МОДУЛЬ И УСТРОЙСТВО СЕТЕВОГО СТЫКА ЦИФРОВОЙ АТС С ОПТИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕЙСОМ

Предлагаемая полезная модель относится к телекоммуникационным технологиям и, в частности, к цифровым автоматическим телефонным станциям (АТС). На ее основе предлагается усовершенствовать оборудование сетевого стыка цифровой АТС, например, системы АТСЦ-90, или другой подобной, таким образом, чтобы на базе усовершенствованной с ее помощью АТС стало возможным реализовать дублированную кольцевую синхронную самовосстанавливающуюся оптическую сеть доступа, обеспечивающую подключение к данной АТС выносных абонентских цифровых концентраторов (АЦК) без применения дополнительных оптических систем передачи, а также доведение графика передачи данных до абонентов, подключаемых к этим АЦК.
В качестве прототипа выбрано устройство сетевого стыка с цифровыми системами передачи (ЦСП) цифровой ЭАТС-200, описанное в книге: Цифровые системы синхронной коммутации. Баркун М.А., Ходасевич О.Р. - М.: Эко-Трендз, 2001, с.92. Данное устройство, именуемое в указанном литературном источнике блоком ЕТ, содержит две платы: блок цикловой синхронизации (FRAL) и регенератор (согласующий регенератор IR или станционный регенератор TR).
Данного устройства предназначается для присоединения внешних ЦСП или АЦК и не позволяет реализовывать оптические кольцевые самовосстанавливающиеся сети доступа на основе АТС. Также известное устройство обеспечивает передачу всего лишь одного потока Е1, и не обеспечивает передачи других потоков. Кроме этого, известное устройство не обеспечивает доведение трафика передачи данных до выносных АЦК, подключаемых к АТС с его помощью.
Целью данной полезной модели является создание такого модуля и устройства сетевого стыка цифровой АТС, которое позволило бы реализовать недорогие сетевые решения, обеспечивающие телефонизацию больших территорий посредством одной АТС и построенной на ее основе оптической самовосстанавливающейся (устойчивой к однократным обрывам оптического кабеля) кольцевой сети абонентского доступа. Эта сеть должна обеспечивать подключение к АТС посредством оптических кабелей удаленных АЦК (общей емкостью до 4000 абонентов на один сегмент, требующей передачи до 32 потоков Е1), размещаемых в местах скопления абонентов, что позволяет существенно сократить протяженность абонентских линий с металлическими жилами.
Кроме этого данная оптическая сеть доступа должна обеспечить возможность доведения до АЦК трафика передачи данных, который должен доводиться от АЦК до
абонентов посредством ADSL технологии или по стыку локальной сети Ethernet, что позволяет, например, обеспечить доступ абонентов в компьютерную сеть Интернет, а также организовать сегмент локальной сети передачи данных Ethernet. Помимо перечисленного сеть должна обеспечивать передачу потоков Е1 для внешних потребителей. Она должна обеспечивать мониторинг аварийных состояний оборудования, в том числе, удаленного, средствами технического обслуживания цифровой АТС.
Для достижения поставленной цели предлагается использовать устройство сетевого стыка, дополненное синхронным мультиплексором с волоконно-оптическим интерфейсом. При этом синхронный мультиплексор должен быть синхронизирован от станционного тактового генератора АТС. Кроме этого, предлагаемое устройство сетевого стыка должно иметь в своем составе оборудование, обеспечивающее инкапсуляцию кадров Ethernet в стандартизованный фреймированный цифровой поток Е1, передаваемый через синхронный мультиплексор, а также обратное преобразование.
Таким образом, предлагается модуль сетевого стыка цифровой АТС, включающий станционный комплект, связанный с коммутационным полем цифровой АТС и оборудованием синхронизации цифровой АТС дополнить узлом интерфейса внешних потребителей, интерфейсным блоком и синхронный мультиплексором. При этом, узел интерфейса внешних потребителей связан с групповым станционным комплектом, оборудованием синхронизации цифровой АТС и имеет интерфейс в сторону внешних потребителей, интерфейсный блок, связан с одной стороны со станционным комплектом, а с другой стороны с синхронным мультиплексором, который имеет интерфейс аварийных сигналов в сторону цифровой АТС и оптический интерфейс в сторону сети доступа.
Дополнительно предлагается ввести конвертер Ethernet-Е1, соединенный с одной стороны с узлом интерфейса внешних потребителей, связанным со станционным комплектом, а с другой стороны со стыком локальной сети Ethernet, который может быть соединен с внешним коммутатором Ethernet. Конвертер Ethernet-Е1 позволяет обеспечить доведение до АЦК трафика передачи данных.
Для того, чтобы обеспечить работоспособность кольцевой оптической сети доступа при однократном обрыве волоконно-оптического кабеля, предлагается дополнительно ввести второй дублирующий и взаимодополняющий модуль сетевого стыка, аналогичный первому модулю, который с одной стороны должен быть связан, как и первый модуль, с коммутационным полем и другим оборудованием АТС, а с другой стороны должен иметь оптический интерфейс, такой же, как и у первого модуля,
связывающий его с кольцевой оптической сетью. При отсутствии обрывов кабеля этот модуль должен дополнять работу первого модуля, обеспечивая тем самым работу сети при высокой нагрузке.
На основе предлагаемого УСС может осуществляться строительство оптических синхронных, дублированных самовосстанавливающихся сетей доступа.
С помощью таких сетей становится возможной телефонизация больших территорий посредством одной АТС, например, в сельских или пригородных районах, с максимальным удалением телефонизируемых населенных пунктов от АТС на несколько десятков километров, причем, таких населенных пунктов в одном сегменте сети может насчитываться до 8-ми. При этом в населенных пунктах должны располагаться АЦК, оснащенные специальными УСС.
Кроме этого такая оптическая сеть доступа обеспечивает доведение до всех включенных в нее АЦК высокоскоростного трафика передачи данных, что дает возможность организовать постоянный доступ в сеть Интернет для абонентов, включенных в АЦК сети доступа, построенной на основе предлагаемых УСС, а также позволяет объединять этих абонентов в сеть передачи данных Ethernet. Это в свою очередь позволяет реализовать новые виды перспективных инфокоммуникационных услуг и обеспечить легкую интеграцию абонентов в сети нового поколения (NGN), построенные на основе IP-технологий, сохраняя при этом высококачественную цифровую TDM-телефонную связь и обеспечивая ее постоянную доступность (работу при отказе энергоснабжения).
Оптическая сеть доступа, построенная на основе предлагаемого УСС, обладает свойством самовосстановления при однократном обрыве оптического кабеля, т.е. такой обрыв не приводит к нарушению связи абонентов.
Эта оптическая сеть позволяет существенно сократить протяженность абонентских линий с металлическими жилами, что в свою очередь дает возможность наиболее эффективно использовать технологию ADSL для доведения до абонентов трафика передачи данных.
На фиг.1 приведена структура одного из вариантов построения предлагаемого устройства сетевого стыка цифровой АТС с оптическим интерфейсом, где:
1 - станционный комплект;
2 - узел интерфейса внешних потребителей;
3 - интерфейсный блок;
4 - конвертер Ethernet-E1;
5 - синхронный мультиплексор с оптическим интерфейсом;
6 - основной модуль сетевого стыка;
7 - дублирующий и взаимодополняющий модуль сетевого стыка, аналогичный модулю 6 на фиг.1, обведенному штриховой линией в верхней части Фиг.1.
Назначение этих компонентов следующее:
- станционный комплект 1 (СК) каждого из модулей рассчитанный на 16 (максимально) потоков Е1, предназначен для согласования структур канального и станционного циклов, для компенсации дрожаний и блужданий фазы сигналов, поступающих из линии, для преобразования парафазных сигналов первичных потоков DT, поступающих от коммутационного поля в сигналы DTC ТТЛ уровней и обратного преобразования сигналов DRC в сигналы DR, для приема, обработки и исполнения команд управления, приходящих со стороны станции, для замыкания соответствующих трактов «в шлейф» в сторону коммутационного поля, для передачи сигнала индикации аварии в сторону линии и переключения тракта в исходный рабочий режим. Последние четыре функции необходимы для тестирования оборудования станции, также СК предназначен для синфазного введения в нулевые канальные интервалы всех передаваемых первичных потоков сигнальной информации что необходимо для организации циклового фазирования синхронных мультиплексоров, и последующего синфазного введения синхросигнала в циклы, содержащие синхросигнал;
- узел интерфейса внешних потребителей 2 (УИВП) предназначен для организации электрического и логического сопряжения сигналов внешних потребителей цифровых потоков Е1 и конвертера Ethernet-E1 с внутристанционными сигналами, необходимыми для синхронного объединения потоков и их передачи по оптической линии;
- интерфейсный блок 3 предназначен для согласования интерфейсов СК и УИВП с интерфейсом синхронного мультиплексора 5, для преобразования сигнала DTC в сигнал DTT, для преобразования сигнала DRT в сигнал DRC, для синфазного ввода комбинации циклового фазирования в нулевые канальные интервалы всех передаваемых потоков в циклах, содержащих синхросигнал, что необходимо для устранения неопределенности взаимного временного расположения
информации в нулевых канальных интервалах объединяемых потоков и для организации циклового фазирования синхронных мультиплексоров;
- конвертер Ethernet-E1 - 4 предназначен для преобразования сигнала фреймированного потока Е1 в сигнал физического уровня локальной вычислительной сети Ethernet 100 BaseT (100 Мбит/с), представленный логически в формате Ethernet и обратного преобразования, т.е. для инкапсуляции кадров Ethernet в циклы потока Е1 и обратного преобразования;
- синхронный мультиплексор с оптическим интерфейсом 5 (МСО) предназначен для объединения передаваемых первичных потоков в высокоскоростной цифровой поток 32,768 Мбит/с, преобразования электрического сигнала в оптический, ввода оптической мощности в одномодовый или многомодовый оптоволоконный световод оптической линии, приема оптического сигнала из линии (многомодовое волокно) и его преобразования в электрический сигнал потока 32,768 Мбит/с, выделения тактового синхросигнала, разделения высокоскоростного сигнала 32,768 Мбит/с на сигналы первичных потоков 2048 Кбит/с, формирования сигналов аварийных состояний и их выдачи в интерфейс аварийной сигнализации АТС.
- основной модуль сетевого стыка 6 объединяет все перечисленные выше функциональные узлы и предназначен для организации стыка цифровой АТС с кольцевой оптической сетью доступа;
- дублирующий и взаимодополняющий модуль сетевого стыка 7 аналогичен по устройству и характеристикам модулю 6, раскрытому в верхней части фиг.1, обведенному штриховой линией. Он предназначен для резервирования и взаимодополнения первого модуля, для реализации функции самовосстановления оптической кольцевой сети доступа, построенной на основе предлагаемого МСС, а также для обеспечения функционирования этой сети при высокой нагрузке в случае отсутствия обрывов оптических кабелей.
Основные преимущества предлагаемого УСС
- Возможность построения оптической кольцевой сети доступа на базе предлагаемого УСС. В отличие от прототипа, предлагаемое УСС имеет структуру, позволяющую строить на его основе оптические синхронные самовосстанавливающиеся сети доступа, обеспечивающие возможность телефонизации больших, протяженностью до нескольких десятков километров территорий, посредством одной АТС, оснащенной предлагаемым УСС, что особенно важно при телефонизации сельских районов с большим числом мелких, удаленных друг от друга на значительные расстояния населенных пунктов, а также при телефонизации пригородных районов.
- Возможность передачи дополнительных, не связанных с абонентской нагрузкой подключаемых АЦК потоков Е1 внешних потребителей, таких как аппаратура уплотнения телеграфных каналов, аппаратура оповещения о чрезвычайных ситуациях, IP-маршрутизаторы компьютерной сети Интернет и других, также является важным преимуществом предлагаемого УСС.
- Возможность доведения до абонентов сети доступа, построенной на основе предлагаемого УСС графика передачи данных. Эта возможность создает дополнительное преимущество предлагаемого УСС, позволяющее включать абонентов построенной на его базе сети доступа в сеть Интернет на основе постоянного подключения, а также строить сегменты компьютерных сетей Ethernet.
- Возможность обеспечения самовосстановления оптической сети доступа, построенной на основе предлагаемого УСС является еще одним его преимуществом, обеспечивающим сохранение работоспособности сети при однократном обрыве оптического кабеля в кольце и отказах станционного оборудования. При отсутствии такого обрыва, оптическая кольцевая сеть, построенная на основе предлагаемого УСС обеспечивает работу при высокой нагрузке, т.к. при этом задействован мощный пучек соединительных линий, создаваемый двумя одновременно работающими модулями УСС. Эффект самовосстановления сети достигается за счет дублирования оборудования УСС, как на АТС, так и на АЦК, и оптических линий, а также за счет того, что сигналы в дублированных кольцевых линиях распространяются в противоположных направлениях, и в составе АТС и АЦК имеются аппаратно-программные средства, обеспечивающие переход на резервное оборудование при обрыве линии.
- Возможность работы по одномодовым и многомодовым оптическим линиям, достигаемая за счет применения в оптическом интерфейсе мультиплексора
предлагаемого УСС одномодового передатчика и многомодового приемника, также является одним из преимуществ предлагаемого УСС.
- Возможность сокращения протяженности абонентских линий с металлическими жилами, обеспечивающая экономию важного стратегического ресурса - меди, также позволяющая существенно улучшить качество передаваемых речевых сигналов и повысить эффективность работы ADSL линий, является важным преимуществом предлагаемого УСС. Это преимущество достигается за счет того, что наличие оптического интерфейса позволяет применять системно-сетевые решения, обеспечивающие размещение выносных АЦК подключаемых к АТС посредством оптических кабелей, как можно ближе к «центру тяжести» «плоскости» с наибольшей абонентской плотностью - например, густонаселенной территории пригородного микрорайона или сельского населенного пункта. За счет этого протяженность абонентских линий с металлическими жилами, соединяющих выносной АЦК и включаемых в него абонентов, существенно снижается, по сравнению с условиями размещения АЦК в помещении крупной удаленной АТС или в специальном помещении узла связи, где размещается крупногабаритное оборудование систем передачи.
- Возможность мониторинга аварийных состояний всех УСС сети средствами технического обслуживания АТС, в отличие от случая применения внешних систем передачи, со своей, отдельной от АТС системой мониторинга, например, как предусмотрено в устройстве прототипе. Данная возможность также является преимуществом предлагаемого УСС.
Реализация узлов оборудования УСС
Станционный комплект 1 (СК) (групповой) разработан в ФГУП ЛОНИИС и выполнен в ранних версиях разработки - на цифровых интегральных микросхемах средней степени интеграции, серии К555 (74LS) и К1533 (74ALS), для полной структуры МСС на 32 потока Е1 он содержал 32 платы 285×235 мм, в качестве ОЗУ эластичного буфера использовались микросхемы К132РУ4, в качестве приемников парафазных сигналов от коммутационного поля АТС - К170УП1, передатчики - К170АП1. В более поздних разработках использовались СК на основе микросхем программируемой логики фирмы XILINX типа XC9588XL - 10TQ144C. Эта версия СК содержит всего 4 платы 285×235 мм, при той же функциональности. Модуль интерфейсов внешних потребителей 2 разработан в ФГУП ЛОНИИС содержит одну
плату 285×235 мм и выполнен на микросхемах средней степени интеграции серии K555, K1533 (74ALS).
Интерфейсный блок 3 также разработан в ЛОНИИС и построен на микросхемах средней степени интеграции серии К1533 (74ALS) и содержит одну плату 285×235 мм. Конвертер Ethernet-E1 4 разработан в ЛОНИИС и выполнен на четырехслойной печатной плате на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС) DS21348, DS33Z11, DP83846A фирмы MAXIM-Dallas Semiconductor.
Блок синхронного мультиплексора с оптическим интерфейсом 5 разработан в ЛОНИИС, имеет двухплатную книжную (раскрывающуюся) конструкцию, выполнен на основе микросхем средней степени интеграции К1533 (74ALS), быстродействующих К-МОП цифровых микросхем средней степени интеграции К1554 (АС) (производство фирмы Интеграл, Беларусь, г.Минск).
Оптический передатчик реализован на основе отечественного лазерного передающего модуля (в ранних версиях ПОМ-14, в поздних - ПОМ-561), производства фирмы «Телаз», Россия, г.Москва. Схема управления лазерным модулем разработана в ЛОНИИС, имеет контур обратной связи по свету, необходимый для стабилизации оптической мощности, а также систему стабилизации температуры лазерного кристалла и схему сигнализации аварийных состояний. Передатчик реализован на отдельной печатной плате - «мезонине», размером 80×90 мм, с использованием операционного усилителя К140УД22 и СВЧ - транзистора КТ610А. Передатчик заканчивается со стороны сети - одномодовым пигтейлом, оконцованным соединителем FC-PC, присоединяемым к оптической розетке расположенной на лицевой панели блока мультиплексора.
Приемник оптический выполнен на основе отечественного трансимпедансного приемного оптического модуля ПРОМ364 с многомодовым пигтейлом. Усилитель приема выполнен на транзисторах КТ3144А, КТ316БМ. В качестве первой решающей схемы приемника, а также сигнализатора снижения уровня оптической мощности применены быстродействующие компараторы AD8561AN фирмы Analog Devices (США). Вся схема приемника помещена в специальный фрезированный секционированный экран из магний-алюминиевого сплава с электропроводящим покрытием, что обеспечивает надежную защиту от электромагнитных помех и низкий коэффициент ошибок в оптическом тракте при большом перекрываемом затухании.
Основной и дублирующий модули сетевого стыка 6 и 7 размещаются в станционных кассетах конструктива АТСЦ-90.