Цифровые сети

Хотя в этой книге основное внимание сосредоточено на использовании современной электроники как средства замены традиционного аналогового оборудования телефонных сетей связи, следовало бы напомнить, что применение цифровых методов в связи имеет давнюю историю. В далекие времена связь на расстоянии, на котором человеческая речь уже была неслышима, осуществлялась звуковыми или световыми дискретными сигналами (например, с помощью гелиографов, дымовых сигналов, флажков, барабанного боя, горнов и т. д.). Кроме того, первая практическая система связи, которая использует электричество,— телеграф — является, по существу, цифровой. По мере развития телеграфной связи от первых систем ручного обслуживания до полностью  автоматизированных систем было создано то, что обычно называют сетями коммутации сообщений. Современные средства и способы коммутации сообщений рассматриваются в первой части этой главы.

За последнее время получили развитие сети связи для удовлетворения потребностей в передаче данных. Так как телефонные сети общего пользования широко доступны, совершенно естественно, что они были использованы для предоставления большей части услуг по передаче данных. Доступность уравновешивает многочисленные технические недостатки сети, предназначенной первоначально для предоставления услуг телефонной связи. Основные недостатки телефонной сети при использовании ее для передачи данных следующие:

необходимость использования преобразователей сигналов (модемов);

низкие скорости передачи данных;

большие значения коэффициента ошибок;

неэффективное использование каналов.

Так как требования к передаче данных возросли, то появилось основание для создания сетей передачи данных, более эффективных в экономическом отношении. Один способ снижения затрат на передачу состоит в повышении использования каналов путем применения сетей коммутации пакетов. Инициатором разработки техники коммутации пакетов явилось управление перспективных исследований министерства обороны США. Это управление разработало сеть, получившую название ARPANET. Сеть ARPANET послужила испытательным стендом для оценки многочисленных идей, связанных с коммутацией пакетов, и является наиболее известным примером сети коммутации пакетов в Соединенных Штатах. Одним из наиболее весомых результатов разработки сети ARPANET является масса публикаций, посвященных описанию ее  работы. Кроме сети ARPANET, которая используется только правительственными учреждениями, учебными заведениями и отраслевыми исследовательскими институтами, в Соединенных Штатах и в других странах мира разработан ряд сетей коммутации пакетов общего пользования. Двумя примечательными примерами являются сети DATAPAC в Канаде и TRANSPAC во Франции. В Соединенных Штатах к числу наиболее известных сетей общего пользования относятся TELENET и TYMENET. Так как эти сети общего пользования применяют арендуемые линии связных компаний и добавляют  коммутационное оборудование, прежде чем предоставить за плату свои услуги,  то эти сети иногда называют вторичными сетями передачи данных с использованием коммутационного оборудования.

Появление сетей коммутации пакетов является следствием необходимости обеспечить более эффективное использование пропускной способности каналов передачи данных. Неэффективность использования каналов обусловливается значительным расхождением статистик большей части трафика передачи данных со статистиками речевого трафика. Ежедневно на протяжение ЧНН с каждого абонентского оконечного устройства телефонной связи поступает обычно один или два вызова. Средняя продолжительность телефонного разговора составляет 3—4 мин. Таким образом, типовое оконечное устройство телефонной связи используется в час наибольшей в течение дня нагрузки лишь на 10%. В противоположность этому с терминалов передачи данных обычно исходят более частые и более короткие сообщения. В наиболее распространенных областях применения терминал передачи данных занимает канал ТЧ в течение более длительных периодов времени, даже если реальное использование пропускной способности оказывается очень низким. Получаемые при передаче данных загрузки телефонной сети оказываются отклоняющимися от нормы независимо от того, создаются ли они в результате нечастых и длительных по времени занятий или же за счет частых и коротких по времени занятий: вызовы с непродолжительным обслуживанием перегружают устройства обработки коммутационной схемы, связанные с обслуживанием вызова, а вызовы с длительным временем занятия перегружают межстанционные соединительные линии и соединительные пути через коммутационные схемы. Вследствие увеличения «ненормальной» нагрузки и благодаря наличию вычислительных ресурсов в системах коммутации с управлением по записанной программе, телефонные компании, занимающиеся вопросами эксплуатации, начинают применять систему начисления платы за местные разговоры, зависящую от использования, вместо традиционной абонементной платы.

С точки зрения потребителя наиболее невыгодный аспект передачи данных проявляется при междугородных соединениях (или при поразговорной системе оплаты за местные соединения), когда начисление платы зависит от общей длительности переговоров, а не от фактического использования пропускной способности канала. При обычном сеансе диалоговой связи с ЭВМ пропускная способность канала используется меньше, чем на 1 %.

Другой подход к улучшению показателей передачи данных предполагает создание отдельных сетей, предназначаемых для цифровой передачи (без использования аналоговых каналов с модемами) . Первой крупной разработкой этого типа в Соединенных Штатах была национальная цифровая сеть радиорелейной связи, разработанная фирмой DATRAN. К огорчению пользователей сети передачи данных фирма DATRAN испытывала серьезные финансовые затруднения и объявила себя банкротом в 1977 г.

Следуя примеру фирмы DATRAN, услуги, связанные с цифровой передачей, стала предоставлять фирма АТ&Т посредством службы DDS. Совсем недавно фирмами IBM, Aetna Life Insurance и Comsat General была создана система коммерческой спутниковой связи SBS (Sattellite Business Systems) для цифровой передачи. О разработке аналогичной системы под названием XTEN объявила фирма Xerox, однако в последующем аннулировала это свое заявление.

За исключением сети SBS, которая предоставляет и услуги телефонной связи, все вышеупомянутые сети являются цифровыми по характеру их применения: либо данные, либо сообщения. Поскольку телефонные сети можно реализовать вполне эффективно и цифровыми методами, то естественно рассмотреть вопросы проектирования цифровых сетей, которые обслуживают оба вида трафика. В последующем разделе этой главы обсуждаются основные вопросы, возникающие при проектировании единой цифровой сети, обеспечивающей обслуживание как речевой информации, так и данных. В последней части главы обсуждаются перспективы создания полностью цифровых телефонных сетей в Соединенных Штатах.