Устройство сетевого стыка абонентского цифрового концентратора с оптическим интерфейсом

Предлагаемая полезная модель относится к телекоммуникационным технологиям, и в частности - к цифровым АТС и абонентским цифровым концентраторам (АЦК). Она позволяет усовершенствовать оборудование сетевого стыка АЦК таким образом, что на базе усовершенствованного с ее помощью АЦК становится возможным строить оптические кольцевые самовосстанавливающиеся сети доступа, обеспечивающие возможность подключения к АТС выносных АЦК по оптическим кабелям связи без применения дополнительных оптических систем передачи, а также доведения до этих АЦК высокоскоростного трафика передачи данных. Реализованные с применением предлагаемой полезной модели сети позволяют проводить телефонизацию больших малонаселенных территорий, например, сельских и пригородных районов, а также обеспечивают постоянное подключение их абонентов к компьютерной сети Интернет. Такие сети доступа дают возможность предоставления абонентам современных услуг и позволяют строить сегменты корпоративных и иных компьютерных сетей. Эти сети также имеют повышенную надежность, обладают свойством самовосстановления при однократных обрывах оптических кабелей, т.к. имеют дублированную структуру и средства для автоматического перехода на резерв при обрыве кабеля. Помимо подключения выносных АЦК они позволяют транслировать потоки Е1 внешних потребителей, таких как телеграфное оборудование, оборудование оповещения о чрезвычайных ситуациях и другое. Кроме этого, такие оптические сети позволяют существенно сокращать протяженность абонентских линий с металлическими жилами, что дает экономию важного стратегического ресурса - меди.

Предлагаемая полезная модель относится к телекоммуникационным технологиям и в частности, к цифровым АТС и абонентским цифровым концентраторам (АЦК). На ее основе предлагается усовершенствовать оборудование сетевого стыка АЦК, например, системы АТСЦ-90, или других подобных, таким образом, чтобы на базе усовершенствованных с ее помощью АЦК стало возможным реализовать дублированную кольцевую синхронную самовосстанавливающуюся оптическую сеть доступа, обеспечивающую подключение этих выносных АЦК к удаленной АТС без применения дополнительных оптических систем передачи, а также доведение графика передачи данных от АТС 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, на 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). Такое устройство применяется как в составе АТС, так и в составе АЦК.

Данное устройство предназначается для присоединения внешних ЦСП или АЦК не имеет оптического интерфейса, 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 дополнительных потоков. Кроме этого, известное устройство не обеспечивает доведение графика передачи данных до выносных АЦК, подключаемых к АТС с его помощью.

Целью данной полезной модели является создание такого устройства сетевого стыка цифрового АЦК, которое позволило бы реализовать недорогие сетевые решения, обеспечивающие телефонизацию больших территорий посредством одной АТС, нескольких АЦК, и построенной на их 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.

При этом, в устройствах сетевого стыка (УСС) всех АЦК сети доступа должно быть организовано выделение некоторого числа первичных потоков, необходимых для работы данных АЦК и расположенных в их окружении внешних потребителей, а остальные потоки должны пропускаться через УСС этих АЦК, транзитом, к другим АЦК.

Кроме этого данная оптическая сеть доступа должна обеспечить возможность доведения до АЦК графика 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 и АПК.

Для достижения поставленной цели предлагается использовать устройство сетевого стыка, дополненное синхронными мультиплексорами с волоконно-оптическим интерфейсом. При этом синхронные мультиплексоры должны быть синхронизированы от генератора АПК, синхронизированного от 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.

Предлагается устройство сетевого стыка АЦК, включающее синхронные мультиплексоры с оптическим интерфейсом выполнить следующим образом:

станционные комплекты, связанные с абонентскими модулями АЦК через транзитный коммутатор, а также с синхронными мультиплексорами, имеющими оптический интерфейс, предлагается строить по групповой схеме, обеспечивающей обработку в этом устройстве группы до 16-ти потоков Е1.

Кроме этого, предлагается дополнить групповые станционные комплекты (СК) транзитным коммутатором, связанным со станционными комплектами с одной стороны и с абонентскими модулями АПК с другой стороны, также дополнив СК синхронными мультиплексорами, связанными с СК с одной стороны и имеющими оптические

интерфейсы в сторону кольцевой оптической сети с другой стороны, помимо этого дополнить СК модулями интерфейса внешних потребителей, связанными с одной стороны со станционными комплектами, а с другой стороны - имеющими интерфейс для связи с внешними потребителями потоков Е1, а также связанными с конвертерами E1 - Ethernet.

- также предлагается ввести конвертер Ethernet - E1, соединенный с одной стороны с модулем интерфейса внешних потребителей, связанным со станционным комплектом, а с другой стороны со стыком локальной сети Ethernet, который может быть соединен с внешним коммутатором Ethernet.

Для того, чтобы обеспечить работоспособность кольцевой оптической сети доступа при однократном обрыве волоконно-оптического кабеля, предлагается дополнительно ввести взаимодополняющее дублирование СК, синхронных мультиплексоров с оптическими интерфейсами, модулей интерфейса внешних потребителей, тактовых генераторов, конвертеров E1 - Ethernet. При отсутствии обрывов кабеля дублированные устройства должны взаимно дополнять работу друг друга, создавая мощный пучок соединительных линий и обеспечивая тем самым работу сети при высокой нагрузке.

Важным отличием предлагаемого устройства сетевого стыка является то, что оно содержит конвертер Ethernet - E1, позволяющий обеспечить доведение до АЦК графика передачи данных, а также то, что оно содержит дублирующее и взаимодополняющее оборудование сетевого стыка, которое обеспечивает работу сети при однократном обрыве оптического кабеля.

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 предлагаемыми УСС.

Кроме этого такая оптическая сеть доступа обеспечивает доведение до всех включенных в нее АЦК высокоскоростного графика 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 графика передачи данных.

На фиг.1 приведена структура одного из вариантов построения предлагаемого устройства сетевого стыка АЦК с оптическим интерфейсом, где:

1 - транзитный коммутатор;

2, 9 - конвертер E1 - Ethernet;

3, 4 - модуль интерфейса внешних потребителей;

5, 6 - станционный комплект;

7, 8 - мультиплексор синхронный с оптическим интерфейсом;

10, 11 - тактовый генератор;

Назначение этих компонентов следующее:

транзитный коммутатор 1 (ТК) коммутирует часть сигналов принимаемых потоков, выделяемых для работы АЦК с выходов СК на входы абонентских модулей АЦК и с выходов абонентских комплектов на входы СК. Часть потоков, пропускаемая через УСС транзитом, коммутируется с выходов 0 (1) СК на входы 1 (0) СК и передаются в направлении АТС или других АЦК. При этом верхнему по схеме фиг.1 СК присваивается индекс 0, а нижнему - индекс 1;

конвертер E1-Ethernet 2, 9 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;

- модуль интерфейса внешних потребителей 3, 4 (МИВП) предназначен для организации электрического и логического сопряжения сигналов внешних потребителей цифровых потоков Е1 и конвертера E1 - Ethernet с внутренними сигналами УСС, необходимыми для синхронного объединения потоков и их передачи по оптической линии;

- СК 5, 6 рассчитанные на 16 (максимально) потоков Е1, предназначены для согласования структур канального и станционного циклов АЦК, для компенсации дрожаний и блужданий фазы сигналов, поступающих из линии, для преобразования парафазных сигналов первичных потоков ТО, поступающих от абонентских модулей в сигналы DT ТТЛ уровней и обратного преобразования сигналов DR в сигналы R₀;

- синхронный мультиплексор с оптическим интерфейсом 7, 8 (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 АЦК.

- тактовые генераторы 10, 11 (ТГ) предназначены для формирования синхросигналов, обеспечивающих синхронную работу всех узлов и блоков АЦК и УСС, обеспечения подчиненной синхронизации оборудования АЦК и УСС от высокостабильного тактового генератора удаленной АТС (за счет приема и обработки тактовых синхросигналов «Такты 2048 кГц», поступающих от СК), обеспечения дублированной высоконадежной работы.

Основные преимущества предлагаемого УСС

- Возможность построения оптической кольцевой сети доступа на базе предлагаемого УСС.

В отличии от прототипа, предлагаемое УСС имеет структуру, позволяющую строить на его основе оптические синхронные самовосстанавливающиеся сети доступа. Также

сети обеспечивают возможность телефонизации больших, протяженностью до нескольких десятков километров территорий, посредством одной АТС и нескольких АЦК, оснащенных предлагаемым УСС. Это 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 пучок соединительных линий, создаваемый дублированным и взаимодополняющим оборудованием УСС. Эффект самовосстановления сети достигается за счет постоянного резервирования оборудования УСС, как на АТС, так и на АЦК и резервирования и оптических линий. Кроме этого данный эффект обеспечивается за счет того, что сигналы в дублированных кольцевых линиях распространяются в противоположных направлениях, и в составе АТС и АПК 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 АЦК и АТС, в отличии 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

Транзитный коммутатор 1 разработан в ФГУП ЛОНИИС и реализован в виде полупостоянного коммутатора, использующего перемычки - джамперы и шнуровые перемычки. Он конструктивно выполнен на небольшой печатной плате, устанавливаемой со стороны монтажа кассеты. Плата ТК оснащена защитным стеклом (оргстекло) исключающим возможность случайного повреждения перемычек, устанавливаемых на контактные гребенки впаянные в печатную плату.

Конвертер E1 - Ethernet 2, 9 разработан в ЛОНИИС и выполнен на четырехслойной печатной плате на основе сверхбольших интегральных схем (СБИС) DS21348, DS33Z11, DP83846A фирмы MAXIM - Dallas Semiconductor.

Модуль интерфейсов внешних потребителей 3, 4 разработан в ФГУП ЛОНИИС, содержит одну плату 285×235 мм и выполнен на микросхемах средней степени интеграции серии K555 (74LS), K1533 (74ALS).

Станционный комплект 5, 6 (групповой) разработан в ФГУП ЛОНИИС и выполнен на цифровых интегральных микросхемах средней степени интеграции, серии К555 (74LS) и K1533 (74ALS), для полной структуры МСС на 32 потока Е1 он

содержит 8 плат 285×235 мм, в качестве ОЗУ эластичного буфера используются микросхемы К132РУ4, в качестве приемников парафазных сигналов - К170УП1, а в качестве передатчиков - К170АП1.

Блок синхронного мультиплексора с оптическим интерфейсом 7, 8 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 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.

Тактовый генератор 10, 11 разработан в ЛОНИИС и выполнен на микросхемах средней степени интеграции К1533 (74ALS). В нем используется высокостабильный термостатированный кварцевый генератор ГК 42 УНТС производства ОАО «Морион», г.С.-Петербург) на частоту 16.384 МГц.

Оборудование УСС размещается в станционных кассетах конструктива АТСЦ-90.

Устройство сетевого стыка абонентского цифрового концентратора, включающее дублированные групповые станционные комплекты, отличающееся тем, что оно содержит транзитный коммутатор, дублированные модули интерфейса внешних потребителей, дублированные мультиплексоры, дублированные тактовые генераторы и дублированные модули интерфейса внешних потребителей, причем транзитный коммутатор с одной стороны имеет интерфейс в сторону абонентских модулей, а с другой стороны связан с дублированными групповыми станционными комплектами, каждый из которых, в свою очередь, связан с соответствующим модулем интерфейса внешних потребителей и с соответствующим мультиплексором, имеющим оптический интерфейс в сторону линий оптического кольца (сети доступа), тактовые генераторы связаны с дублированными мультиплексорами, дублированными групповыми станционными комплектами и дублированными модулями интерфейса внешних потребителей, каждый из которых имеет интерфейс в сторону внешних потребителей и соответствующего конвертера E1 - Ethernet, имеющего интерфейс в сторону локальной сети Ethernet.