Роль измерительной техники в практике отечественной связи

Рис.7.17. Джиттер при разных скоростях обмена для витой пары длиной 500 метров

На рисунке 7.18 приведена формула для расчета джиттера. Интервальной единицей называется промежуток времени, обратно пропорциональный частоте передачи данных. Максимальный временной сдвиг или амплитуда джиттера - это максимальное значение смещения по времени (обычно измеряется в наносекундах или пикосекундах). Большое значение джиттера может привести к потере битов и сбою в работе устройства, если ничего не принято для коррекции и устранения ошибок.



Рис. 7.18. Джиттер (Jitter) и его измерение

8. МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ

Тенденция развития технологии телефонной связи схематически представлена на рис. 8.1. Этапы развития сетей телефонии показаны на рисунке прямоугольниками, переходные процессы, приводящие к смене состояний - овалами, в прямоугольниках с закругленными краями перечислены основные факторы в процессе перехода.

Как показано на схеме, эволюция сетей телефонии идет по пути постепенного перехода от аналоговых сигналов к цифровым. Первым ее этапом является внедрение цифровых АТС, соединенных цифровыми каналами связи. В мировой практике для соединения АТС используются каналы первичного потока PDH Е1Д1, в отечественной практике - только канал Е1 (ИКМ-30). Движущими силами этого процесса выступали чисто экономические показатели эксплуатации сети (снижение трудоемкости в обслуживании, повышение надежности, уменьшение рабочих площадей). В результате появляется так называемая интегрированная цифровая сеть (ИЦС - Integrated Digital Network - IDN), которая обеспечивает передачу трафика в цифровой форме, но предоставляет услуги только аналоговой телефонии.

В это время интенсивно "развивается технология передачи данных, главным стимулом которой выступает широкое внедрение персональных компьютеров. Встает задача расширения услуг IDN. Решение оказалось простым - необходимо было в сети IDN довести цифровой поток до пользователя, переместив аналогово-цифровой преобразователь к абоненту. Так возникает цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС - Integrated Service Digital Network - ISDN) как способ интеграции сетей телефонии и передачи данных. Таким образом, второй этап развития сетей телефонии связан с переходом от IDN к ISDN.

Третьим этапом является переход к услугам широкополосных сетей и интеграция ISDN с широкополосными сетями (сети передачи видеоизображения, высокоскоростные сети передачи данных, кабельного телевидения и т.д.). Основными движущими силами этого процесса является быстрый рост трафика в сетях передачи данных, связанный с ростом размеров программных продуктов, развитием технологии мультимедиа и развитием технологии объединения локальных сетей. В результате этого процесса в будущем появятся сети широкополосной ISDN на основе использования технологии быстрой пакетной передачи и асинхронного мультиплексирования (ATM).

. На этапе аналоговых сетей обычно использовались аналоговые протоколы (одночастотные, многочастотные или дискретные типа Е&М), затем в сетях IDN был осуществлен переход к цифровым протоколам, связанным с каналами голосовой связи (Common Associated Signaling - CAS) и появилась возможность внедрения протоколов по выделенному сигнальному каналу (Common Channel Signaling - CCS), первыми попытками которых были система сигнализации № 6 (SS#6) и протоколы ведомственных сетей, такие как система сигнализации в пакетном режиме по аналоговым каналам (APNSS). Следующим этапом явилось создание выделенных сетей передачи сигнальной информации в сети телефонии (SS#7 - ОКС 7).

9. ИЗМЕРЕНИЯ НА СЕТЯХ ISDN

9.1 Развитие технологии ISDN

Следующим после IDN шагом в развитии цифровых сетей связи был переход к технологии ISDN. Почву для этого перехода подготовили, с одной стороны развитие технологии IDN, создавшее условия для передачи в сети цифрового потока без аналого-цифровых преобразований и, с другой стороны, рост популярности передачи данных, потребовавший от операторов телефонной связи расширения номенклатуры услуг своих сетей. Так появилась идея использовать существующие каналы телефонной связи (а именно витую пару) для передачи цифровой информации, т.е. для доведения цифрового потока до пользователя.

Казалось бы, простой шаг в развитии сетей - переход к ISDN - значительно усложнил структуру сети, и в первую очередь - абонентской части. Кроме того, появилась необходимость развития протоколов абонентской и межстанционной сигнализации для передачи сигнальных сообщений о новых цифровых услугах связи, реализованных в ISDN.

Все это сделало технологию ISDN довольно сложной, и требующей особенной тщательности при развертывании и обслуживании. Роль измерительной техники при переходе к технологии ISDN значительно возросла, а сами измерительные технологии стали более комплексными и менее отработанными. Вот почему в условиях постепенного внедрения технологии ISDN в России особое внимание необходимо уделить измерительным технологиям ISDN, тем более, что в отечественной прессе этому вопросу пока не уделялось достаточного внимания.

9.2 Структура базового доступа 2B+D

Структура сети ISDN включает в себя структуру базового доступа BRI (2B+D) и первичного доступа PRI (30B+D). Базовый доступ (Basic Rate Interface - BRI) предусматривает предоставление пользователю двух каналов по 64 кбит/с (В-каналов) и одного канала D 16 кбит/с для передачи сигнализации. Первичный доступ (Primary Rate Interface - PRI) предусматривает предоставление пользователю 30 каналов 64 кбит/с и канала сигнализации D 64 кбит/с.

Рис. 9.1 Структура базового доступа

Цель сетей ISDN - доведение цифрового потока от АТС до пользователя - реализуется с использованием существующего абонентского (обычно электрического двухпроводного) кабеля. Подключение к существующему кабелю называется стандартной точкой или интерфейсом U. В случае, если затухание сигнала в интерфейсе U превышает нормы для возможности использования этого канала для ISDN, для усиления сигнала используются специальные устройства -регенераторы (RGEN). Сетевое окончание (NT) соединяет канал U с аппаратурой пользователя (ТЕ) через шину S (понятие шины вводится поскольку в общем случае в S-интерфейсе могут подключаться до 8 ТЕ). Рекомендация ITU-T I.430 описывает несколько вариантов построения шины S, представленные на рис. 9.2.



На рис. 9.2.а представлена схема "короткой пассивной шины S" (short passive S bus), к которой могут подключаться до восьми различных терминалов на произвольном расстоянии по длине шины. Максимальная длина кабеля пассивной шины составляет не более 200 м.

Отдельный терминал (рис. 9.2б) может подключаться к NT по схеме шины S типа "точка-точка". Удаление терминала от NT может достигать 1 км. Фактором ограничения выступает затухание к кабеле, которое не может превышать 6 дБ.

В случае необходимости сделать вынос группы терминалов (рис. 9.2в) используется схема включения "расширенная пассивная шина S" (extended passive S bus), длина которой может достигать 500 м, однако все терминалы должны быть подключены к шине в пределах 50 м.

Шина S четырехпроводная кабельная линия со скоростью передачи 192 кбит/с, по которой передается сигнал в виде бинарного линейного кода (модифицированный код AMI).



Интерфейс S точки полностью стандартизирован. В то же время U интерфейс, использующий существующие абонентские кабели (в первую очередь витую пару), не является полностью стандартизированным в мировой практике. Для кодирования в интерфейсе U могут использоваться различные варианты линейных кодов, среди которых наиболее часто встречаются коды 2B1Q и 4ВЗТ. В отечественной практике код 4ВЗТ практического распространения не получил. В основном используется линейный код 2B1Q, который схематически представлен на рис. 9.3. Как видно, код 2B1Q использует четырехуровневое кодирование сигнала. Эффективность этого кодирования значительно зависит от уровня затухания в кабеле интерфейса U.

При измерениях, связанных с анализом базового доступа ISDN, выделяют следующие основные категории измерений:

измерения физического уровня, связанные с анализом параметров абонентских каналов связи,

измерения параметров цифровой передачи (тестирование по параметру ошибки - BERT),

анализ протокола абонентской сигнализации,

задачи имитации каналов ISDN,

задачи имитации трафика базового доступа ISDN.

Среди перечисленных задач особое значение имеет анализ протокола абонентской сигнализации, поскольку ISDN является сложной технологией, требующей детального анализа взаимодействия различных устройств в сети, тем более, что таких цифровых устройств сейчас чрезвычайно много.

Структура первичного доступа 30S+D. В целом структура первичного доступа ISDN практически не отличается от структуры абонентского доступа, представленной на рис. 9.1, за исключением того, что варианты построения шины S в случае первичного доступа невозможны. Как правило, терминалы первичного доступа подключаются к NT через интерфейс S2m. который совпадает с интерфейсом G.703, принятым для передачи сигнала ИКМ-30.

Также как и для базового доступа, для первичного доступа существенны следующие измерения:

измерения физического уровня, связанные с анализом параметров цифровых каналов связи,

измерения параметров цифровой передачи или измерения канального уровня ИКМ,

анализ протокола сигнализации,

задачи имитации трафика первичного доступа ISDN.

Аналоговые измерения каналов базового доступа ISDN. Перед развертыванием абонентской сети ISDN обычно возникает необходимость в проведении ряда измерений на аналоговых каналах существующей сети. Эти измерения формально могут быть отнесены к паспортизации абонентского кабельного хозяйства. Например, обычно в технических условиях и рекомендациях по подключению терминального оборудования ISDN указываются требования к абонентским кабелям (витой паре) на соответствие определенной категории (для ISDN обычно категории 5). Однако, учитывая, что в полной мере эти требования на существующих отечественных кабельных сетях не выполняются, резонно рассмотреть; подробнее измеряемые параметры абонентских кабелей и указать влияние этих параметров на те или иные параметры функционирования ISDN.

Аналоговые измерения интерфейса S. Рассмотрим параметры интерфейса S и их влияние на работу сети.

Измерение напряжения в шине S. Обычной стандартной практикой является установка источников переменного напряжения возле розеток S интерфейсов. Поэтому возникает возможность нежелательного соединения шины S с цепями питания. Для устранения возможной опасности при подключении терминалов к шине S измеряют напряжение в шине.

Сопротивление изоляции. Используемый кабель шины S может быть поврежден при перевозке или установке. Измерения сопротивления изоляции обеспечивают анализ возможных повреждений кабеля и устраняют возможность короткого замыкания, которое может повредить терминалы.

Аналоговые измерения интерфейса U. Параметры интерфейса U наиболее существенны для работы базового доступа ISDN, поскольку именно этот интерфейс использует существующие кабельные линии. Абонентские кабели могут быть составными, иметь различное сопротивление и другие параметры, поэтому измерения интерфейса U наиболее важны.

Учитывая, что ISDN накладывается на существующую кабельную сеть, измерения интерфейса U обычно проводятся до подключения абонентского терминала с целью выбора из пучка абонентских линий наиболее подходящей для предоставления услуг ISDN. Наиболее простым способом выбора является сравнение уровней затухания сигнала в различных парах в диапазоне частот выше канала ТЧ (обычно от 80 Гц до 8 кГц). Эти измерения дают возможность наилучшего выбора. Однако остается вопрос о потенциальном качестве предоставляемой услуги ISDN по выбранному кабелю. Для тестирования выбранной линии существенны приведенные ниже следующие, параметры аналоговых каналов:

Шум в широкой полосе частот. Если выбранный кабель хорошо сбалансирован, то интерференция сигналов с другими кабелями существенно низкая, следовательно, уровень широкополосных шумов в таком кабеле должен быть низким.

Перекрестные влияния в смежных кабелях. Интерференция сигналов с соседними кабелями негативно сказывается на качестве цифровой передачи. Перекрестные влияния (crosstalk) могут быть двух типов: влияние на ближнем конце (NEXT) или влияние на удаленном конце (FEXT). Обычно FEXT наиболее существенно влияет на параметры качества цифровой передачи, однако для ряда линейных кодов, таких, например, как 4ВЗТ, NEXT выступает как ограничивающий параметр. Иногда ограничения и ухудшение параметров цифровой передачи, связанные с перекрестными влияниями становятся существенными только на этапе большого обмена сигналами по абонентским кабелям, например, при введении услуг ISDN на большом числе кабелей в пучке. Обычно существует возможность уменьшения перекрестного влияния за счет изменения параметра скручивания витой пары. При этом параметр может меняться в пределах 20%.

Измерения канального уровня по базовому доступу ISDN. Эти измерения делаются как на интерфейсе S, .так и на интерфейсе U. Суть измерений сводится к измерениям по параметру ошибки,

При этом анализаторы включаются обычно вместо ТЕ или NT и обеспечивают измерения параметра ошибки по схеме "точка-точка" или при шлейфовом включении. Обычно анализ по параметру ошибки (BER) производится параллельно с анализом протоколов базового доступа.

9.3 Методы анализа протоколов базового доступа

Метод пошагового тестирования с отключением абонентской части. Наиболее распространенным методом анализа протоколов является метод пошагового тестирования с отключением абонентской части, представленный схематически на рис. 9.4. Общая методика проведения таких измерений следующая. Измерения начинаются с отключения NT, подключения тестера по интерфейсу U и проведения анализа протокола и BER по интерфейсу U по схеме "точка-точка". Затем NT подключается, а тестер включается на правах терминала в шину S и проводятся те же измерения по схеме "точка-точка" или по шлейфу.

Затем для проведения анализа работы приложений оборудование пользователя отключается в точке R (точка за терминальным адаптером - обычно стандартный интерфейс передачи данных) и подключается анализатор каналов передачи данных для проведения измерений по BER (поскольку в точке R нет поддержки протокола, анализ его не производится).

Метод пошагового тестирования с замещением устройств. Метод с замещением устройств в целом аналогичен описанному выше, однако при проведении измерений в этом случае производится отключение устройств типового тракта и подключение вместо них анализатора.

Удобством этой методики является то, что во-первых, тестируемый тракт не изменяется (устройства не отключаются), что обеспечивает анализ в условиях максимально близким к реальным условиям работы, во-вторых, недостатки описанного выше метода полностью устраняются. Так в слу-чаегнарушений работы регенератора при замещении его на тестер тракт начинает работать в нормальных условиях и делается вывод о необходимости замены регенератора. Если же после замены регенератора на тестер тракт по-прежнему работает с нарушениями, делается вывод о некорректном использовании регенератора на линии (например, недостаточной мощности регенерации, нарушениях физических параметров канала и т.д.).

Недостатком метода является необходимое усложнение в структуре тестеров. Для проведения измерений тестер должен иметь два интерфейса U (для анализа работы регенераторов), а также возможность передачи цифрового потока с интерфейса U на интерфейс S через тестер.

Структура и методы измерений первичного доступа ISDN (30B+D). Структура первичного доступа ISDN (ЗОВ +D) соответствует структуре цифрового потока канала Е1. Соответственно, измерения физического и канального уровня соответствуют полной спецификации измерений потока Е1. В некоторых случаях применяется схема, аналогичная структуре базового доступа. В этом случае физическая и цикловая структура интерфейса S2m. описанная в рекомендации ITU-T I.431, полностью соответствует интерфейсу G.703/G.704. В канале NT-LT обычно используется код 1Т2В. В случае большого удаления ТЕ необходимо использовать регенераторы, что значительно усложняет схему организации связи. Для того, чтобы обойти проблемы регенерации, для организации каналов PRI часто используют волоконно-оптические каналы.

С точки зрения организации измерений наиболее важными являются измерения, связанные с анализом протоколов первичного доступа ISDN. Эти измерения являются тем более важными, что остальные измерения физического и канального уровня связаны с анализом параметров потока Е1

Для взаимодействия с сетями общего пользования было решено использовать протокол абонентского доступа EDSS1 (ETSI), который обеспечивает все необходимые параметры работы ведомственной сети с сетью общего пользования, является несимметричным протоколом. В то же время несимметричность протокола EDSS1 делает его неэффективным при создании ведомственных сетей ISDN.

В последнее время в связи с тем, что рынок ДВО стабилизировался, возникла необходимость стандартизации протоколов ведомственных ISDN для исключения противоречий между УПАТС различных производителей. Эта стандартизация привела к появления протокола Qsig, который стал рекомендованным ETSI протоколом межстанционной сигнализации ведомственных ISDN.

Задачи имитации трафика в сетях ISDN. Для сетей ISDN существенными являются задачи имитации трафика как для базового доступа, так и для первичного, когда в процессе измерений производится имитация сигнального трафика (рис. 9.8). Для проведения измерений используются трафиковые имитаторы BRI и PRI. Они в отличие от имитаторов трафика IDN намного сложнее и конфигурируются под определенные протоколы ведомственных сетей ISDN.

10. ИЗМЕРЕНИЯ НА СЕТЯХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

10.1 Структура современных сетей передачи данных

Современные сети передачи (СПД), один из вариантов которых представлен на рис. 10.1, используют модемные и цифровые каналы ПД, различные виды интерфейсов (цифровые интерфейсы отмечены прямоугольниками), алгоритмов передачи и протоколов.

На сетях ПД можно выделить следующие группы измерений:

физического уровня, к которым относится анализ интерфейсов ПД,

канального уровня, которые предусматривают анализ каналов ПД по параметру ошибки и синхронизации,

сетевого уровня, которые предусматривают анализ протокола СПД,

задачи имитации трафика в СПД.

Такие важные вопросы, как тестирование приложений СПД, относятся к анализу современного ПО, а не к телекоммуникациям, и здесь не рассматриваются.

Измерения физического уровня. Измерения физического уровня в СПД сводятся к измерениям используемых интерфейсов ПД: RS-232C, V.35, Х.21, V.11, RS-449, G.703. Для каждого интерфейса специфицируются сигналы передачи, приема, синхронизации, квитирования и т.д. Различаются интерфейсы устройств с внутренней синхронизацией (DTE) и внешней синхронизацией (DCE). Оконечные и узловые устройства сетей ПД, такие как терминалы, маршрутизаторы и т.д. относятся к устройствам DTE, тогда как коммуникационные устройства, такие как модемы, конвертеры и т.д. являются устройствами DCE. Важным вопросом организации схемы тестирования в СПД является правильное выставление последовательности устройств DTE-DCE и соответствующий анализ их интерфейсов. Основные сигналы интерфейса RS-232C для режимов DTE/DCE приведены в табл. 10.1 с используемыми сокращениями в обозначении сигналов, единых для всех рассматриваемых типов интерфейсов. (Примечание: цифрой 2 обозначен второй канал для передачи соответствующего сигнала - вторичный канала передачи сигнала).

Измерения интерфейсов ПД выполняются анализаторами каналов ПД в виде световой индикации состояния соответствующих сигналов (активен/не активен) или .в виде сигнальных диаграмм в зависимости от времени (диаграмм напряжения по заданным контактам от времени). В наиболее простых приборах реализована только световая индикация, которая помогает проанализировать правильность установки DTE/DCE режимов в тестируемом оборудовании, полярность соединительного кабеля и логическое функционирование аппаратуры передачи данных. Такие устройства называются анализаторами интерфейса - Breakout Box. Для детального логического анализа работы интерфейсов необходимо тестирование с представлением результатов в виде сигнальных диаграмм.

Измерения канального уровня. Измерения канального уровня включают в себя анализ цифровых каналов ПД. Основными параметрами такого анализа являются-параметр ошибки (BER),- распределение ошибок и уровень проскальзываний цифрового сигнала вследствие нарушений работы системы синхронизации СПД.



В практике встречаются две схемы организации измерений канального уровня: "точка-точка" и измерений по шлейфу. В этом, случае один анализатор является генератором тестовой цифровой последовательности и имитирует, терминальное оборудование (DTE), а другой анализатор выступает как приемник цифровой последовательности (рис. 10.5).

Шлейфовый анализ каналов передачи данных имеет два возможных варианта: измерения по локальному шлейфу и измерения по удаленному шлейфу (рис. 10.6). В обоих случаях шлейф создается на аппаратуре DCE. Локальный предусматривает создание шлейфа в телефонных каналах модемной передачи данных, когда на аппаратуре DCE (модем) создается шлейф с модулятора на демодулятор.

Измерения сетевого уровня. Измерения сетевого уровня в сетях передачи данных сводятся к различным задачам анализа протоколов обмена в сети. Современные СПД используют большое число протоколов, наиболее мощными из которых являются Х.25, Frame Relay и SMDS. В последнее время говорят об ориентации операторов на использование высокоскоростных протоколов на основе Frame Relay, однако актуальность протокола Х.25 несомненна, поскольку в отечественной практике качество каналов ПД далеко не совершенно и помехозащищенность протокола Х.25 будет еще долго востребована.

Рис. 10.7 Эволюция протоколов передачи данных

Целью анализа протоколов в сети является не только устранение конфликтов сигнального обмена в оборудовании сети, но и устранение конфликтов между подсетями с различными протоколами, анализ работы шлюзов, а также анализ сквозной передачи трафиковои и служебной информации через несколько сетей с различными протоколами.

Рис. 10.8 Включение анализаторов протокола в сеть передачи

Для анализа протоколов используются специальные анализаторы протоколов. В этом случае анализатор имитирует оконечное оборудование пользователей (например, терминал передачи данных) производит передачу и прием пакетов в различные адреса.

Наиболее полный анализ сети возможен в случае имитации анализатором маршрутизатора, однако, это требует большой мощности анализатора целью проведения измерения является:

анализ корректности реализации заданного протокола во всех устройствах сети,

анализ эффективности загрузки ресурса сети,

поиск и.устранение точек логических конфликтов (неправильные установки, конфликты, работа программного обеспечения шлюзов и т.д.).

Поскольку современные СПД широко оснащаются различными системами диагностики и управления, встает задача анализа работы ПО таких систем, а также механизмов реакции на ошибки, возникающие в СПД.

Рис. 10.9 Стрессовое тестирование в сети передачи данных

Основными воздействиями в этом случае являются:

внесение ошибки в различные части передаваемого пакета;

пропадание пакета или пакетов;

дублирование пакетов;

внесение дополнительной задержки при передаче пакетов;

систематическая замена одного сообщения протокола другим.

11. ИЗМЕРЕНИЯ СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ № 7

11.1 Сеть сигнализации № 7 в контексте измерительных технологий

Система сигнализации № 7 (SS7) в настоящий момент является единым стандартом межстанционной сигнализации телефонной сети общего пользования с функциями ISDN. Система использует принцип передачи сигнальной информации по общему каналу сигнализации (ОКС), поэтому получила еще название ОКС № 7 или просто ОКС 7. Важность этого протокола для современных телекоммуникаций выделяет в отдельный класс измерения, связанные с анализом системы сигнализации № 7.

Сеть сигнализации SS7 во многом сходна по строению с СПД. Измерения сигнализации SS7 сводятся к задачам анализа специализированного протокола передачи данных. Действительно, технология SS7 предусматривает создание СПД специального назначения - сети сигнализации. Измерения в этой сети сводятся к анализу протокола SS7, поскольку измерения физического и канального уровней для сети сигнализации неактуальны, в ней используются каналы вторичной сети телефонии и ISDN. Таким образом, измерения на сети SS7 аналогичны анализу протоколов СПД с учетом специфики протокола SS7.

Рис. 11.1. Структура сети

11.2 Измерения системы сигнализации № 7

Необходимость измерений SS7. Тестирование протокола SS7 необходимо в двух случаях:

При пуске новой цифровой АТС или цифровой зоны для полного тестирования протокола на предмет его соответствия техническим требованиям.

При вводе нового канала сигнализации для тестирования протокола ОКС по этому каналу. Используемые в настоящее время цифровые АТС не имеют соответствующих программных средств для подобного тестирования.

Таким образом, тестирование протокола ОКС необходимо и на этапе ввода в строй АТС, и на этапе ее эксплуатации.

Общая схема включения анализатора в точке SSP. Анализаторы SS7 реализуют функции как имитации пунктов сигнализации, так и мониторинга сигнализации. Как правило, мощные анализаторы протокола имеют многоканальную структуру. Наиболее простой схемой является включение анализатора как имитатора SSP в сеть (рис. 11.2). Эта схема актуальна при введении в строй новой оконечной по сигнализации АТС на сети общего пользования и для подключения ведомственной сети к сети общего пользования, т.е. для большинства подключений. Согласно схеме, анализатор подключается к STP и имитирует оконечный пункт сигнализации SSP. С учетом конкретной схемы подключения будущего SSP анализатор может иметь соединение с одним или более STP. Схема предусматривает проведение полного анализавсех уровней протокола по передаче/приему, а также проведение в маломобъеме стрессового тестирования системы сигнализации для определения реакции всей сети на нарушения в работе SSP (нарушение алгоритма сигнального обмена, пропадание сообщения, дублирование, нарушение квитирования и т.д.).



Рис. 11.2. Включение анализатора SS7 как имитатора системы SS7 и эффективности ее работы.

Имитация SCP. Имитация SCP во многом аналогична имитации STP и отличается только тем, что обеспечивает имитацию всех уровней протокола. Обычно измерения этого класса производятся довольно редко и актуальны только для проведения инсталляционного тестирования пунктов предоставления услуг. Обычно, измерения проводятся с имитацией одного пункта SCP за исключением специальных измерении ряда мобильных приложении (например, для сети сотовой связи в стандарте IS-41 существенно наличие нескольких SCP).

Рис. 11.3. Имитация SCP

Стрессовое тестирование работающих устройств. Помимо измерений на этапе инсталляционного тестирования существует также технология анализа уже инсталлированных устройств методами стрессового тестирования. Для этого выбирается канал сигнализации и в него включается анализатор, который обеспечивает внесение изменений в сигнальный трафик. Анализатор протокола включается в канал 7 между двумя пунктами (на рисунке - между STP и SSP).

Рис. 11.4. Стрессовое тестирование SSP

Основными стрессовыми воздействиями на передаваемую в канале информацию являются:

внесение ошибки в различные части передаваемых сообщений,

пропадание сообщений,

дублирование сообщений,

внесение дополнительной задержки при передаче,

систематическая замена одного сообщения протокола другим.

11.3 Анализаторы SS7

Опыт использования измерительной техники показывает, что анализаторы протокола SS7 должны быть универсальными и модульными. Универсальность обеспечивает максимально широкий охват возможных измерений, а модульность программного и аппаратного обеспечения снижает стоимость прибора. Универсальность и сложность приборов этого класса требуют квалифицированной работы по выбору конфигурации прибора под заданную методологию.

Соответственно с масштабом задач тестирующие системы SS7 делятся на четыре основных класса систем:

транснационального и национального мониторинга (например, система AcceSS7 Hewlett-Packard и ее ближайшие соседи от фирм INET и Telenex)

мониторинга и отладки протокола для разработчиков систем сигнализации SS7 (например, система РТ500 и др.),

используемые в процессе эксплуатации для проведения комплексных измерений на сети SS7,

простые тестеры с функциями анализа SS7.

Простые тестеры SS7 используются для эксплуатации АТС с сигнализацией SS7. Как правило, функция анализа SS7 в них включена как дополнение к анализу соединительных линий Е1 между цифровыми АТС. Эти тестеры просты, функциональность анализа SS7 в них невелика, как правило, они "не чувствуют" различия между международной и национальной версией SS7. Тестеры SS7 не могут быть использованы при вводе в строй новых АТС с сигнализацией SS7, но могут успешно применяться для анализа сигнализации на этапе эксплуатации, обнаружения неисправностей и т.д.

12. ИЗМЕРЕНИЯ НА СЕТЯХ ATM

12.1 Технологии измерений на сетях ATM

В современном рассмотрении измерений на сетях ATM можно выделить следующие виды анализа:

транспортной среды ATM, включая анализ потоков ячеек, служебной информации, механизмов контроля трафика, взаимодействия с системами передачи и т.д.,

приложений ATM для создания сетей B-ISDN (например, взаимодействие LAN через сеть ATM).

Пользователи ATM заинтересованы в проведении следующих измерений:

измерения качественных параметров приложений "из конца в конец",

измерения на соответствие сети ATM гарантированным параметрам,

выполняет ли сеть функции правильной работы с трафиком.

Операторы сетей ATM заинтересованы в проведении следующих измерений:

параметров системы передачи заданным требованиям и нормам,

анализ эффективности использования ресурсов сети,

измерения, связанные с контролем трафика.

12.2 Измерения транспортной среды ATM

Измерения сетей ATM, проводимые операторами сетей, сводятся к измерениям параметров качества системы передачи и трафика. Все измеряемые параметры транспортной среды на основе ATM пока обозначаются как "параметры эффективности работы сети".

Измерения параметров эффективности работы системы передачи на основе ATM. Основными параметрами эффективности работы системы передачи на основе ATM являются:

параметр ошибки по ячейкам (CER) равный отношению числа ошибочных ячеек к общему числу переданных,

параметр потери ячеек (CLR) равный отношению числа потерянных ячеек к общему числу переданных,

задержка передачи ячеек,

изменение задержки передачи ячеек,

параметр вставки ячеек (CIR).

В зависимости от типа трафика - с постоянной скоростью (CBR), с переменной скоростью (VBR) или с максимально возможной скоростью (ABR) - эти параметры будут иметь различное влияние на качественные характеристики вторичных сетей. Допустимые значения параметров для различных видов трафика согласно представлены в табл. 12.1.

Таблица 12.1. Допустимые значения параметров ATM для передачи по сети различных видов трафика

Необходимо также учитывать, что алгоритмический джиттер, который имеет место в сетях SDH, присутствует и системах ATM, хотя природа его существенно другая. Так потеря одной ячейки в системах ATM приводит к частотному сдвигу передаваемого сигнала в 53 UI. Этот частотный сдвиг компенсируется за счет буферизации. Однако возникающий при этом джиттер может существенно влиять на параметры нагрузки.

Методы и схемы измерений параметров транспортной среды на основе ATM.



Переходя к методам измерений параметров транспортной среды ATM, необходимо выделить несколько локальных задач измерений, а именно пассивный мониторинг качества и комплексный анализ качества транспортной среды.

Схема измерений пассивного мониторинга качественных параметров системы передачи приведена на рис. 12.1. Для проведения измерений используются мониторы качества ATM.

Ниже даны основные параметры пассивного мониторинга качества транспортной среды:

- Нагрузка. Измерения этого параметра сводятся к подсчету числа переданных ячеек и могут проводится по всей линии передачи или по выбранным виртуальным каналам и виртуальному пути.

- Межячеечный интервал. Этот параметр определяет время между приемом ячейки и приемом следующей ячейки.

Принцип измерения состоит в том, что анализатор, выступая как терминальное оборудовавшие, генерирует ячейки и принимает их обратно из сети. Ниже приводятся основные параметры измерений:

Задержка передачи ячеек (среднее значение и вариация). Это время между передачей ячейки и ее приемом.

Потеря/ ошибочная вставка ячейки (CLR/CIR). Этот параметр измеряется методом подсчета переданных и принятых ячеек. В случае, если число принятых ячеек меньше числа переданных, говорят об уровне потерь ячеек (CLR), если число принятых ячеек больше количества переданных, говорят об ошибочной вставке ячеек в сети (CIR).

Число ячеек, переданных с ошибкой (CER). Для измерения параметра используют метод подсчета контрольных сумм в ячейках.

Последовательности возникающих ошибок. Для проведения измерений этого параметра, а также для измерения BER, используют тестовый сигнал в виде псевдослучайной последовательности (ПСП), упакованный в полезную нагрузку ячеек.

12.3 Анализ приложений ATM

Анализ приложений ATM, наиболее существенный для пользователей сети, обычно сводится к анализу протокола ATM. По многоуровневости и сложности этот протокол значительно превосходит протокол SS7. Протокол включает в себя все уровни ВОС (OSI), а именно:

Физический уровень, куда относятся физические интерфейсы современных цифровых систем передачи на основе PDH/SDH.

Уровень сходимости, определяющий процедуры загрузки ячеек ATM в каналы.

Уровень ATM, включающий в себя процедуры маршрутизации ячеек..по сети ATM. Уровень адаптации ATM, обеспечивающий адаптацию различных видов трафика к передаче по сети ATM.

Сервисный уровень, где происходит сопряжение ATM с различными сетями передачи данных (SMDS, Frame Relay, LAN) и B-ISDN, передачи видео в стандарте MPEG2, интерфейсы пользователей (UNI) и сетевые интерфейсы (NNI).

Промежуточный уровень представления протоколов.

Уровень сквозной поддержки приложений, где обеспечивается полное восстановление видео и аудиоканалов систем телевидения и полная имитация всех протоколов локальных сетей.

На каждом из перечисленных уровней имеется свои методы измерений, схемы включения анализатора и спецификация измеряемых параметров.

12.4 Измерительная техника для анализа ATM

В соответствии с двумя подходами к организации измерений на сетях ATM существует два класса анализаторов ATM: ориентированные на измерения транспортной среды ATM; протокола ATM. Для анализа транспортной среды ATM и проведения комплексных измерений SDH/ATM используются анализаторы SDH с расширенными функциями анализа ATM. В настоящее время большинство фирм-производителей измерительной техники уже анонсировали или создали специальные модули для анализа ATM, а также процессов загрузки и выгрузки ячеек в системы передачи SDH. Для анализа протоколов ATM используются две категории анализаторов. Для эксплуатационного анализа используются анализаторы протоколов ПД с расширенными возможностями анализа ATM.

13. ИЗМЕРЕНИЯ НА СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ

13.1 Общая классификация измерений на сетях подвижной радиосвязи

Можно выделить несколько принципов классификации измерений на сетях подвижной радиосвязи:

По охвату проведения измерений - узлов сети и измерения сети в целом.

По этапности проведения измерений - на производственные, инсталляционные и эксплуатационные.

Эти принципы классификации вместе дают полную программу измерений на сетях подвижной радиосвязи. При этом группы измерений пересекаются.

Классификация измерений по охвату их проведения

В соответствии с классификацией по охвату проведения разделяются измерения узлов сети и измерения сети в целом. Измерения узлов сети включают в себя:

Измерения, связанные с оценкой работы мобильных станций к которым относятся:

измерения параметров усилителей,

измерения параметров модуляции модулятора/демодулятора,

анализ параметров радиочастотного протокола;

измерения параметров модуляции модулятора/демодулятора анализ параметров радиочастотного протокола.

Измерения сети в целом связаны с анализом взаимодействий базовых иммобильных станций а также их взаимодействия с окружением.

Классификация по этапности проведения измерений. Можно выделить следующие этапы проведения описанных измерений:

Производственные, связанные с разработкой оборудования и его производством. К этой категории в полном объеме относятся измерения компонентов и узлов СПР.

Инсталляционные, выполняемые на этапе развертывания сети подвижной радиосвязи для анализа взаимодействия мобильных и базовых станций и их окружения.

Эксплуатационные, включающие в себя измерения в процессе работы сети, выявление неисправностей и их устранение, т.е. анализ взаимодействия и ограниченный объем измерений работы узлов.

Общая схема измерений на сетях подвижной радиосвязи представлена на рис. 13.1.

Рис. 13.1 Общая схема измерений на сетях подвижной радиосвязи

Рассмотрим основные группы эксплуатационных измерений. Из схемы распространения сигнала по сети (рис. 13.2) можно выделить несколько основных групп измерений, связанных с условиями распространения сигнала и с парными взаимодействиями устройств сети:

между мобильной станцией и базовой станцией,

окружающей среды и мобильной станции,

базовой станции и окружающей среды (окружением).

В случае, если сеть имеет многозоновую структуру, к измерениям добавляется группа анализа взаимодействий базовых станций разных зон. В случае реализации услуги выхода в сети общего пользования, возникает задача анализа взаимодействия сети подвижной радиосвязи с сетью общего пользования.

Рис. 13.2. Схема распространения сигнала по сети подвижной радиосвязи

13.2 Общие измерения на сетях подвижной радиосвязи

Исследование зон устойчивого приема/передачи. Особенностью измерений радиочастотного ресурса в СПР является необходимость зонального тестирования параметров устойчивого приема. Системы подвижной радиосвязи имеют всегда зоновую структуру. Для транковых систем и УКВ-радиосвязи это одна зона, для сотовых систем радиосвязи -это несколько сот, объединенных в единую зону предоставления услуг, для беспроводного телефона - зона действия передатчика.

Измерения зоны устойчивого приема/передачи производится следующими целями:

- на этапе системной проработки перед развертыванием сети - для подготовки оптимального размещения базовых станций;

на этапе развертывания сети и эксплуатации - для контроля мощности передатчиков базовых станций, измерения параметров качества предоставляемых услуг, подготовки эффективной модернизации сети;

на этапе эксплуатации - для локализации причин деградации качества услуг подвижной радиосвязи (источников помех, источников несанкционированного использования ресурса и т.д.)

Для анализа границ зон устойчивого приема могут использоваться несколько различных методов. Обобщенная схема измерений границы зоны устойчивого приема/передачи представлена на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Измерения границы зоны уверенного приема/передачи

Схема включает в себя источник сигнала базовой станции, который располагается в месте предполагаемой установки базовой станции и приемный терминал, состоящий из приемника сигнала СПР, навигационного устройство GPS, обеспечивающего точное измерение координат, и ПО карты заданного района. В качестве передатчика может использоваться имитатор сигнала базовой станции с заданными характеристиками по частоте и мощности сигнала или сама установленная базовая станция.

Состав приемника определяется исходя из специфики СПР и перечня параметров измерения. Для оценки этих параметров в качестве приемников могут успешно использоваться анализаторы спектра с функциями ЧМ-демодулятора. В отличие от сканирующих приемников анализаторы спектра обеспечивают не только измерение параметров приема, но и общий спектральный анализ в заданном районе - размещение источников шумов и интерферирующих сигналов в используемом радиочастотном ресурсе. Основным недостатком использования анализаторов спектра в качестве приемников является невозможность полной имитации протокола обмена сигнальными сообщениями, необходимой для анализа зон уверенного приема/передачи сетей сотовой связи. Использование сканирующих приемников и анализаторов спектра в предлагаемой схеме недает возможности анализа параметров уверенной зоны передачи сигнала, поскольку приемник в этом случае не производит полную имитацию мобильной станции.

Для анализа наиболее совершенных транковых сетей, а также аналоговых и цифровых сотовых сетей в качестве приемника используются анализаторы СПР с функциями полной имитации мобильной станции. Эти анализаторы обеспечивают полный анализ параметров приема/передачи в зависимости от географических координат, и кроме того, дают возможность оператору субъективно проанализировать качество радиосвязи на границе зоны приема/передачи.

Исследование вопросов интерференции сигналов. Влияние многолучевого распространения сигнала. Природа явления многолучевого распространения сигнала в радиочастотных системах передачи и СПР существенно различна. Это связано с тем, что в радиочастотных системах передачи условия распространения сигнала меняются сравнительно медленно, вторичные пути распространения сигнала за счет отражения от земли или за счет рефракции в атмосфере могут изменять параметры в течении нескольких часов и более. В СПР условия распространения сигнала могут меняться в течение нескольких секунд и сами параметры распространения сигнала носят статистический характер, поэтому не могут быть измерены точно, а только интегрально. Для учета влияния многолучевого распространения сигнала может быть предложено проведение комплексных измерений и имитации многолучевого распространения сигнала. При этом на местности измеряются интегральные параметры многолучевого распространения сигнала, такие как средний уровень вносимого затухания и его среднее отклонение. Затем производится имитация различных условий многолучевого распространения сигнала при помощи имитатора многолучевого прохождения. В имитатор могут быть заложены различные сценарии поведения мобильного абонента и параметры окружающей среды. Например, мобильный телефон находится без движения, а затем в течение 5 минут разгоняется до 100 км/час. Специализированная программа имитатора включает описание отражающих объектов. В результате выдаются промежуточные значения величины эффекта Допплера, задержки и затухания. Затем делается вывод о параметрах качества мобильной связи при заданных условиях и сценарии поведения абонента.

Такая методика измерений позволяет уточнить зону стабильного приема/передачи на основе учета фактора многолучевого распространения сигнала, однако следует признать, что такая задача может быть актуальной только для крупных операторов подвижных сетей связи для тонкой настройки своих сетей. В отечественной практике операторы не производят подобных измерений, ограничиваясь установкой интуитивной поправки на многолучевое распространение сигнала. Тем не менее в зарубежной практике такие имитационные измерения имеют место.

Анализ работы узлов систем подвижной радиосвязи. Основные элементы СПР - мобильные и базовые станции сети.

Основными компонентами базовых станций системы являются: антенна, устройство объединения радиосигналов (миксер), ретрансляторы, логические устройства управления сетью, установления соединения и маршрутизации.

Мобильная станция в эксплуатации - единое устройство и покомпонентно не измеряется.

К измеряемым параметрам базовых и мобильных станций относятся:

измерения узлов и компонентов станции,

измерения выходных параметров станции.

Измерения узлов и компонентов базовых и мобильных станций. Измерения узлов и компонентов базовых и мобильных станций актуальны на этапах их разработки и ремонта. Эти измерения, а также используемая измерительная техника приведеныны в табл. 13.1.

Таблица 13.1. Основные измерения узлов и комплектующих базовых и мобильных станций

Измерение	Используемая измерительная техника
Анализ усилительного тракта (оценка линейности усиления, амплитудно-частотной характеристики, параметров шумов, уровня фазовых шумов, нелинейных искажений и т.д.)	Как правило, анализаторы цепей (четырехполюсников) -скалярных или векторных. Специальные.приборы и системы для ряда измерений (например, для измерений фазовых шумов).
Анализ антенного тракта (усиление антенны, линейные характеристики, диаграмма направленности)	Скалярные и векторные анализаторы цепей, а также анализаторы комплексного сопротивления
Анализ качества работы речевого кодека	Системы измерения параметров распознавания речи (электронный рот и электронное ухо)
Анализ модулятора/демодулятора	Анализатор модуляции

Измерения узлов и компонентов базовых и мобильных станций актуальны на этапах их разработки и ремонта. Эти измерения, а также используемая измерительная техника приведеныны в табл. 13.1.

Измерения выходных параметров мобильных и базовых станции подразделяются на четыре основных типа тестирования станции:

в работающем радиоканале (In-Channel Tests),

вне радиоканала (Out-of-Channel Tests),

в рабочем диапазоне (In-Band Tests),

вне рабочего диапазона (Out-of-Band Tests).

Эти измерения выполняются как для передатчика станции, так и для приемника. Для передатчика тестирование в работающем канале дает возможность анализа передачи информации на приемник. При этом анализируются следующие параметры:

уровень передаваемой мощности,

занимаемый частотный спектр (Occupied bandwidth - OBW),

точность параметров модуляции,

уровень паразитного излучения.

Для измерения используют анализаторы параметров СПР, измерители мощности и анализаторы параметров модуляции.

Тестирование вне рабочего канала дает возможность оценки полосы частот, занимаемой передатчиком. При этом измеряется уровень интерференции в смежном канале (Adjacent Channel Power -АСР). Для измерения используются анализаторы СПР.

Для приемника тестирование в работающем канале дает возможность анализа приема информации от передатчика. При этом анализируются следующие параметры:

- минимальный уровень принимаемой мощности

- точность параметров демодуляции.

Для измерения используются анализаторы СПР.

Тестирование вне рабочего канала дает возможность оценки эффективности фильтрации приемником внеполосных сигналов. Для измерения могут использоваться анализаторы параметров СПР с подключением внешнего генератора для создания внеполосных сигналов.

Тестирование в рабочем диапазоне и вне рабочего диапазона позволяют проанализировать работу мобильных и базовых станции в лицензированном частотном диапазоне и убедится в отсутствии при ее работе нежелательных внеполосных сигналов.

Измерения сети в целом. Анализ парных взаимодействий мобильных и базовых станций. Измерения сети в целом связаны с анализом параметров парных взаимодействий мобильных и базовых станций. К числу таких параметров относятся:

выходные характеристики устройств в системе.

параметры интерференции сигналов базовых станций, измеряемые на этапе анализа зон устойчивого приема/передачи,

параметры взаимодействия мобильных и базовых станций по радиоканалу, физический уровень

Таким образом, из не рассмотренных вопросов парного взаимодействия остается единственный, а именно анализ взаимодействия мобильных и базовых станций по протоколу обмена в радиоканале.

Для такого анализа используются анализаторы параметров подвижных сетей радиосвязи, в которых реализованы обычно функции имитации сигнализации по радиоканалу базовых или мобильных станций системы радиосвязи. В этом случае для анализа корректности сигнального обмена базовой станции используют анализатор с имитацией мобильной станции, а для анализа работы мобильных станций - анализатор с имитацией базовой станции.

13.3 Измерения на сетях УКВ-радиосвязи

Сети УКВ-радиосвязи являются довольно простыми системами обычно радиальной топологии. В основном в таких сетях используется обычная ЧМ-модуляция, что значительно упрощает спецификацию - возможных измерений.

Измерения зоны уверенного приема/передачи для УКВ-радиосвязи сводятся к определению наибольшего удаления мобильной станции от базового ретранслятора. Эти измерения в УКВ-радиосвязи могут проводится с успехом с использованием сканирующих приемников или анализаторов спектра с функцией демодуляции ЧМ. Анализ влияния интерференции, связанной с многолучевым распространением сигнала систем УКВ-радиосвязи обычно не производится, поскольку системы УКВ-радиосвязи являются локальными выделенными сетями, где нет особой конкуренции и борьбы за параметры качества связи. Как следствие, нет необходимости в тонкой настройке сети.

Измерения параметров базового ретранслятора и мобильных станций производятся с использованием анализаторов спектра с ЧМ-демодуляцией.

Спецификация измерений на сетях УКВ-радиосвязи включает в себя:

определение границ зоны уверенного приема/передачи,

анализ характеристик базовой и мобильных станций.

13.4 Измерения на транковых сетях

Измерения зоны уверенного приема/передачи для транковых сетей также как и для сетей УКВ-радиосвязи сводятся к определению наибольшего удаления мобильной станции от базового ретранслятора. Эти измерения в могут проводится с использованием сканирующих приемников или анализаторов спектра. Однако учитывая, что транковые системы используют цифровые методы модуляции, наилучшим образом границы зоны уверенного приема/передачи измеряются с использованием анализаторов подвижной радиосвязи.

Анализ влияния интерференции, связанной с многолучевым распространением сигнала транковых систем обычно не производится, поскольку эти системы, как и системы УКВ.

Для анализа протокола радиоканала транковых систем используются анализаторы СПР.

Спецификация измерений на транковых сетях включает в себя:

определение границ зоны уверенного приема/передачи,

анализ характеристик базовой и мобильных станций,

анализ параметров цифровой модуляции,

анализ протоколов взаимодействия базовой и мобильной станции по радиоканалу.

13.5 Измерения на сетях персонального радиовызова

Основной отличительной чертой систем персонального радиовызова является то, что в них используется односторонняя передача по симплексному каналу.

Анализ зон уверенного приема для систем персонального радиовызова осуществляется с использованием сканирующих приемников, поскольку спектральный анализ не актуален.

Параметры базовых станций систем персонального радиовызова совпадают со стандартными параметрами, для мобильных устройств актуально всего два параметра: чувствительность и селективность. Используемая ЧМ-модуляция не требует дополнительных отдельных измерений параметров модуляции. Используемые протоколы стандартов POCSAG и ERMES измеряются анализаторами подвижной радиосвязи для определения корректности работы пейджера и базовой станции в сети и их взаимодействия.