanjem međusobno povezanih krozbar birača. Diskretizovani komutacioni elemementi su mehaničke ili električne komponenete koje se grupišu u module u obliku komutacionih matrica. Mogu biti elektromehanički (rid-relei) i elektronski (tiristori). 2. Princip vremenske raspodele koji se zasniva na uspostavljanju veze između ulaza i izlaza komutacionog polja signalima u diskretnom obliku (digitalnom obliku) uz eventualni vremenski pomeraj. Komutaciono polje na principu vremenske raspodele se sastoji od poluprovodničkih komponeneti. Koristi se postupak impulsne kodovane modulacije ( Pulse Code Modulation) PCM. To je postupak u kome se analogni signal prevodi u digitalni oblik (digitalizacija). Digitalno komutaciono polje realizuje se obično različitim kombinacijama vremenske i prostorne komutacije. 44
3.4 Saobraćaj u komutacionom sistemu Pod saobraćajem se podrazumeva u komutacionom sistemu ukupno zauzimanje svih elemenata, sklopova i većih funkcionalnih celina u ovom sistemu, koji će se sa aspekta saobraćaja zvati organima. Pri tome ovo zauzimanje može biti namerno ili nenamerno, kratkotrajno ili dugotrajno, pri uspostavljenoj ili neuspostavljenoj vezi učesnika. Saobraćaj nastaje kao neposredna poteba učesnika za međusobnim komuniciranjem te su oni u stvari izvor saobraćaja. Svako zauzimanje komutacionog sistema od izvora saobraćaja naziva se pozivom. Pri tome se poziv može završiti uspostavljanjem veze sa drugim učesnikom, ali ne mora. Veličina saobraćaja se menja u toku vremena što je posledica više faktora; namene i lokacije komutacionog sistema, strukture učesnika, doba dana i noći, dana u sedmici, godini itd. Zbog toga je uveden tzv. čas najvećeg opterećenja, definisan kao perdiod vremena od 60 uzastopnih minuta za vreme kojeg je veličina saobraćaja najveća. Veličinu saobraćaja definiše srednji broj istovremeno zauzetih organa i to je poznato kao saobraćajna vrednost. Jedinica saobraćajne vrednosti je erling (označava se sa E). Po definiciji organ koji je ukupno zauzet neko vreme t u posmatranom intervalu vremena T ima saobraćajnu vrednost t/t erlinga. Postoji više načina da se izrazi vrednost saobraćaja, a jedan koji se često koristi je: A = ctm gde je: A - vrednost saobraćaja, c broj poziva u jedinici vremena, tm srednje vreme zauzeća organa izraženo u jedinici vremena. 3.5 Podela komutacionih sistema Najbrojniji su sistemi za komutaciju govornih učesničkih poruka. tzv. telefonski komutacioni sistemi. Negovorni komutacioni sistemi su telegrafski ali naglim razvojem računarske tehnike postaju veoma aktuelni sistemi za komutaciju podataka, paketa podataka i poruka u računarskim mrežama (internet). Podelu komutacionih sistema možemo izvršiti na nekoliko različitih osnova: prema vrsti učesničke poruke, telefonski, telegrafski, telekomande itd. prema načinu uspostavljanja veze, manuelni, poluautomatski i automatski, prema hijerarhijskom mestu u mreži, lokalni, prvog hijerarhijsko nivoa itd. vrsti elemenata i sklopova, koračni, krozbar, elektronski itd. kapacitetu, malog, srednjeg i velikog kapaciteta, realizaciji komutacije, sa vremenskom i prostornom raspodelom u komutacionom polju, upravljanju, sa centralizovanim ili decentralizovanim upravljačkim organima, tj. direktnim, registarsko-markerskim i programskim upravljanjem. 45
3.6 Telefonska centrala U slučaju telefonije vrede nazivi za: telekomunikaciona mreža telefonska mreža, učesnički aparat telefonski aparat, komutacioni sistem telefonska centrala. Poslednja generacija tradicionalne mreže je digitalna mreža integrisani uskopojasnih usluga ISDN (Integrated Services Digital Network). Ona je još uvek osnovna mreža za govornu komunikaciju, mada brzo ustupa mesto IP mrežama. Značaj ISDN mreže je ogroman, sa stanovišta pristupa standadizaciji usluga, posebno dodatnih, signalizacijskih principa koje je primenila signalizacija po zajedničkom kanalu SS7. Najvažnije funkcije telefonske centrale Sve funkcije jedne ISDN centrale podeljene su u tri kategorije: Funkcije upravljanja: one se odnose na upravljanje vezama i službama i pri tome obuhvataju funkcije: posluživanja veza, obrade službe i signalizaciju. Kada se primi zahtev za nekom službom, onda se koristi funkcija obrade službe za identifikaciju vrste veze koja odgovara zahtevanoj službi, a onda se veza uspostavi preko funkcije posluživanja veza i resursa. Funkcije veze: direktno se odnose na putanju kojom se veza realizuje kroz centralu. Funkcije eksploatacije i održavanja: za razliku od predhodno navedenih funkcija koje služe za uspostavljanje poziva, ove se funkcije odnose na eksploataciju, upravljanje i održavanje, tj. vrši se kontrola, nadgledanje. Struktura telefonske centrale Telefonska centrala se sastoji iz tri osnovna dela: pretplatničkog stepena, komutacionog polja, upravljačkog dela. Posljednja dva dela se zajednički nazivaju grupni stepen. Pretplatnički stepen ISDN centrale Pretplatnička petlja je bazirana na nekoliko vrsta dostupa: konvencionalna simetričana parica za analogni govorni kanal 3-4 Khz ili ISDN 2B+D kanala, te različiti oblici širokopojasnog DSL kanala. radio link za analogni ili digitalni govorni kanal (NMT, DECT, GSM) ili podataka (GSM, GPRS, EDGE, WLL, UMTS). E1, E3 linije za poslovne korisnike sa više govornih kanala. Za vezu sa drugim telefonskim centralama se koriste prenosnici. Najčišći su: standardne PCM PDH multipleks grupe (E1,, E4) standardne SDH grupe (STM-1,..., STM-16) koje prenose standardne PDH/PCM signale. 46
Prenosnički interfejs ima sledeće funkcije: tajming i sinhronizacija (bit i byte nivo) ka liniji putem clock signala od centrale ili iz mreže; genersanje i alociranje okvira; multipleksiranje/demultipleksiranje. Pretplatnički stepen telefonske centrale je oragnizovan u više pretplatničkih koncentratora koji koncentrišu pretplatnike prema ulazu komutacionog polja. Oni mogu biti lokalni ili geografski izdvojeni RSM ( Remote Subscriber Module). Izdvojeni pretplatnički stepen koji je karakteristika sistema sa digitalnom komunikacijom se koristi u cilju ekonomičnije izgradnje pretplatničke mreže. On se povezuje sa grupnim stepenom digitalnim sistemima prenosa, dok se pretplatnički kablovi polažu samo u okolini izdvojenog stepena što donosi uštede u paricama. U njemu se vrši koncentracija saobraćaja od korisnika ka čvoru. Ponekad izdvojeni pretplatnički stepen obavlja i funkcije lokalne komutacije. U zavisnostiod tih funkcija ovaj stepen može biti ili linijski koncentrator ili komutacioni blok. Ako je potrebno više blokova na istoj lokaciji, izdvojeni pretplatnički stepen se može organizovati kao sistem sa više blokova. U slučaju prekida veza između centrale i izdvojenog pretplatničkog stepena mogu se uspostavljati pozivi unutar izdvojenog stepena koji se tada ne tarifiraju. Analogna korisnička linija podrazumeva klasične telefonske pretplatnike. Na korisničkoj strani se nalazi telefonski aparat koji se označava oznakom ATA (analogni telefonski aparat). Na strani centrale se nalazi KOA (korisnički organ analogni) koji je de učesničkog bloka. Svaki pretplatnik je povezan sa svojim KOA u centrali. Interfejs između centrale i ATA je analogni Z-interfejs. ATA Postoje dve kategorije ATA: stari mehanički telefonski aparati (koji imaju brojčanik i mehaničke i pasivne električne elemente) koji omogućavaju samo dekadno biranje, elektronski aparati (redukovan je broj mehaničkih delova, a ostali su zamenjeni elektronskim delovima) koji omogućavaju i dekadno i tonsko (DTMF) biranje. Blok-šema ATA je data na slici: Slika 3.5 Analogni telefonski aparat blok šema. 47
ATA na svom kraju ima upredenu paricu (linije a i b (oznaka u Evropi), koje se još označavaju sa tip i ring (oznaka u Americi)). Preko te upredene parice ATA je povezan na glavni razdelnik na strani centrale. Za vezu između analognih telefonskih pretplatnika (ATA) i centrale je definisan od strane ITU-T organizacije Z-interfejs. Ulazna impedansa ovog interfejsa je 600 Ω, frekvencijski opseg je 300Hz-3400Hz, a potreban odnos signal/šum 30dB. Sa MTK (mikrotelefonska kombinacija) je označena telefonska slušalica koju čine mikrofon M i slušalica S. Sa hibridom je označen transformator koji povezuje MTK sa telefonskom paricom. Hibrid je nesavršen tj. de signala sa mikrofona se vraća na slušalice što je učinjeno radi boljeg subjektivnog osjećaja (da govornik čuje sebe). Takođe, u MTK je prenos sa 4 žice, a ovim hibridom prelazimo na dvožični prenos preko upredene parice (2 žice). Varistor je otpornik čija otpornost zavisi od struje. Njegova uloga je da kompenzuje vrednost struje koja napaja mikrofon. Ukoliko je struja koja dolazi ka mikrofonu veća od dozvoljene, taj višak otiče preko varistora. Generator adresnih signala šalje cifre (adresu) korisnika koga pozivamo. Postoje dve vrste biranja cifara: dekadno (bazira se na prekidanju strujne petlje) i tonsko (bazira se na slanju tonske kombinacije centrali). Viljuška (hook) ima ulogu prekidača koji uključuje/isključuje govorni dio telefona i prijemnik poziva. Kada je MTK spuštena to je stanje hook-on i tada je uključen prijemnik poziva. Kada je MTK podignuta to je hook-off stanje i tada je uključen govorni dio telefona, a isključen je prijemnik poziva. Prijemnik poziva (zvono) je uključen dok je MTK spušten. Ako nas neko nazove dok je MTK spuštena tada će da zazvoni telefon tj. prijemnik poziva će da primi poziv i aktivira zvono. KOA KOA obavlja skup funkcija koje su označene kao BORSCHT funkcije: B (Battery feed) funkcija Napajanje telefonskih pretplatnika. Ovu funkciju obavlja jednosmerni generator (baterija) od 48V. Pomoću ove baterije se napaja telefonski aparat koji se tako ne napaja iz javne električne mreže nego iz telefonske centrale, pa ako i nestane struje u domaćinstvu, telefon i dalje radi jer se napaja iz centrale. Takođe, usled postojanja ove funkcije omogućen je i prenos adresnih signala (cifre koje određuju traženog korisnika) putem prekidanja strujne petlje (dekadno biranje). Baterija ima negativnu vrednost napona da bi se izbegao galvanski efekat odnošenja bakra sa korisničkog voda. Otpornici Rb i korisnički vod čine napojni vod. Kondenzator sprečava kratak spoj baterije tj. sprečava da se baterija troši kad je korisnik spustio MTK i raskinuo strujnu petlju i time smanjuje potrošnju u centrali. Kad se to ne bi učinilo, svaki pretplatnik bi trošio određenu snagu bez obzira imao spuštenu ili podignutu MTK, pa samim tim, used velikog broja pretplatnika na centrali, potrošnja centrale bi bila ogromna. Pri tome SE za vrednost kondenzatora bira vrednost tako da za prenos govornog signala on bude praktično kratak spoj (u opsegu 300-3400Hz) da bi se što više govornog signala tj. njegove snage prenelo preko transformatora dalje u centralu. Kalemi se napajaju tako da su jednosmerne struje u njima suprotne da bi se izbeglo zasićenje jezgra transformatora. O (Overvoltage) funkcija Prekostrujna zaštita koja se uvodi da bi se zaštitili delovi centrale i sprečila njihova oštećenja od smetnji koje mogu doći sa korisničke strane. Na samom glavnom razdelniku se ostvaruje primarna (spora) zaštita koja se realizuje kao gasna dioda koja probije ukoliko dođe neka visokoenergetska smetnja koja može biti naponska ili 48
strujna. Naponske imaju vrednost do nekoliko kv, a strujne do nekoliko desetina ma. Ova zaštita nije dovoljna, jer da bi se aktivirala, potrebna je velika smetnja. Zato se koristi i sekundarna (brza) zaštita koja se radi od dioda i zener dioda i ona je finija od spore zaštite. R (Ringing) funkcija Signal poziva. Ova funkcija obezbeđuje da telefon zvoni kad nas neko zove. Generator naizmeničnog napona se periodično priključuje na liniju kad nas neko zove. Kod nas je perioda 5s, pri čemu je 4s pauza (generator isključen), a 1s je zvonjava (generator uključen). Ovo se radi zato što kad bi generator bio stalno uključen, bilo bi nemoguće detektovati podizanje slušalice od strane traženog pretplatnika. Napon generatora je 90V eff, a frekvencija je 25Hz. Logika kontroliše priključenje generatora na liniju. S (Signaling) funkcija Funkcija signalizacije između pretplatnika i centrale. Ovom funkcijom se centrala obaveštava da li je MTK podignuta ili ne. Kada je MTK spuštena, tada je viljuška u ATA u položaju da je strujna petlja raskinuta i priključen je prijemnik poziva. U slučaju da je MTK podignuta, onda je strujna petlja zatvorena i used toga se napon na detektoru menja. U zavisnosti napona na detektoru i praga, detektor zaključuje da li je MTK spuštena ili podignuta i tu informaciju šalje ka logici, a ova dalje funkciji upravljanja. Takođe, pod ovom funkcijom se podrazumeva i slanje adresnih signala centrali, kao i slanje tarifnih signala (impulsa) koje generiše logika ka pretplatniku. C (Coding) funkcija Funkcija kodiranja služi za dobijanje digitalnog signala. Prvo se govorni signal koji dolazi od pretplatnika filtrira kroz NF filter, zatim se odabire periodom od 8kHz po teoremi o odabiranju i na izlazu odabirača se dobija IAM (impulsno amplitudski modulisan) signal koji se vodi u blok za A/D konverziju. Tu se vrši konverzija analognog signala u digitalni signal pri čemu se svaki odbirak koduje sa 8 bita po A zakonu kompresije u Evropi (μ zakon u Americi). U prijemnom smeru se vrši dekompresija i D/A konverzija i pojačanje signala. H (Hybrid) funkcija Hibrid. Ovaj deo obezbeđuje prelaz sa dvožičnog prenosa na četvorožični i obrnuto. On se sastoji od transformatora i balansne impedanse Z B. Prenos do centrale je dvožični (upredena parica) koji je simetričan (obe žice ravnopravne), a u centrali je četvorožičan (po dve žice za svaki smer i pri tome u svakom paru je jedna referentna žica, a druga aktivna žica se još naziva i 'vrući kraj', iako su u praksi tri žice, jer je referentna žica zajednička) i upravo hibrid vrši taj prelaz sa jednog tipa prenosa na drugi. Ovaj hibrid teži da bude idealan tj. on onemogućava da se primljeni govorni signal od drugog pretplatnika ne vrati ka njemu samom tako što će se reflektovati od transformatora. Ta pojava se naziva eho. Da bi se ta pojava što više minimalizovala tj. da bi se eho što više potisnuo (oslabio), koristi se balansna impedansa Z B. T (Testing) Testiranje. Preko releja se testeri (uređaji za testiranje) uključuju na liniju. Postoje testeri korisničke linije, ali i testeri centrale. Neke centrale pri svakoj uspostavi veze testiraju liniju. Opisane funkcije se mogu videti i na sledećoj slici 3.6. 49
3.8.2 Blok-šema telefonske centrale Slika 3.7 Opšta blok-šema telefonske centrale. Glavni razdjelnik (GR) služi za... povezivanje pretplatničkih parica sa linijskom opremom. Blok komutacije obavlja funkciju komutacije... kanala/paketa/ćelija sa svakog ulaza na izlaz, zavisno od zadate upravljačke informacije. Prenosnički blok predstavlja... blok koji prenosi pakete/ćelije iz komutacionog polja ka odredištu. Blok pomoćnih organa se koristi... za obavljanje pomoćnih funkcija u prenosu. Upravljački blok obavlja... upravljanje rada komutacionog polja i svih internih resursa. Blok za generisanje takta služi za generisanje svih taktova koji se koriste u centrali. U ovom bloku se... obrazuju taktovi koji služe sa sinhronizaciju. Blok napajanje služi za... napajanje telefonske centrale sa energetske mreže i agregata. 50
3.7 Signalizacija sa okolinom Pod okolinom komutacionog sistema podrazumevaju se svi učesnici koje komutacioni sistem opslužuje. Signali koji nose upravljačke poruke se pojavljuju pri procesu uspostavljnja i raskidanja veza između učesničkih aparata. U zavisnosti od toga kako su učesnici spregnuti sa komutacionim sistemom, posmatrani signali se mogu podeliti na dve vrste: signali za rad komutacionog sistema sa učesničkim aparatima, signali za međusobni rad komutacionih sistema u telekomunikacionoj mreži. 3.7.1 Signali za rad sa učesničkim aparatima telefonima Na slici 3.8. prikazan je princip razmene signala između komutacionog sistema (KS) i učesničkog aparata (UA). Pri tome je sa UAp označen pozivajući učesnički aparat, a sa UA t traženi učesnički aparat. Slika 3.8 Razmena signala pozivajućeg i traženog učesničkog aparata. U toku uspostavljanja i raskidanja veze između ova dva učesnička aparata KS sa svakim od njih razmeni određeni broj signala. Svaki od ovih signala ima različito značenje, jer nosi različitu upravljačku poruku. Procedura uspostavljanja veze dva učesnička aparata započinje kada UA p uputi signal najave, kojim obaveštava KS da želi da započne sa uspostavljanjem veze. Komutacioni sistem, ukoliko ima mogućnosti da opsluži ovog učesnika, šalje prema UA p signal potvrde. U suprotnom slučaju KS šalje signal odbijanja. 51
U slučaju da postoje uslovi za uspostavljanje veze, KS šalje signal najave prema UAt i očekuje od njega signal odziva. Pri prijemu ovog signala KS šalje prema UAp signal odziva, čime je veza UAp UAt uspostavljena. Prekid prethodno uspostavljene veze UAp UA t može se inicirati sa obe strane pri čemu inicijator prekida šalje signal raskidanja prema KS, a ovaj šalje odgovarajući signal prema drugom učesničkom aparatu. Međutim, kod nekih sistema je prekid veze jednostran zbog uvedenih prioriteta. Tako npr. u javnoj telefonskoj mreži pozivajući učesnik plaća za ostvarenu vezu, pa ima i prioritet za njenim prekidom. 3.7.2 Signali za rad komutacionih sistema Na slici 3.9. prikazan je princip međusobne razmene signala između dva komutaciona sistema. Sa KS p i KSt su označeni komutacioni sistemi pozivajućeg, odnosno traženog učesnika. Slika 3.9 Razmena signala između dva komutaciona sistema. Signalizacija na releciji učesnički aparat komutacioni sistem, kako za pozivajućeg tako i za traženog učesnika odgovara skupu signala prikazanom na slici 3.8. Posmatrajući signale na relaciji učesnički aparat komutacioni sistem i komutacioni sistem komutacioni sistem može se zapaziti da oni, po sadržaju poruke koje nose, mogu da se podele u dve grupe: upravljačke signale, koji učestvuju u procesima uspostavljanje i raskidanja veza, a nazivaju se još i linijski signali, i adresne signale, koji nose poruke o adresama učesnika. U većini komutacionih sistema ove poruke su cifre, koji su sastavni delovi pozivnih brojeva učesnika. Pri tome se pod pozivnim brojevima podrazumevaju adrese učesnika komutacionog sistema, odnosno telekomunikacione mreže po kojima se ovi međusobno razlikuju. Nazivaju se još i registarski signali. 52
3.8 Sistemi signalizacije Pod sistemima signalizacije podrazumevamo skupove signala koji omogućavaju razmenu upravljačkih poruka prema unapred definisanim uslovima. 3.8.1 Telefonski sistemi signalizacije U slučaju telefonije vrede nazivi za: telekomunikaciona mreža telefonska mreža, učesnički aparat telefonski aparat, komutacioni sistem telefonska centrala. Upravljački signali koji se prenose od telefonskog aparata prema telefonskoj centrali dobijaju se prekidanjem toka jednosmerne struje u signalizacionoj petlji. Pri tome signalizacionu petlju obrazuju učesnički vod (UV) tj. vod koji veže telefonski aparat i telefonsku centralu. Upravljački signali od telefonskog aparata pozivatelj su: signal najave signal raskidanja. Upravljački signali od telefonskog aparata onog koga se poziva su: signal odziva, signal raskidanja. U slučaju automatske telefonske centrale poruke o pozivnom broju traženog učesnika prenose se skupovi adresnih signala od automatskog telefonskog aparata (ATA). Postoji više načina za generisanje adresnih signala. Na slici 3.10 su prikazani adresni signali koji se dobiju tehnikom prekidanja signalizacione petlje za slučaj ATA sa brojčanikom. Ovi signali nose adresene poruke o izabranom pozivnom broju 32. Pozivni broj se sastoji od tzv. biračkih cifara, od kojih svaka predstavlja poseban signal. Ovaj se sastoji od biračkih impulsa, čiji broj odgovara brojnoj vrednosti odgovarajućeg dela adresne poruke. Svaki birač impulsa se sastoji od impulsa i pauze. Normalna vrednost vremena impulsa tj. bezstrujnog stanja (BS) u petlji učesničkog voda je 62 ms, a pauza između impulsa tj. strujno stanje (SS) u je 38 ms. Minimalna vrednost pauze između cifara iznosi 200 ms. Slika 3.10 Adresni signali telefonskog aparata sa brojčanikom. 53
Na slici 3.11. prikazano je ako se formiraju adresni signali u slučaju ATA sa tastaturnim biranjem na principu tehnike više frekvencija. Pritiskom na taster kodira se adresni signal na taj način što se šalju dve unapred određene frekvencije, od kojih jedna pripada skupu nižih vrijednosti (fn), a druga skupu viših vrednosti (fv). Na ovaj način je moguće znatno brže birati nego u slučaju ATA sa brojčanikom jer je minimalno potrebno vreme za raspoznavanje primljenih frekvencija na prijemnom delu automatske telefonske centrale je 40 ms. Slika 3.11 Adresni signali telefonskog aparata sa tastaturom. Upravljački signali od telefonske centrale prema telefonskom aparatu su: pozivni signal, koji ima određene električne karakteristike potrebne za pobudu akustičkih indikatora (najčešće zvona) u telefonskom aparatu traženog učesnika, i tonski signali, (signal slobodnog biranja, zauzeto, kontrola poziva idr.), koji se šalju prema telefonskom aparatu onog koji poziva. 54
3.8.2 Signalizacije u telefonskoj mreži Signalizacija u telefonskim, računarskim i integrisanim mrežama predstavlja podršku funkcijama upravljanja radom mreže. Podrazumeva skup procedura kojima se ostvaruju pojedine funkcije mreže - uspostava i raskid veze, puštanje u rad mrežnog bloka, reset pojedinih organa i slično. U okviru signalizacionih procedura elementi mreže razmenjuju signale, koji nose informacije о željenim radnjama. U odnosu na uređaje koji učestvuju u signalizacionim procedurama postoje dve osnovne signalizacije: korisnička (pristupna) signalizacija i mrežna signalizacija. Pretplatnička signalizacija Korisnička ili pretplatnička signalizacija postoji između korisničkih uređaja i krajnjih tačaka javne mreže, dok mrežna signalizacija postoji između dva mrežna čvora. U klasičnoj telefonskoj mreži korisnička signalizacija (iniciranje veze-podizanje slušalice, adresiranje pozvanog korisnika i raskid veze-spustanje slušalice), se obavlja uspostavljanjem i prekidanjem strujne petlje u korisničkom aparatu (impulsno biranje) i eventualno tonskim (DTMF -Dual Tone Multi Frequency) biranjem odredišne adrese. Prekidanjem strujne petlje izbor adresnih cifara traje od 100 ms za cifru jedinice do 1 sec za cifru 0, što znači da faza uspostave poziva traje nekoliko sekundi. Kod tonskog biranja izbor adresnih cifara realizuje se slanjem tonova određene frekvencije i trajanja stotinak ms, što znači da faza uspostave veze traje više od jedne sekunde. Takođe, skup DTMF tonova je ograničen na 16 članova, slika 3.12a, čime se redukuju signalizacione mogućnosti mreže. Signali u obrnutom smeru, od mreže ka korisniku su različiti tonovi (slobodno biranje, zauzeće, kontrola poziva, blokada), struja poziva (zvono) i tarifni impulsi, slika 3.12b. Slika 3.12 Skup DTMF tonova. I kod impulsne i kod tonske korisničke signalizacije signalizacija se obavlja preko kanala koji se koristi i za prenos govora/informacija (in-band signaling). Kod impulsnog biranja ovo ograničava signalizaciju samo na fazu uspostave veze, dok aparati sa tonskim biranjem dozvoljavaju veoma redukovanu korisničku signalizaciju u fazi konverzacije. Mrežna signalizacija Signalizaciona mreža u klasičnoj telefoniji realizovana je u sklopu komutacionih čvorova (telefonskih centrala), dok se sama signalizacija ne razlikuje bitno od korisničke signalizacije. Postoje signalizacije koje se prostiru preko prenosničkih (govornih) kanala (in-band signaling) i signalizacije koje se prostiru preko posebnih signalizacionih kanala (out-band). U postojećoj telefonskoj mreži signalizacija van govornih kanala je prvenstveno realizovana kod 55
PCM digitalnih (Pulse Code Modulation) prenosnika. Osnovni (2 Mbit/s) PCM prenosnik sadrži 32 kanala, od kojih je jedan signalizacioni kanal. Na osnovu načina korištenja signalizacionog kanala razlikuju se signalizacije po pridruženom kanalu - CAS (Channel Asociated Signaling) i signalizacije po zajedničkom kanalu CCS (Common Channel Signaling). Signalizacija preko prenosničkih kanala postoji kod analognih prenosnika, gde su signali strujni impulsi zadate dužine ili tonovi odredene frekvencije. Analogni prenosnici mogu biti dvožični ili četverožični, ali su češće četverožični radi minimiziranja broja hibrida u tandemskoj vezi između više centrala. U tabeli 3.1 pokazani su osnovni tipovi analognih prenosnika. Tabela 3.1 Osnovni tipovi analognog prenosnika. Analogni prenosnici digitalnog sistema mogu biti bilo kojeg od ovih tipova, i na njih se mogu vezati bakarne parice, analogni sistem prenosa koji koristi frekventnu modulaciju po bakarnom kablu, radiju ili koaksijalnom kablu. Komutacioni sistem signalizira podizanje slušalice da bi zauzeo prenosnik. Ovaj signal zauzeća se prenosi ka sledećem komutacionom sistemu koji ga detektuje i sprema odgovor. Ako se koristi multifrekventna signalizacija udaljena centrala spaja svoj MF prijemnika na dati prenosnik i šalje početnoj centrali potvrdu zauzeća. Početna centrala tad šalje birani broj. Kod četverožičnog E&M (Ear and Mouth) sistema E i M su signalne žice odvojene od dve predajne i dve prijemne žice (za prenos govora). M žica predaje signale od komutacionog ka prenosnom sistemu, a koji ih proslijeđuje na prijemnu E žicu udaljenog komutacionog sistema. Analogni prenosnici sa signalizacijom putem raskidanja i uspostavljanja petlje, određenog trajanja, ili uvođenja različitih vrednosti otpora u petlju, su dvožični i primenjuju se za povezivanje susednih analognih centrala, kućnih ili javnih. Zauzimanje i oslobadanje prenosničkih kanala obavlja se strujnim impulsima zadate dužine (npr. 150 i 600 ms), dok se adresni signali (cifre pozvanog korisnika) prenose impulsno ili tonski. Postoje dve vrste mrežnih signala: linijski i registarski. Linijski signali upravljaju stanjem prenosničkog kanala: zauzimanje i oslobadanje kanala, tabela 3.2 dok registarski kanali nose adresu i stan je (slobodan-zauzet) pozvanog korisnika. 56
Topologija signalizacione mreže u potpunosti se poklapa sa topologijom informacione (telefonske) mreže, signali su iz ograničenog skupa, a vreme razmene signalizacionih informacija je iznad 1 sekunde. Mrežne signalizacije se prostiru preko analognih i digitalnih sistema prenosa, a najviše se koriste sledeće signalizacije: R2 registarska (tonska) i impulsna linijska signalizacija po analognim i digitalnim sistemima prenosa (D1/R2), Y registarska i impulsna linijska signalizacija po analognim i digitalnim sistemima prenosa, dekadska registarska i impulsna linijska signalizacija po 4-zičnim, 3-zičnim i 2- zičnim fizičkim vodovima, po analognim i digitalnim sistemima prenosa (D1/D1, D2/D2, balansna), i R2 registarska i digitalna verzija linijske signalizacije po digitalnim sistemima prenosa (R2D). 3.8.2.1 R2 signalizacija, najraširenija analogna mrežna signalizacija R2 signalizacija je analogna signalizacija regionalne primene najraširenija u svetu. Sled unapred i unazad signala je čvrsto uvezan (compelled), slika 3.13. R2 signalizacioni sistem se bazira na razmeni signala s kraja-na-kraj. Međučvorišta uzimaju samo informaciju koja im je potrebna za rutiranje poziva, nakon čega se uspostavlja veza. R2 koristi multifrekventno kodovanje kod kojeg je signal kombinacija dve od šest frekvencija. Šest frekvencija og kojih se formiraju signali s predajne strane su :1380, 1500, 1620, 1740, 1860 i 1980 Hz, dok se povratno s prijemne strane šalju kombinacije drugih šest frekvencija: 1140, 1020, 900, 780, 660 i 540 Hz. Oba smera veze formiraju po 15 signala, tabela 3.3 Signali se dele u dve podgrupe (svaki fizički signal se koristi dva puta). Primenu podgrupa određuje prijemna strana. Slika 3.13 R2 signalizacija. Petnaest signala koji se šalju od predajne strane (Forward Signalas) se klasifikuju u Grupu I i Grupu II. Petnaest signala koji se šalju od prijemne strane (Backward Signals) se klasifikuju u Grupu A i Grupu B. U opštem slučaju, sigali predaje Grupe I i signali prijema Grupe A služe za upravljanje uspostavljanjem veze i predaju adresne informacije između predajnog registra i prijemnog registra. Prijemni registar može signalizirati predajnom registru da pređu na Grupu II i Grupu B signala. Grupa II predajnih signala daje kategoriju pozivaoca, a Grupa B prijemnih signala daje stanje linije pozvanog pretplatnika. Grupa B, takođe signalizira B-tonove koji su obično poslednji u protokolu (naprimjer B-3 znači da je pozvani zauzet). Signalizacija mora početi sa predajnim signalima Grupe I, a kojima slede prijemni signali Grupe A da potvrde prijem svakog 57
signala. Oni takođe mogu tražiti dopunsku informaciju od prijemne strane. Svaki signal zahteva odgovor od suprotne strane. Svaki odgovor znači potvrdu događaja i događaj na koji suprotna strana mora da odgovori. Prijemni signali služe da naznače određena stanja nastala za vreme uspostavljanja veze ili da naznače prelazak na alternativne grupe signala. Na primer, da bi se dalo stanje linije pozvanog mora se preći na Grupu II i Grupu B. Tabela 3.3 Dve grupe signala slanje prijem. Signali prijemnog registra mogu zahtevati: predaju adrese (pošalji sledeću cifru, pošalji predposlednju cifru, pošalji predpredposlednju itd.) pošalji kategorju poziva, prirodu i izvor: nacionalni ili međunarodni, operator ili pretplatnik, prenos podataka, testni poziv itd. uključuje li kanal satelitski prenos 58
kod (prefiks) zemlje i jezik za međunarodne pozive da li se koristi poništavač eha. Signali prijemnog registra mogu naznačavati: adresa je kompletna pošalji kategoriju poziva adresa kompletna uspostavi vezu međunaradno, nacionalno ili lokalno zagušenje stanja pretplatničke linije (pošalji ton dugotrajne nedostupnosti, linija zauzeta, broj se ne može pronaći, linija slobodna- tarifiraj nakon potvrde, linija u kvaru itd.) Značenje nekih predajnih signala može biti zavisno od pozicije u signalizacionoj sekvenci. Osnovni nedostaci analognih signalizacija su: Mali skup signala, te je teško dodati nove usluge, Značenje signala je zavisno od konteksta te je teško uraditi modularne programe, Signalizaciona mašina sa konačnim brojem stanja upravlja stanjima resursa centrale na mikro nivou, što komplikuje upravljanje vezama, Potrebne su različite DSP (Digital Signal Processing) strukture za generisanje i filtriranje R2 i DTMF signala, Govorni kanali moraju biti zauzeti da bi se signalizacija počela obavljati, Teško je upravljati pozivom nakon uspostavljanja veze, jer je teško odvajati MF signale od govornih signala, Postoji mnogo raznih varijanti u raznim nacionalnim mrežama. 3.8.2.2 R2 digitalna signalizacija Kod CAS (Channel Associated Signaling) signalizacije 16-ti, signalizacioni, kanal se vremenski multipleksira na 30 podkanala od po 4 bita, koji nose linijsku signalizacionu informaciju za jedan govorni kanal. Multipleksiranje signalizacionog kanala je jednoznačno korespodentno PCM multipleksu, tako da svakoj signalizacionoj četvorci bita odgovara uvek isti govorni kanal. Struktura PCM rama pokazana je na slici 3.14. Stoga se ovakva signalizacija i naziva Signalizacija po pridruženom kanalu. Za prenos signalizacionih kriterijuma za svih govornih 30 kanala formiran je multiram koji traje 2ms i koji se sastoji od 16 uzastopnih ramova numerisanih K0 do K15. Slika 3.14 Struktura PCM rama. 59
Kanalski vremenski kanal broj 16 rama K0 koristi se za sinhronizaciju multirama, a vremenski kanal br. 16 ramova K1 -K15 koriste se za signalizaciju za vremenske (govorne) kanale 1-15 i 17-30. Osam bita u vremenskom kanalu br. 16 raspoloživi su za dva govorna kanala, za svaki kanal po četiri bita. ABCD biti u vremenskom kanalu 16 su linijski signali koji služe za prikaz stanja linije. Svaki bit ima svoje značenje, ali se biti C i D u praksi retko koriste, te se ostavljaju konstantnim (zavisnim od nacionalne varijante). Obično se označavaju kao XX, a najčešće se postavljaju na 01, slika 3.15. Slika 3.15 ABCD biti u vremenskom kanalu. Osnovni nedostatak CAS signalizacije je inherentna slabost vremenskog multipleksa da kanali zauzimaju propusni opseg i kada nisu aktivni. 60
3.8.2.3 Signalizacija po zajedničkom kanalu Kod signalizacije po zajedničkom kanalu kroz signalizacioni kanal se razmenjuju računarske poruke, koje predstavljaju signale. U okviru svake signalizacione poruke postoji identifikacija kanala na koga se poruka odnosi, tako da redosled poruka nije vremenski određen. Poruke se razmenjuju samo za govorne kanale na kojima postoji aktivnost. Istorijski posmatrano CAS signalizacija je prethodila CCS signalizaciji, ali savremeni sistemi danas koriste isključivo CCS. ISDN (Integrated Services Digital Network) se razvio na iskustvima iz postojećih telefonskih mreža i mreža za prenos podataka. Sa korisničkog aspekta osnovna razlika u odnosu na telefonsku mrežu predstavlja digitalizacija korisničkog priključka, tj. umesto analognim telefonskim aparatom korisnik se priključuje na mrežu digitalnim terminalom. Metodom vremenskog multipleksa, u korisničkom terminalu se razdvajaju kanali za prenos informacije (govor i podaci) od signalizacionog kanala. U odnosu na propusni opseg korisničkog priključka uskopojasni ISDN razlikuje dva korisnička priključka: bazni i primarni. Bazni priključak pod razumeva dva informaciona (B) kanala od 64Kbit/s i signalizacioni (D) kanal sa 16 Kbit/s. Primarni pristup sadrži 30 В kanala i jedan D kanal brzine 64 Kbit/s. Između ISDN terminala i mreže korisnička signalizacija obavlja se D kanalom, DSS1 signalizacijom (Digital Subscriber Signaling No. 1), u kome terminal i mreža razmenjuju računarske - HDLC (High Data Link Control) poruke, isto kao X.25 terminal i mreže za komutaciju paketa. D kanal je potpuno nezavisan od kanala za prenos informacija, čime je realizovana signalizacija van informacionog kanala (out-of-band signaling). Signalizacione informacije prenose se porukama, koje su definisane tipom i sadržajem. Tip poruke definiše vrstu korisničkog zahteva (npr. uspostava nove veze-setup, raskid veze-disconnect), dok sadržaj poruke daje parametre zahteva (npr. adresa pozvanog korisnika u SETUP poruci). Brzina prenosa signala od terminala do mreže odredena je brzinom na D kanalu i veličinom signalizacione poruke. Tipična SETUP poruka, koja je inače najduža signalizaciona poruka, dugačka je do 50 bajta, što na 16 Kbit/sec znači da prenos poruke traje 50*8/16384 = 25 ms. Obzirom da uspostava veze podrazumeva razmenu nekoliko poruka između više čvorova u mreži, i da zavisi od opterećenja signalizacione mreže, vreme uspostave veze u ISDN mreži iznosi 100-500 ms. Osim velike razlike u brzini uspostave veze računarska priroda DSS1 signalizacije korisnik-mreža povećava fleksibilnost signalizacione mreže, pošto se nove mogućnosti definišu proširenjem skupa i sadržaja signalizacionih poruka. U ISDN mreži je realizovan signalizacioni sistem broj 7 (SS7), koji je kao i korisnička pristupna signalizacija, potpuno digitalan, realizovan HDLC porukama na signalizacionim linkovima brzine 64 Kbit/sec. Primera radi, IAM poruka (Initial Address Mesage) za uspostavu veze, dužine 50 bajta prenosi se između dva čvora za 50*8/65536 = 6 ms, što ilustruje brzinu signalizacione mreže. Osim brzine, bitna karakteristika signalizacione mreže u ISDN je da ne mora pratiti topologiju prenosničkih (govornih) kanala, odnosno da signalizacioni čvorovi u principu formiraju računarsku mrežu za prenos podataka koja je nezavisna od prenosničke mreže. Na ovaj način, uz velik repertoar signalizacionih poruka, postiže se velika fleksibilnost signalizacionog sistema u podršci raznovrsnim mrežnim uslugama. Slika 3.16 ilustruje postojanje korisničke i mrežne signalizacije u ISDN i funkcionalne blokove u krajnjoj ISDN centrali, koja obezbeđuje konverziju korisničke u mrežnu signalizaciju. Ukupne prednosti signalizacije u ISDN-u (DSS1 i SS7) u odnosu na signalizaciju u postojećoj telefonskoj mreži jesu: znatno veća brzina signalizacije, 61
veliki broj signala (tipova poruka) i njihova informativnost (sadržaj poruka), generička podrška dodatnim uslugama mreže (suplementary services), softverska realizacija, čime se obezbeđuje laka proširivost, globalna standardizacija, struktuiranje funkcionalnih celina po OSI modelu povezivanja otvorenih sistema, odnosno standardizacija realizacije mrežnih elemenata, signalizaciona mreža je realizovana kao računarska mreža sa komutacijom paketa, što je podloga uvođenju inteligentnih servisa. Slika 3.16 Korisnička i mrežna signalizacija u ISDN-u. 3.8.2.3.1 Signalizacioni sistem 7 - signalizacija po zajedničkom kanalu Kako je već navedeno da bi se uspostavila i raskinula veza u telekomunikacionim mrežama između pozivajućeg i pozvanog korisnika koristi se skup signala nazvan jednim imenom sistem signalizacije. U okviru ISDN mreža se razlikuju dva osnovna tipa signalnih sistema: Digitalni korisnički signalni sistem broj 1 (Digital Subscriber Signalling System No.1-DSS1) koristi se za vezu korisnika i njemu pripadajuće komutacije (User-to-Network interface - UNI) i Signalni sistem po zajedničkom kanalu broj 7 (Common Channel Signalling System No.7 SS7) koristi se za vezu između komutacija (Network-to-Network interface -NNI). Na slici 3.17 dat je jednostavan primer veze dva korisnika u ISDN mreži. Slika 3.17 Veze dva korisnika u ISDN mreži. 62
3.9 Upravljanje u telefonskoj centrali Upravljanje u telefonskoj centrali je skup procesa koji se odvijaju na više procesora različite arhitekture. Kod centralizovanog upravljanja sve upravljačke akcije za uspostavu/raskidanje veza vrši centralna procesna jedinica. Obradu obično deli više procesora. Arhitektura procesora je hijerarhijska ili ne-hijerarhijska, slika 3.18. Slika 3.18 Centralizovano upravljanje. Kod distribuirane strukture upravljanja, slika 3.19, upravljaćke funkcije deli više procesnih jedinica koje su međusobno uglavnom nezavisne. Komutaciono polje je podeljeno na više delova od kojh svaki ima svoj upravljački procesor. 63
Slika 3.19 Distribuirano upravljanje. Obe strukture imaju svoje prednosti. U svakom slučaju, veliki se značaj daje pouzdanosti, te su svi delovi uparvljanja potpuno redudantni. U poslednje vreme, zbog rasta procesne moći procesora, prednost se daje jednostavnijoj centralizovanoj strukturi, koja se ponekad naziva i centralizovano-distribuirana struktura zbog postojanja regionalnih procesora. Upravljanje sistemom osigurano je snažnom distribuiranom strukturom procesiranja. Ta struktura uključuje centralni procesor (CP- Central Processor) koji provodi kompleksne zadatke odlučivanja u realnom vremenu, i određen broj regionalnih procesora (RP - Regional Processor), distribuiranih kroz centralu koji obavljaju manje kompleksne zahteve. Procesori su međusobno povezani sabirnicama, LAN ili optičkim vezama. Uzlazno/izlazni stepen je deo upravljačkog sistema, osigurava komunikaciju čovek-mašina u čvoru. Uzlazno/izlazni stepen osigurava određeni broj veza za alfanumeričke terminale (kao što su PC računari) i podatkovne uređaje (kao što su tvrdi diskovi). Ponaša se kao интерфејс za: osoblje za opsluživanje i održavanje koje obavlja spajanje pretplatnika, otkriva greške, snima statistiku prometa i upravlja mrežom; spoljašnje sisteme, uključujući centre za obračun i centre za opsluživanje i održavanje (OMC - Operation and Maintenance Centre). Ceo sistem upravljanja je sklop specificiranih funkcija, implementiranih u funkcijske blokove. Ti su blokovi kombinovani tako da čine podsisteme. Uz udvostručeno odvojeno napajanje svake komponente ostvaruje se i potpuno redundantan i maksimalno pouzdan sistem. Hardverska struktura Ericsson-ovog komutacionog čvora AXE 810 je prikazana na slici 3.20. Osnovu čini centralni neblokirajući komutator (Group Switch) GS890 sastavljen od više modula kapaciteta 512 Kbyte, koji komutira uskopojasne kanale 64 Kbit/s. Završeci centrale ET ka prenosnicima i pretplatničkim koncentratorima su vezani na interfejse DL2, DL3 i DL34 kapaciteta od 128 do 2688 vremenskih odsečaka, pri čemu je osnovni modul štampana ploča kapaciteta 128 vremenskih odsečaka, povezanih bus-om brzine 222 Mbit/s na koji je vezan i centralni komutator. 64
Moguće je vezati prenosnike različitih kapaciteta, naprimjer do 8 STM-1 (155 Mbit/s) prenosnika. ETC interfejsima su vezani PDH prenosnici i pretplatnički koncentatori raznih kapaciteta. Interfejs ka ATM komutaciji ALI (ATM Link Interface) preko SDH fizičkog nivoa 155 Mbit/s. Interplatformska mreža IPN (interplatform network ), bazirana na Gigabit Ethernet-u, služi za vrlo brze komunikacije između centralnog procesora CP i pomoćnih procesora AP. DLEM multiplekseri ogućavaju konverzije brzina, na primer DL34 u D3. Većinom funkcionalnih modula upravljaju regionalni procesori RP. Ulazno-izlazni podsistem APG, baziran na standardnoj PC platformi, služi za potrebe administracije, održavanja i operativnog vođenja. Novije generacije centrala, kao AXD 301 su više okrenute podatkovnim uslugama u mrežama nove generacije. Kod njih tipični upravljački sistem ima kapacitet od 10 Gbit/s i sadrži procesorski (CPU) par koji radi u načinu raspodele opterećenja (load-sharing), dok u slučaju kvara jednog od procesora drugi preuzima celokupno upravljanje sistemom. U konfiguracijama većega kapaciteta moguće je imati više procesorskih parova, maksimalno jedan par po svakom 10 G modulu. Povećanje broja procesora omogućava povećanje broja poziva koje sistem - može uspostaviti u jedinici vremena. Osnovni modul osim toga sadrži udvostručeno komutaciono polje, sinhronizacijske i ulazno/izlazne upravljačke module. 65
Slika 3.20 Hardverska struktura Ericsson-ovog komutacionog čvora AXE 810. U svakom slučaju osnovu upravljanja čini programska podrška, (software). Osnovni princip svih programskih modela je odvajanje usluga, tj. aplikacija od sklopovske zavisnosti. 66
3.9.1 Programske strukture Jedna od najraširenijih telefonskih centrala u svetu je navedena AXE 810, sa arhitekturom aplikativnog softvera pokazanoj na slici 3.21. Aplikacije su realizovane u aplikativnim modulima koji koriste zajedničku resursnu platformu RMP. Sve komunikacije između aplikativnih modula se vrše putem protokola čiji su nosioci implementirani u RMP. Slika 3.21 Arhitekturom aplikativnog softvera AXE 810. Formalizovani, klijent-server, interfejs APSI (Application Platform Service Interface) povezuje RPM sa aplikativnim modulima. Podskupovi od APSI, ili zasebni interfejsi poznati su kao specifikacije servisa SES. Oni pružaju usluge aplikativnim modulima. Najpoznatije usluge su: konekciona koja služi za uspostavljanje fizičke veze; komunikaciona služi za uspostavljanje komunikacija među aplikativnim modulima; objekt menadžer služi za potrebe održavanja i operativnog vođenja; APC nosilac protokola AM; usluga tarifiranja; usluge za podršku signalizacije SS7, kao MTP (Message Transfer Part) usluga. Ukupni koncept se sastoji od RMP, APSI i aplikativnih modula AM sa protokolima koji ih povezuju. Modularnost koncepta omogućila je životni vek sistema od 30 godina. Resursna platforma je podeljena na više resursnih modula RM. Interfejsi koje oni omogućuju formalizovani su u specifikacijama resursnog nivoa RLSES. Prilikom razvoja novih AM i RM je upravo specifikacija interfejsa SES i RLSES u ranoj fazi razvojnog procesa. Kada se interfejsi zamrznu posebni sistemski moduli se projektuju međusobno nezavisno, često i na raznim geografskim lokacijama. Sklopove (hardware) vode pojedini resursni moduli. Aplikativni moduli jednostavno traže usluge putem APSI, tj. nemaju veze sa sklopovima. Data arhitektura, koja se pojavila početkom osamdesetih godina prošlog veka, se počela menjati početkom ovog veka. Pojavljuju se dva nova tipa čvorova: 67
server ili kontroler medijskog prolaza (Media Gateway Controler) i medijski prolaz (Media Gateway). Dolazi do razdvajanja servera i prevodnika (mrežnog prolaza). Da bi se zadovoljili zahtevi nove arhitekture morao se menjati i aplikativni softver, od tradicionalnog TDM govornog prometa ka paketskom okruženju ATM pa zatim IP. U novoj arhitekturi server upravlja pozivom ili sesijom, dok medijski prevodnik samo prenosi medij na konekcionom nivou. Prednost razdvajanja upravljanja vezom i upravljanja medijem je u jednostavnoj migraciji prenosne tehnologije, od STM preko ATM ka IP, bez uticaja na upravljanje vezom, tj. bilo je moguće adaptirati postojeću AM arhitekturu. Razdvajanje se izvelo na sistemskim modulima, sa pojavom novih i modifikovanih AM i RM modula, bez fundamentalne promene u softverskoj arhitekturi. Temeljno drugačija je upravljačka arhitektura komuacionog čvora AXD 301 (Ericsson) koja je paketska u suštin (ATM). Da bi razvoj bio jeftiniji koriste se standardni protokoli, komercijalno raspoloživi sklopovi i operativni sistemi. Na vrhu logičke strukture, upravljački i uslužni nivo postaju zajednički za sve usluge i realizuju se koristeći serverske platforme, koje upravljaju različitim uslugama (npr., uspostavom govornog telefonskog poziva), dok pri tome nikakav korisnički promet osim signalizacije fizički ne prolazi kroz njih. Zahvaljujući korištenju standardnih protokola (H.248/MEGACO), svaki od takvih servera sposoban je komunicirati s bilo kojim medijskim prevodnikom i upravljati pružanjem usluga. Isto tako, komunikacija između različitih servera temelji se na primeni standardnih protokola (SIP, Q.1901/BICC), dok se dodavanje usluga, od kojih neke mogu obuhvatati funkcije više različitih servera, realizuje korištenjem otvorenih, standardnih aplikacijskih programskih interfejsa (API - Application Programming Interface) kao što su OSA (Open Service Architecure)/Parlay itd. Da bi se obezbedila pouzdanost novog programskog sistema ravna višedecenijski razvijanom softveru AXE, primenjen je sistem softverske redudancije. Takav sistem omogućava pokretanje niza odvojenih virtualnih čvorova koji čine distribuirani sistem, a mogu se odvijati na istom ili različitim instancama operativnoga sistema. Tako je u AXD 301 jezgra sistema izgrađena oko jezgre komercijalnog operativnog sistema Solaris koji obavlja osnovne I/O funkcije i osigurava TCP/IP komunikaciju sa sistemima za nadzor i upravljanje (slika 3.22). Slika 3.22 Sistemi za nadzor i upravljanje. 68
Nad Solaris jezgrom "mozak" sistema čini OTP izvedbeni sistem, u kojem je realizovana glavnina programskog koda AXD 301 sistema. OTP dozvoljava veliku fleksibilnost u dogradnji sistema, bilo novim funkcijama ili kapacitetom (dodavanje novih procesora). Na taj način su osnovne funkcije sistema razdeljene u različite module koji se po potrebi uključuju u rad. Na primer, "Voice Services i UNI signalizacija su neki od aplikativnih modula u AXD 301 programskom sistemu. Osim modularnosti komponenata, programski sistem poseduje još jedno važno svojstvo: svaki proces unutar nekog čvora potpuno je nezavisan od ostalih procesa i njegov eventualni nestabilan rad ne utiče na funkcionisanje ostalih procesa. Isto tako, u sistem su ugrađene napredne funkcije nadzora i kontrole procesa te upravljanja resursima i tzv. "garbage collection", što sistemu omogućava neprekidan rad kroz duga razdoblja bez degradacije performansi. U konkretnom primeru, dva procesora u osnovnom modulu izvode dva OTP čvora koja deluju kao jedinstveni sistem i međusobno distribuiraju procese. U normalnom radu, jedan od procesora izvodit će procese kontrole poziva (Call Processing), dok će drugi obavljati funkcije rada i održavanja (O&M - Operation and Maintenance). U slučaju ispada jednog od procesora, drugi će preuzeti njegove funkcije. Budući da sistem sadrži deljenu distribuiranu bazu podataka, kvarom jednog od procesora bit će zahvaćeni samo pozivi u fazi uspostave. U slučaju dodavanja novih procesora u sistem, zadaci se automatski razdeljuju kako bi se uravnotežilo opterećenje. Na taj način se postiže gotovo linearna povezanost broja procesora koji upravljaju uspostavama poziva i kapaciteta sistema za istovremenu obradu zahteva za uspostavom poziva. Istovremeno, sistem je spreman za dodavanje novih funkcija i proširivanje postojećih. U svim arhitekturama programska struktura telefonskih centrala se sastoji iz tri osnovna dela: održavanja i operativnog vođenja, obrade veza (kontrola poziva) i obrada signalizacije. Hijerarhijska organizacija softvera telefonske centrale prikazana je na slici 3.23a, dok je primer procesne strukture prikazan na slici 3.23 b. Slika 3.23 Hijerarhijska organizacija softvera telefonske centrale. 69