Линейные устройства. Факторы, ухудшающие передачу

Потери

Качество обслуживания телефонных вызовов на сети определяется вероятностью потерь (отказов в обслуживании) из-за отсутствия свободных и доступных коммутационных приборов или каналов.

Определению всех понятий и расчету потерь посвящена большая область теоретических исследований. Для детального рассмотрения этих вопросов рекомендуются книги [6.15, 6.16]. Кратко приведем нормы на обслуживания.

Имеются потери двух типов — явные потери и потери по ожиданию. В первом случае при отсутствии свободных путей или каналов заявка снимается с обслуживания, во втором случае — ставится на ожидание. Она снимается с обслуживания, если время ожидания превышает заранее заданную величину.

Суммарные потери любого типа от абонента до абонента не должны превышать:

• при связи через городскую телефонную сеть — 0,03;
• при связи через пригородную зону — 0,04;
• при связи через междугороднюю сеть — 0,005.

Эти потери следует разделять на станционные и линейные. Поскольку стоимость линейных сооружений больше стоимости станционной аппаратуры, для станций устанавливаются нормы небольшой величины, а оставшаяся часть приходится на потери из-за отсутствия линий и каналов.

Для станций существуют следующие нормы:

• от абонента до входа (выхода) станции — 0,001,
• и между двумя входами (выходами) станции — 0,005.

В конце отметим, что норма потерь очень отражается на технико­экономических показателях сети: чем меньше норма потерь, тем больше требуется установить оборудования.

Качество обслуживания

Рассмотренные выше показатели потери характеризуют только одну сторону услуги передачи речи. В современных сетях телекоммуникаций применяется характеристика качество обслуживания. Эта характеристика является комплексной при оценке класса и качества услуг.

Все виды трафика можно разделить на три основные категории [6.16].

Трафик реального времени включает в себя аудио­ и видеоинформацию, критичную к задержкам при передаче. Обычно качество характеризуется явными потерями. Допустимые значения задержек обычно не превышают 0,1 с (сюда входит время на обработку пакетов конечной станцией). Кроме того, задержка должна иметь малые флуктуации (с ними связан эффект "дрожания"). При сжатии информации трафик данной категории становится очень чувствительным к ошибкам при передаче, а из-за жестких требований к задержкам при передаче потоков в режиме реального времени возникающие ошибки не могут быть исправлены с помощью повторной посылки.

Трафик транзакций (интерактивный). При передаче этого вида трафика задержки не должны превышать 0,1 с. В противном случае пользователи будут вынуждены прерывать работу и ждать ответа на свои сообщения. Такая схема обмена информацией снижает производительность труда, а разброс в значениях задержек может привести к возникновению чувства дискомфорта у пользователей. В некоторых случаях превышение допустимого времени задержек приводит к сбою рабочей сессии.

Трафик данных. Задержки при передаче трафика этой категории могут иметь практически любые значения и достигать даже нескольких секунд. Для такого трафика полоса пропускания более важна, чем время задержек: увеличение пропускной способности сети влечет за собой уменьшение времени передачи. Приложения, передающие большие объемы данных, разработаны преимущественно в расчете на предоставление им всей доступной полосы пропускания сети.

Следующим шагом на пути к реализации коэффициента качества обслуживания QoS стала разработка механизма явного управления скоростью трафика (ECR — Explicit Rate Control), который в течение ряда лет довольно активно используется в сетях ATM. В последнее время все чаще высказывается мнение, что ECR можно применять также со стеком протоколов TCP/IP. Этот механизм способен работать автономно либо совместно с существующими алгоритмами организации очередей. Основные задачи, которые он позволяет решать:

• рост производительности каналов связи;
• уменьшение времени ожидания реакции сети;
• увеличение степени детализации сетевого управления благодаря контролю за отдельными потоками трафика.

Преимущества ECR таковы:

• возможность точного управления распределением полосы пропускания между входящими и исходящими потоками трафика;
• снижение нагрузки на сеть, связанной с повторной передачей пакетов с ошибками;
• уменьшение длины очередей в маршрутизаторе (и, как следствие, снижение нагрузки на его центральный процессор);
• значительное сокращение времени доставки пакета и уменьшение его флуктуаций, более быстрая адаптация к изменениям ситуации. Реализацию этого механизма можно изучить в [6.16] и [6.17].

Краткие итоги

• Прямое затухание — это интегральный показатель качества передающей среды. Затухание показывает уменьшение мощности сигнала в результате его прохождения через среду передачи.
• Уровень входного сигнала диктуется типом оборудования, типом и протяженностью линии. Поэтому во всех странах принято измерять затухание системы передачи относительно назначенной заранее точки отсчета в цепи передачи, относительно которой определяются значения уровней передачи во всех остальных точках. Эта точка названа точкой c нулевым уровнем передачи (Zero Transmission Level point). Уровень сигнала в точке c нулевым уровнем передачи не равен нулю.
• Под коэффициентом затухания понимается относительное изменение мощности передачи сигнала при распространении его на единицу расстояния, выраженное в км.
• Переходное затухание — величина, которая характеризует относительное количество энергии, переходящей вследствие электромагнитной связи из одной цепи в другую, и выражается в децибелах.
• Имеются следующие виды переходного затухания:
  • измеряемое на ближнем конце (NEXT — Near End Cornstalk). Имеется в виду переход мощности от одной пары к другой, который измеряется на конце, ближнем к передатчику пары, подверженной влиянию;
  • измеряемое на дальнем конце (FEXT — Far End Cornstalk). Имеется в виду переход мощности от одной пары к другой, который измеряется на конце, дальнем от передатчика пары, подверженной влиянию.
• Для уменьшения влияния переходного затухания применяются кабели с витыми (скрученными) парами. Это многожильный кабель, у которого жилы скручены по парам или четверками.
• В связи с проблемой устранения переходного затухания большое внимание уделяется симметрированию проводов разговорного тракта (провода a и b). Любая нагрузка, подключаемая к одному проводу, должна иметь аналог по сопротивлению, подключаемый к другому проводу.
• Шумы (помехи) — это паразитные сигналы, поступающие в пользовательский канал. Он в большинстве случаев имеют случайный характер и случайные характеристики. По своему происхождению они делятся на внутренние и внешние.
• Внутренние шумы возникают от теплового движения заряженных частиц, температурных изменений и т.п. Внешние шумы или помехи возникают от многих источников излучения, а также при недостатках заземления.
• Коэффициент импульсных помех служит для цифровой оценки состояниялинии, он указывает количество ошибок на определенное число битов. Нормальным считается коэффициент ошибок 10-6 — это означает, что на 10⁶ битов в канале появляется одна помеха, которая может привести к ошибке. Минимально приемлемая величина коэффициента ошибок (допускается обычно при применении радио тракта) составляет 10-3.
• Коэффициент "пачечности" (концентрации ошибок) показывает отношение количества ошибок, полученных в данном интервале времени, к ожидаемому среднему по всем интервалам.
• Задержка передачи информации (запаздывание) измеряется временем между поступлением сигнала на вход системы передачи и появлением его на выходе. На это время влияют: параметры линии, параметры аппаратуры, быстродействие и алгоритмы обработки.
• В существующих сетях получило распространение введение искусственной индуктивности, которая ослабляет емкостный характер. Эти устройства получили название "пупиновские катушки".
• Существует три категории отводов абонентской линии в распределительной или магистральной сети.
  • Первый отвод — для подключения резервного оборудования (jumping-off). Этот отвод используется в качестве резервной линии для подключения телефонного аппарата в другое место (например, дополнительная розетка).
  • Отвод для перехвата информации (taping) подразумевает включение оборудования, которое само активно принимает информацию.
  • Неиспользуемая пара (bridged tap) — дополнительная пара проводов, проложенная рядом с основными парами кабеля.
• Качество обслуживания телефонных вызовов на сети определяется вероятностью потерь (отказов в обслуживании) из-за отсутствия свободных и доступных коммутационных приборов или каналов.
• Имеются потери двух типов — явные потери и потери по ожиданию.

  В первом случае при отсутствии свободных путей или каналов заявка снимается с обслуживания, во втором случае — ставится на ожидание. Она снимается с обслуживания, если время ожидания превышает заранее заданную величину.
• В современных сетях телекоммуникаций применяется характеристика качество обслуживания. Эта характеристика является комплексной при оценке класса и качества услуг.
• Трафик реального времени включает в себя аудио­ и видеоинформацию, критичную к задержкам при передаче. Обычно качество характеризуется явными потерями. Допустимые значения задержек обычно не превышают 0,1 с (сюда входит время на обработку пакетов конечной станцией).
• Трафик транзакций (интерактивный). При передаче этого вида трафика задержки не должны превышать 0,1 с. В противном случае пользователи будут вынуждены прерывать работу и ждать ответа на свои сообщения.
• Трафик данных. Задержки при передаче трафика этой категории могут иметь практически любые значения и достигать даже нескольких секунд.
• Схема, включаемая в линию и выполняющая переход от двухпроводной линии к четырехпроводной, называется дифференциальной системой (hybrid).
• При работе дифференциальной схемы возможен переход информации с цепей передачи на цепь приема, как это показано на рисунке пунктирной линией.

  Такой переход вызывает у абонента эффект эха. Явление "эхо" заключается в поступлении в приемник сигнала передатчика.
• В цифровых системах для улучшения качества тракта применяется цифровая схема эхокомпенсации. Ее принцип заключается в том, что передаваемая в линию информация через цепь задержки передается в сумматор, стоящий в цепи приема. Там она вычитается (алгебраически суммируется) из принимаемого потока. Задержка и параметры сигнала выбираются таким образом, чтобы при вычитании уничтожить сигналы, перешедшие из собственной цепи передачи.
• Метод эхоподавления основан на том, что при передаче информации закрывается (ослабляется) цепь собственного приема. При эхоподавлении может происходить ухудшение качества связи в момент, когда оба абонента активны, а тракт приема одного из них заблокирован.

Задачи и упражнения

1. Показать, что приведенные эталонные значения напряжения и тока соответствуют мощности 1 мВт, развиваемой на эталонном сопротивлении 600 Ом. Вывести уравнения, применяемые для вычисления затухания с помощью этих параметров.
2. Определите затухание в дБ, если мощность на выходе равна 100 пВт.
3. В точке А уровень передачи равен (-2дБм) в точке B (-4дБм). Определите затухание между точкой A и B в дБр. Если после точки С сигнал будет передаваться дальше и в точке C будет уровень 13 дБр, какое значение будет иметь затухание в единицах дБм?